CN116200083B - 水性丙烯酸涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性丙烯酸涂料及其应用，按重量份数计，水性丙烯酸涂料包括以下组分：水性丙烯酸乳液50～60份、溴碳醇酸树脂5～10份、硅烷偶联剂5～10份、颜料10～15份及聚苯胺1～5份。通过水性丙烯酸乳液、溴碳醇酸树脂、硅烷偶联剂、颜料和聚苯胺按特定比例共同作用，使得水性丙烯酸涂料经固化后得到的涂层的耐候性和耐腐蚀性较好，且附着力较好。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别是涉及一种水性丙烯酸涂料及其应用。
背景技术
随着汽车工业的发展，对汽车所用材料的要求越来越严格。汽车大面积裸露在外，直接与大气环境接触，这就要求汽车涂层具有较好的耐候性和耐腐蚀性，使得汽车可在各种气候的环境条件下使用，从而延长汽车的使用寿命。
汽车底盘件表面已有的防护层包括电泳、粉末、尼龙涂覆、光滑的机加面、溶剂型漆膜、水性漆膜、铝镁合金、合金钝化层、镀锌层、锌铝涂层、锌镍镀层、管束橡胶层等，而这些防护层无法同时兼具较好的耐候性和耐腐蚀性，通常需要二次喷涂材料来满足同时兼具耐候性和耐腐蚀性的需求。
因此，提供一种附着力较好，且兼具较好的耐候性和耐腐蚀性的涂料具有重要意义。
发明内容
基于此，本发明提供了一种附着力较好，且兼具较好的耐候性和耐腐蚀性的水性丙烯酸涂料及其应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
一种水性丙烯酸涂料，按重量份数计，包括以下组分：
在其中一些实施例中，水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，包括以下组分：
在其中一些实施例中，水性丙烯酸涂料中，所述溴碳醇酸树脂与所述水性丙烯酸乳液的质量比为(0.08～0.2):1。
在其中一些实施例中，水性丙烯酸涂料中，所述水性丙烯酸乳液还包括有机溶剂，所述有机溶剂的体积百分浓度＜2％。
在其中一些实施例中，水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，所述溴碳醇酸树脂的制备原料包括以下组分：
豆油酸40～60份、季戊四醇8～12份、邻苯二甲酸酐8～15份、催化剂0.01～0.02份、溴化环氧树脂14～21份和二甲苯3～5份。
在其中一些实施例中，水性丙烯酸涂料中，所述颜料为不含卤元素的颜料。
在其中一些实施例中，水性丙烯酸涂料中，所述硅烷偶联剂选自三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。
在其中一些实施例中，在所述水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，还包括阻燃剂5～10份。
本发明提供了一种水性丙烯酸涂膜，由上述水性丙烯酸涂料固化得到。
本发明提供了一种水性丙烯酸涂层制品，包括上述的水性丙烯酸涂膜。
与现有技术相比较，本发明的水性丙烯酸涂料具有如下有益效果：
上述水性丙烯酸涂料，水性丙烯酸乳液、聚苯胺和溴碳醇酸树脂组合，在硅烷偶联剂的作用下可形成致密的薄膜，使水性丙烯酸涂料具有较好的耐候性和耐腐蚀性；颜料起到一定的填充作用，可进一步提升水性丙烯酸涂料的耐候性和耐腐蚀性；硅烷偶联剂能与金属基材反应，有效提升水性丙烯酸涂料的附着力，且硅烷偶联剂可提升颜料在水性丙烯酸涂料中的分散性及粘合力，可有效避免因分散不均导致光泽下降的问题，以及进一步提升水性丙烯酸涂料的耐候性和耐腐蚀性；溴碳醇酸树脂具有粘合作用，可进一步提升水性丙烯酸涂料的粘结性能，从而有效提升水性丙烯酸涂料的附着力；水性丙烯酸乳液、溴碳醇酸树脂、硅烷偶联剂、颜料、阻燃剂和聚苯胺按特定比例共同作用，使得水性丙烯酸涂料经固化后得到的涂层的耐候性和耐腐蚀性较好，附着力较好，且硬度和光泽度较高。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。应当理解，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
本发明一实施方式提供了一种水性丙烯酸涂料，按重量份数计，包括以下组分：
上述水性丙烯酸涂料，水性丙烯酸乳液、聚苯胺和溴碳醇酸树脂组合，在硅烷偶联剂的作用下可形成致密的薄膜，使水性丙烯酸涂料具有较好的耐候性和耐腐蚀性；颜料起到一定的填充作用，可进一步提升水性丙烯酸涂料的耐候性和耐腐蚀性；且硅烷偶联剂能与金属基材反应，有效提升水性丙烯酸涂料的附着力，且硅烷偶联剂可提升颜料在水性丙烯酸涂料中的分散性及粘合力，可有效避免因分散不均导致光泽下降的问题，以及进一步提升水性丙烯酸涂料的耐候性和耐腐蚀性；溴碳醇酸树脂具有粘合作用，可进一步提升水性丙烯酸涂料的粘结性能，从而有效提升水性丙烯酸涂料的附着力；以及溴碳醇酸树脂具有阻燃作用，在一定程度上还可提升水性丙烯酸涂料经固化后得到的涂层的耐燃性。
由于水性丙烯酸树脂中含有亲水性基团，如羧基、羟基等，传统水性丙烯酸涂料形成的涂膜的硬度较低。本申请通过将水性丙烯酸乳液、溴碳醇酸树脂、硅烷偶联剂、颜料、阻燃剂和聚苯胺按特定比例共同作用，使得水性丙烯酸涂料经固化后得到的涂层，不仅耐候性和耐腐蚀性较好，附着力较好，且硬度和光泽度较高。
将上述水性丙烯酸涂料涂覆在金属基材表面，在金属基材表面形成致密的氧化薄膜(钝化膜)，钝化膜的形成大大延缓了金属的腐蚀；同时，聚苯胺被还原，还原的聚苯胺为绝缘体，可阻止腐蚀电荷的传递；聚苯胺还具有导电性能，使金属表面产生一个电场，该电场的方向与电子传递方向相反，阻碍电子从金属向氧化物质的传递，即形成了电子传递屏障。
上述水性丙烯酸涂料低温下即易干，节省能源，提高生产效率；施工固体份高达65％以上，VOC含量低，是一种环保型涂料。
可以理解，水性丙烯酸乳液包括但不限于50份、51份、52份、54份、55份、56份、56.5份、57份、58份、60份；溴碳醇酸树脂包括但不限于5份、5.1份、5.2份、5.5份、5.8份、6份、7份、8份、9份、10份；硅烷偶联剂包括但不限于5份、5.1份、5.2份、5.5份、5.8份、6份、7份、8份、9份、10份；颜料包括但不限于10份、10.1份、10.2份、10.5份、10.8份、10.9份、11份、12份、13份、14份、15份；聚苯胺包括但不限于5份、5.1份、5.2份、5.5份、5.8份、6份、7份、8份、9份、10份。
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，包括以下组分：
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，包括以下组分：
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂料中，溴碳醇酸树脂与水性丙烯酸乳液的质量比为(0.08～0.2):1。
可以理解，溴碳醇酸树脂与水性丙烯酸乳液的质量比包括但不限于0.08:1、0.1:1、0.11:1、0.13:1、0.15:1、0.2:1。
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂料中，水性丙烯酸乳液还包括有机溶剂，有机溶剂的体积百分浓度＜2％。
可以理解，溴碳醇酸树脂可以采用商品化的或者自行制备获得。
在其中一些的示例中，水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，溴碳醇酸树脂的制备原料包括以下组分：
豆油酸40～60份、季戊四醇8～12份、邻苯二甲酸酐8～15份、催化剂0.01～0.02份、溴化环氧树脂14～21份和二甲苯3～5份。
可以理解，豆油酸包括但不限于40份、40.1份、40.5份、41份、42份、43份、44份、45份、48份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、58份、60份等；季戊四醇包括但不限于8份、8.1份、8.5份、9份、10份、11份、12份等；邻苯二甲酸酐包括但不限于8份、8.1份、8.5份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份等；溴化环氧树脂包括但不限于14份、14.1份、14.2份、14.5份、15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份等。
还可以理解，在另一些的示例中，水性丙烯酸涂料中，按重量百分数计，溴碳醇酸树脂的制备原料包括以下组分：
豆油酸40％～60％、季戊四醇8％～12％、邻苯二甲酸酐8％～15％、催化剂0.01％～0.02％、溴化环氧树脂14％～21％和二甲苯3％～5％。
在其中一些的示例中，水性丙烯酸涂料中，催化剂为氢氧化锂。
在其中一些具体的示例中，水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，溴碳醇酸树脂的制备原料包括以下组分：
豆油酸55份、季戊四醇10份、邻苯二甲酸酐10份、催化剂0.02％份、溴化环氧树脂20份和二甲苯5份。
在其中一些的示例中，水性丙烯酸涂料中，溴化环氧树脂中的溴元素的质量百分含量为1wt％～5wt％。可以理解，溴化环氧树脂中的溴元素的质量百分含量包括但不限于1wt％、1.5wt％、2wt％、3wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％等。
通过控制溴化环氧树脂中的溴元素的质量百分含量，有利于控制水性丙烯酸涂料与基体的附着力。
在其中一些的示例中，水性丙烯酸涂料中，溴碳醇酸树脂的制备包括以下步骤：
将豆油酸、季戊四醇、邻苯二甲酸酐、催化剂和二甲苯混合，在氮气条件下进行酯化反应，得到醇酸树脂；
采用醇酸树脂对溴化环氧树脂进行改性，得到溴碳醇酸树脂。
在其中一些的示例中，溴碳醇酸树脂的制备步骤中，酯化反应的温度为120℃～180℃，时间为0.8h～1h。
在其中一些具体的示例中，溴碳醇酸树脂的制备步骤中，酯化反应的温度为120℃，时间为1h。
在其中一些的示例中，溴碳醇酸树脂的制备步骤中，采用醇酸树脂对溴化环氧树脂进行改性为：将醇酸树脂和溴化环氧树脂混合，于180℃～200℃反应1.5h～3h。可选地，于180℃反应2h。
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂料中，颜料为不含卤元素的颜料。可以理解，不含卤元素的颜料包括但不限于不含氟、氯、溴、碘元素的黑、灰、蓝颜料。
传统采用黑色聚脲涂料对底盘整体喷漆时，针对不需涂装的零部件需要有遮蔽工序和卸遮蔽工序，会提高工人劳动强度，增加涂装成本。底盘整体喷涂上述含透明颜料的水性丙烯酸透明漆时，可省去喷涂前工件的上遮蔽工序及喷涂后的工件卸遮蔽工序，降低了工人的劳动强度和涂装综合成本，提高了劳动效率。
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂料中，硅烷偶联剂选自三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。可选地，硅烷偶联剂为三甲氧基硅烷。
在其中一些示例中，在水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，还包括阻燃剂5～10份。
阻燃剂和溴化环氧树脂组合，使水性丙烯酸涂料具有较好的阻燃作用。
越野车排气系统、盘式刹车系统、发动机系统因长时间重负载跑非铺装路面温度较高，涂覆上述水性丙烯酸涂料可有效提升耐燃性能。
可以理解，阻燃剂包括但不限于5份、5.1份、5.2份、5.5份、5.8份、6份、7份、8份、9份、10份。
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂料中，阻燃剂选自烷氧基受阻胺阻燃剂、氢氧化镁和磷酸二铵中的至少一种。可选地，阻燃剂为烷氧基受阻胺阻燃剂。
本发明一实施方式提供了一种水性丙烯酸涂料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的水性丙烯酸涂料的组分提供原料，将各原料混合。
本发明一实施方式提供了一种水性丙烯酸涂膜，采用上述水性丙烯酸涂料固化得到。
本发明一实施方式提供了一种水性丙烯酸涂膜的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的水性丙烯酸涂料的组分提供原料，将各原料混合后进行交联反应，得到水性丙烯酸涂膜。
本发明一实施方式提供了上述水性丙烯酸涂料在制备水性丙烯酸涂层制品中的应用。
本发明另一实施方式提供了一种水性丙烯酸涂层制品，包括上述水性丙烯酸涂膜。
可以理解，水性丙烯酸涂层制品包括但不限于汽车、铁路车辆、桥梁管道或保温杯。
在其中一些示例中，水性丙烯酸涂层制品包括为汽车底盘件。可以理解，汽车底盘件上涂覆有上述水性丙烯酸涂料。进一步可以理解，将上述水性丙烯酸涂料涂覆在汽车底盘件上，经固化后得到的涂层与底盘件的附着力较好，且涂层的耐候性和耐腐蚀性较好，有效延长汽车底盘件的寿命；以及硬度和光泽度较高。
本发明另一实施方式提供了一种涂装方法，包括以下步骤：
在基材上喷涂水性丙烯酸涂料，流平，干燥。
可以理解，在如电泳、粉末、尼龙涂覆、光滑的机加面、溶剂型漆膜、水性漆膜、铝镁合金、合金钝化层、镀锌层、锌铝涂层、锌镍镀层、管束橡胶层等原防护层上喷涂上述水性丙烯酸涂料，具有较好的附着力，可满足同时兼具耐候性和耐腐蚀性的需求。
在其中一些示例中，涂装方法中，喷涂的温度≥18℃，时间为5min～7min。可选地，喷涂的温度为18℃～23℃。
在其中一些示例中，涂装方法中，流平的温度≥18℃。可选地，流平的的温度为18℃～23℃。
在其中一些示例中，涂装方法中，干燥的温度为21℃～25℃。
上述涂装方法中，在原防护层上喷涂上述水性丙烯酸涂料，有效提升铸件、合金或钢材的耐久性、耐腐蚀性和耐候性能，且上述水性丙烯酸涂料可自干、快速干燥形成涂层，环保。
具体实施例
以下按照本发明的水性丙烯酸涂料及其应用举例，可理解，本发明的水性丙烯酸涂料及其应用并不局限于下述实施例。
以下各实施例中所用到的溴碳醇酸树脂按照以下步骤制备得到：
将豆油酸55份、季戊四醇10份、邻苯二甲酸酐10份、催化剂氢氧化锂0.02份和二甲苯5份混合，在氮气条件下，于120℃反应1h，得到醇酸树脂；
将醇酸树脂和溴化环氧树脂20份混合，于180℃反应3h，当酸值在10mg KOH/g以内时便可停止反应，放出油水分离器中的水和二甲苯，开大氮气量，将溴碳醇酸树脂中的二甲苯蒸出；降温至80℃，出料得到溴碳醇酸树脂。
其中，溴化环氧树脂中的溴元素的质量百分含量为5％。
实施例1
水性丙烯酸乳液(BASF德国巴斯夫Joncryl 1980，不含有机溶剂)55份、溴碳醇酸树脂7份、三甲氧基硅烷7份、透明颜料13份、烷氧基受阻胺阻燃剂7份和聚苯胺3份混合，制得涂料。
将底盘零部件电泳涂层用400#水砂纸打磨后→用粘性擦布擦净打磨灰(室温、3.5min)→手工喷涂实施例1制得的涂料(施工粘度28s，施工固体份68.2％；喷漆温度18℃～23℃，相对湿度75±5％；喷涂二道，时间5.5min)→手工补漆(清漆，施工粘度28s，施工固体份68％；喷漆温度18℃～23℃，相对湿度75±5％；，时间1min)→流平(温度18℃～23℃，2min)→自干(21℃～25℃，60min)，得到表面设置有水性丙烯酸涂层的底盘零部件。
实施例2
与实施例1基本相同，不同点在于，涂料的组分比例有所区别，具体如下：
水性丙烯酸乳液(BASF德国巴斯夫Joncryl 1980)52份、溴碳醇酸树脂8份、三乙氧基硅烷6份、透明颜料12份、烷氧基受阻胺阻燃剂6份和聚苯胺4份混合，制得涂料。
实施例3
与实施例1基本相同，不同点在于，涂料的组分比例有所区别，具体如下：
水性丙烯酸乳液(BASF德国巴斯夫Joncryl 1980)56份、溴碳醇酸树脂6份、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷8份、透明颜料14份、阻燃剂磷酸二铵8份和聚苯胺2份混合，制得涂料。
实施例4
与实施例1基本相同，不同点在于，涂料的组分比例有所区别，具体如下：
水性丙烯酸乳液(BASF德国巴斯夫Joncryl 1980)50份、溴碳醇酸树脂10份、三甲氧基硅烷5份、透明颜料10份、阻燃剂5份和聚苯胺5份混合，制得涂料。
实施例5
与实施例1基本相同，不同点在于，涂料的组分比例有所区别，具体如下：
水性丙烯酸乳液(BASF德国巴斯夫Joncryl 1980)60份、溴碳醇酸树脂5份、三甲氧基硅烷10份、透明颜料15份、阻燃剂10份和聚苯胺1份混合，制得涂料。
实施例6
与实施例1基本相同，不同点在于，涂料中的水性丙烯酸乳液替换成等量的美国路博润Permax 805丙烯酸共聚乳液(包括体积百分浓度＜2％的有机溶剂)。
对比例1
与实施例1基本相同，不同点在于，不添加溴碳醇酸树脂，且水性丙烯酸乳液的添加量为实施例1中溴碳醇酸树脂和水性丙烯酸乳液的质量之和。
对比例2
与实施例1基本相同，不同点在于，将溴碳醇酸树脂替换成等质量的醇酸树脂。
对比例3
与实施例1基本相同，不同点在于，将溴碳醇酸树脂替换成等质量的二甲基硅油。
对比例4
与实施例1基本相同，不同点在于，将硅烷偶联剂替换成等量的钛酸酯偶联剂。
对比例5
水性丙烯酸乳液32份、溴碳醇酸树脂30份、三甲氧基硅烷7份、透明颜料13份烷氧基受阻胺阻燃剂7份和聚苯胺3份混合，制得涂料。
各实施例和对比例的涂料的组分及份数如表1所示。
表1
对个实施例和对比例制得的涂料进行性能测试，性能测试按照以下标准进行：
附着力：ASTM D3359-02；
耐盐雾性能：GB/T1771-2007；
耐人工老化：GB/T1865-2009。
表2
从表2可知，相比对比例，实施例制得的涂料与汽车底盘件表面已有的防护层的结合力较好，耐候性和耐腐蚀性较好，硬度和光泽度较高；而对比例1，不添加溴碳醇酸树脂，涂料与汽车底盘件表面的结合力明显下降，耐腐蚀性变差；对比例2～3，将溴碳醇酸树脂替换成等质量的醇酸树脂或二甲基硅油，涂料与汽车底盘件表面结合力变差，同时耐候性和耐腐蚀性均较差；对比例4，将硅烷偶联剂替换成等量的钛酸酯偶联剂，涂料与汽车底盘件表面已有的防护层的结合力变差；对比例5，各组分的比例有所区别，制得的涂料与汽车底盘件表面已有的防护层的结合力下降，耐候性较差，且对比例2、4～5的光泽度降低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种水性丙烯酸涂料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
所述溴碳醇酸树脂与所述水性丙烯酸乳液的质量比为(0.1～0.2):1。
2.如权利要求1所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
3.如权利要求1所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述溴碳醇酸树脂与所述水性丙烯酸乳液的质量比为(0.11～0.2):1。
4.如权利要求1～3任一项所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸乳液还包括有机溶剂，所述有机溶剂的体积百分浓度＜2％。
5.如权利要求1～3任一项所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，按重量份数计，所述溴碳醇酸树脂的制备原料包括以下组分：
豆油酸40～60份、季戊四醇8～12份、邻苯二甲酸酐8～15份、催化剂0.01～0.02份、溴化环氧树脂14～21份和二甲苯3～5份。
6.如权利要求1～3任一项所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述颜料为不含卤元素的颜料。
7.如权利要求1～3任一项所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。
8.如权利要求1～3任一项所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，在所述水性丙烯酸涂料中，按重量份数计，还包括阻燃剂5～10份。
9.一种水性丙烯酸涂膜，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的水性丙烯酸涂料固化得到。
10.一种水性丙烯酸涂层制品，其特征在于，包括如权利要求9所述的水性丙烯酸涂膜。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 耿耀宗等.《合成聚合物乳液制造与应用技术》.中国轻工业出版社,1999,第58页. * |
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