CN115895439A

CN115895439A - 一种水性耐高温耐酸涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN115895439A
Application number: CN202211673235.8A
Authority: CN
Inventors: 田祝庚; 张文银; 林学佐; 钟迪克
Original assignee: Huizhi Technology Hubei Co ltd
Current assignee: Huizhi Technology Hubei Co ltd
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明涉及一种水性耐高温耐酸涂料及其制备方法，包括以下组份：50‑60重量份水性有机硅改性聚酯分散液、5‑8重量份水性环氧树脂分散液、10‑16重量份氨基树脂、14‑20重量份水、5‑10重量份溶剂、1‑2重量份助剂和10重量份色粉。本发明解决了目前炊具涂料受高温易变色和不耐醋酸的问题，达到涂料既能耐高温不变色，又有耐醋酸的效果。

Description

一种水性耐高温耐酸涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种水性耐高温耐酸涂料及其制备方法。

背景技术

随着全球环境问题越来越突出，涂料产业也面临环境保护问题的考验。涂料在制造、施工、干燥、固化和成膜过程中向空气中散发的挥发性有机化合物(VOC)是重要的环境污染物之一，对人体健康和环境构成了严重的污染和威胁。为此，世界各国都制定了相应的环保法规，限制涂料中VOC的排放。VOC主要来源于涂料的分散介质和成膜物，水性树脂生产技术的进步和发展，使得水性涂料逐步替代溶剂型涂料成为可能。水性涂料是以水为溶剂或分散介质的涂料，与溶剂型涂料相比，具有VOC含量低、无异味、不燃烧且毒性低等优点，涂装工艺方便，无需专用设备，同时也克服了粉末涂料调换色、涂薄层以及在凹形及复杂形状的物体表面涂装困难等缺陷。目前广泛应用的有水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料等。

有机硅改性聚酯树脂具有优异的耐热性、耐寒性、耐候性、电气绝缘性和机械性能，广泛地用于铝材、钢铁材等金属卷材的装饰保护、电器设备元、器件的绝缘装饰保护、户外大型建筑物的耐候装饰保护、耐热保护涂料及不粘涂料等。炊具如烤盘和不粘锅在使用过程中不可避免的要和醋酸等酸性物质接触，故使用在炊具的涂层应满足耐酸性能的要求。目前，有机硅改性聚酯树脂主要集中在溶剂型涂料和粉末涂料方面，水性涂料方面的研究较少，且其树脂本身的耐酸性较差因此，本领域亟需开发一种满足耐酸性能要求的有机硅改性聚酯水性涂料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水性耐高温耐酸涂料及其制备方法，解决目前炊具涂料受高温易变色和不耐醋酸的问题，达到涂料既能耐高温不变色，又有耐醋酸的效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：所述水性耐高温耐酸涂料，包括以下组份：

50-60重量份水性有机硅改性聚酯分散液、 5-8重量份水性环氧树脂分散液、10-16重量份氨基树脂、14-20重量份水、5-10重量份溶剂、1-2重量份助剂和10重量份色粉。

进一步地，所述水性环氧树脂分散液和氨基树脂重量比为1：1-2。

本发明还提供一种水性耐高温耐酸涂料的制备方法，采用以下步骤：

将50-60重量份水性有机硅树脂分散液与10重量份色浆一起研磨，研磨结束后加入5-8重量份水性环氧树脂分散液、10-16重量份氨基树脂、5-10重量份溶剂、1-2重量份助剂和14-20重量份水混合，研磨后得到有机硅改性聚酯水性涂料。

进一步地，所述水性有机硅改性聚酯分散液的固含量为50-60%，有机硅改性聚酯的粒径为1-10μm。

进一步地，所述水性环氧树脂分散液的固含量为50-60%，采用双酚A型环氧树脂，环氧当量450-550g/mol。

进一步地，所述氨基树脂采用甲醚化氨基树脂。

进一步地，所述氨基树脂采用高亚氨基三聚氰胺树脂或高烷基化三聚氰胺甲醛树脂。

进一步地，所述水性有机硅改性树酯采用如下步骤制备：

（1）将28.5～50重量份的多元醇、10～63重量份的聚硅氧烷以及0.01～0.05重量份的聚合反应催化剂混合，在130～200℃的反应温度下反应2～4小时；

（2）将17～40重量份的多元酸加入到所述步骤（1）得到的反应物中，继续升温到200～250℃后恒温反应，当酸值为30±10mgKOH/g时反应完成，得到所述的水性有机硅改性树酯。

进一步地，所述水性有机硅树脂分散液与色浆研磨后的粒径要求为D90小于10微米。

本发明的优点具体如下：本发明所述涂料以水为溶剂，具有极低的VOC，VOC含量低于10%，安全环保，且采用的有机硅改性聚酯树脂与环氧树脂、氨基树脂相互配合，在涂料固化过程中有机硅改性聚酯树脂的羟基、环氧树脂的环氧基团与氨基树脂的烷氧基甲基、羟甲基和亚氨基等基团进行化学反应形成交联网状结构，提高了涂料的保光率、热硬度、耐黄变等热稳定性及耐酸性能。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施例，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明实施例中所述有机硅改性聚酯分散液采用如下方法制备：

（1）有机硅改性树脂的制备：

a、在通有氮气的反应容器中加入28.5～50重量份的多元醇、10～63重量份的聚硅氧烷、0.01～0.05重量份的钛酸酯类催化剂，加热升温，在135～140℃进行脱水或醇类，并持续升温至160～170℃后恒温反应，反应时间为2.5～3小时；

b、将17～40重量份的多元酸加入到所述步骤1)的反应物中，继续升温到220～230℃后恒温反应，反应物透明后取样测试酸值，当酸值为30±10mgKOH/g时降温至180℃，在熔融状态下导出反应容器，冷却至室温，得到有机硅改性树酯，为微粉形态，粒径1-10μm。

本发明实施例所述多元醇含有2个或多个羟基基团(例如三个)。在本发明的一个具体实施方式中，优选为乙基丁基丙二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、或新戊二醇中的至少一种，更优选三羟甲基丙烷和/或三羟甲基乙烷。

本发明实施例所述多元酸可以是适合于制备聚酯的二元酸或三元酸。在本发明的一个具体实施方式中，所述的多元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸或偏苯三酸酐中的至少一种。

本发明实施例所述催化剂为钛酸酯类催化剂。在一个具体实施方式中，所述酞酸酯类催化剂为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯。目前，钛系催化剂由于其较高的催化活性和安全环保性而特别适合于本发明作为聚酯聚合反应的催化剂。

本发明实施例所述的聚硅氧烷为苯基聚硅氧烷或甲基苯基聚硅氧烷，重均分子量为800～4000。所述的聚硅氧烷可选用市售商品如：

美国道康宁公司所售的 DC-217，纯苯基聚硅氧烷，R₁均为苯基且硅羟基(R₂为H)含量为6.0wt%；

德国瓦克公司所售的 Silres REN 168，甲基苯基聚硅氧烷，苯基与甲基(R₁)的摩尔比为1.1:1.0，且硅羟基(R₂为H)含量为4.0～5.0wt%。

（2）有机硅改性聚酯树脂分散液的制备，包括以下步骤：

将上述制备的有机硅改性聚酯树脂经冷冻气流粉碎成微粉形态，所述微粉的粒径1～30μm，优选1～20μm，更优选1～10μm。在加工过程中，粒径在1～10μm的微粉可以通过机械搅拌分散均匀，粒径在20～30μm的微粉可以通过研磨分散均匀，加水混合制得固含量50-60%的分散液。

本发明实施例所述水性环氧树脂分散液的固含量为50-60%，环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧当量450-550g/mol。

本发明实施例所述氨基树脂采用甲醚化氨基树脂，包括高亚氨基三聚氰胺树脂（如美国氰特CYMEL 325）、高烷基化三聚氰胺甲醛树脂（如美国氰特CYMEL 303LF：高甲基化三聚氰胺树脂）

本发明实施例中所述水性环氧树脂分散液：氨基树脂重量比1：1-2。

本发明实施例所述着色用色粉是无毒且耐热高的色粉，可以是无机色粉，也可以是有机色粉，例如但不限于：钛白粉、钴锰铜黑、铬锰铜黑、锰黑、碳黑、钛黄、钴蓝、钴绿、酞菁绿、有机红、珠光粉、水性铝浆等。着色用色粉主要是依颜色需求适当选择，可以单独使用，也可以两种以上混合使用。

本发明实施例所述助剂包括分散剂、防开花剂、界面活性剂、流平剂、增粘剂、硅油及消泡剂等，所述助剂没有具体限制，只要不对本发明目的产生限制即可。在本发明所述水性涂料用于炊具等食用场合，所述助剂应优选无毒、可以与食品相接触的。

实施例1：一种水性耐高温耐酸涂料的制备方法，包括以下步骤：

将50g水性有机硅树脂分散液（固含量50%）与10g色浆一起研磨至粒径要求D90小于10微米，研磨结束后加入5g水性环氧树脂分散液（采用双酚A型环氧树脂，环氧当量为450-550g/mol）、5g氨基树脂（氰特325），5g异丙醇、0.5g流平剂、0.5g消泡剂，14g水混合，研磨2小时，得到有机硅改性聚酯水性涂料。

使用蒸馏水调整涂料粘度，以适合喷枪喷涂，将涂料喷涂于清洗干净的铝或铁的表面，100摄氏度表干5分钟，然后烘烤280摄氏度10分钟，冷却即形成保护涂层。

实施例2：一种水性耐高温耐酸涂料的制备方法，包括以下步骤：

将60g水性有机硅树脂分散液（固含量60%）与10g色浆一起研磨至粒径要求D90小于10微米，研磨结束后加入8g水性环氧树脂分散液（采用双酚A型环氧树脂，环氧当量为450-550g/mol）、16g氨基树脂（氰特325），10g异丙醇、1g流平剂、1g消泡剂，20g水混合，研磨2小时，得到有机硅改性聚酯水性涂料。

实施例3：一种水性耐高温耐酸涂料的制备方法，包括以下步骤：

将55g水性有机硅树脂分散液（固含量55%）与10g色浆一起研磨至粒径要求D90小于10微米，研磨结束后加入6g水性环氧树脂分散液（采用双酚A型环氧树脂，环氧当量为450-550g/mol）、12g氨基树脂（氰特325），6g异丙醇、1.5g流平剂、0.5g消泡剂，16g水混合，研磨2小时，得到有机硅改性聚酯水性涂料。

使用蒸馏水调整涂料粘度，以适合喷枪喷涂，将涂料喷涂于清洗干净的铝或铁的表面，150摄氏度表干5分钟，然后烘烤280摄氏度10分钟，冷却即形成保护涂层。

对比例1：

其他同实施例1，不加水性环氧树脂分散液。

对比例2：

其他同实施例2，不加氨基树脂。

对比例3：

其他同实施例3，不加水性环氧树脂分散液和氨基树脂。

将上述实施例1-3和对比例1-3得到的涂料制备相应涂层，进行性能参数的测试，如表1所示。

表1

本发明的测定方法是按照如下标准：

（1）热硬度：将样品通上电加热，待样品温度升至所要求的温度，然后控制电压，保持温度稳定，参照铅笔硬度的测试方法进行测试。

（2）保光率：测定仪器采用REFO-60 MINI型光泽计，检验方法及标准采用国标GB/T9754-2007测定。测试样品280℃烘烤2小时前后的光泽，然后计算保光率。

（3）耐酸性测试：将树脂喷涂到磷化铁板上，用280℃烘烤10min后取出作为样板；将水和醋酸以质量比混合成3%的醋酸混合溶液，然后将醋酸溶液放入锅中以煤气炉煮沸，把样板放入锅中保持沸腾煮1小时后取出，5分钟内按照GB/T9286-1998 测试密着性能，涂层无掉漆、无起泡，方格密着测试不掉漆为合格。

由表1的性能指标可得出，本发明实施例制得的涂料具有很好的耐热性，280摄氏度2小时保光率在95%以上，且处于280℃环境中10min以上不黄变，可以耐醋酸，可以广泛应用于不粘锅的外涂以及烤盘涂料，解决水性不粘涂料在烤盘和不粘锅上耐醋酸的问题。

由对比例1-3可知，对比例1中不添加水性环氧树脂分散液，测试结果显示不黄变、不耐酸；对比例2中不添加氨基树脂，测试结果显示发生黄变、不耐酸；对比例3中不添加水性环氧树脂分散液、不添加氨基树脂，测试结果显示不黄变、不耐酸。根据测试结果分析，当环氧树脂量少时不能达到耐酸效果，量多又会发生黄变，将环氧树脂搭配氨基树脂才能达到保证环氧树脂少量同时耐酸的效果。

以上对本申请所提供的一种水性耐高温耐酸涂料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种水性耐高温耐酸涂料，其特征在于，包括以下组份：

2.如权利要求1所述的水性耐高温耐酸涂料，其特征在于：所述水性环氧树脂分散液和氨基树脂重量比为1：1-2。

3.一种水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

4.如权利要求3所述的水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于：所述水性有机硅改性聚酯分散液的固含量为50-60%，有机硅改性聚酯的粒径为1-10μm。

5.如权利要求3所述的水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于：所述水性环氧树脂分散液的固含量为50-60%，采用双酚A型环氧树脂，环氧当量450-550g/mol。

6.如权利要求3所述的水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于：所述氨基树脂采用甲醚化氨基树脂。

7.如权利要求3所述的水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于：所述氨基树脂采用高亚氨基三聚氰胺树脂或高烷基化三聚氰胺甲醛树脂。

8.如权利要求3所述的水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于：所述水性环氧树脂分散液和氨基树脂重量比为1：1-2。

9.如权利要求3所述的水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于：所述水性有机硅改性树酯采用如下步骤制备：

10.如权利要求3所述的水性耐高温耐酸涂料的制备方法，其特征在于：所述水性有机硅树脂分散液与色浆研磨后的粒径要求为D90小于10微米。