CN116426177A - 一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆及其制备方法 - Google Patents

一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，包括以下步骤：将环氧树脂和乙二醇丁醚混合均匀后加入到三口圆底烧瓶内，油浴条件下加热升温，向三口圆底烧瓶内滴加浓磷酸和乙二醇丁醚的混合物，滴加结束后保温回流搅拌反应至反应体系酸值不变，停止反应，将反应液冷却至室温，得到环氧磷酸酯树脂；将羟基丙烯酸分散体、氨基树脂、水、颜填料和助剂加入到混合机内高速分散均匀，然后研磨处理，制得水性丙烯酸氨基烤漆，向水性丙烯酸氨基烤漆内加入环氧磷酸酯树脂，高速分散均匀，制得环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆。本发明提供的烤漆与基材的结合性能好，防腐性能优异，力学性能佳。

Description

一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆及其制备方法。
背景技术
丙烯酸氨基烤漆因具有附着力优异、漆膜光泽度和丰满度高、耐化学品性、耐热性、耐腐蚀性和耐候性能优异等特点，已广泛应用于汽车、仪器仪表、家用电器、五金等行业的涂装。由于目前市场的环保要求和国家对挥发性有机化合物排放的控制，丙烯酸氨基烤漆正逐步实现工业涂料领域的水性化，但相比于传统溶剂型产品，水性丙烯酸氨基烤漆在铁质、不锈钢、铝合金、锌合金等金属基材表面的附着力有所欠缺，从而影响涂膜的耐腐蚀性能。因此如何寻找一种与金属基体结合力好，防腐性能优异的水性涂料成为关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆及其制备方法，本发明采用自制的防腐填料以及环氧磷酸酯进行改性，制得的烤漆与基材的结合性能好，防腐性能优异，力学性能佳。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，包括以下步骤：
（1）将环氧树脂和乙二醇丁醚混合均匀后加入到三口圆底烧瓶内，油浴条件下加热升温，向三口圆底烧瓶内滴加浓磷酸和乙二醇丁醚的混合物，滴加结束后保温回流搅拌反应至反应体系酸值不变，停止反应，将反应液冷却至室温，得到环氧磷酸酯树脂；
（2）将羟基丙烯酸分散体、氨基树脂、水、颜填料和助剂加入到混合机内高速分散均匀，然后研磨处理，制得水性丙烯酸氨基烤漆，向水性丙烯酸氨基烤漆内加入步骤（1）中制得的环氧磷酸酯树脂，高速分散均匀，制得环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆。
作为上述技术方案的优选，步骤（1）中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，树脂型号为E55、E51、E44、E42、E35、E20中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，步骤（1）中，所述保温回流搅拌反应的温度为100-140℃，所述保温回流搅拌反应的时间为2-5h。
作为上述技术方案的优选，步骤（1）中，所述浓磷酸与环氧树脂中环氧基的摩尔比为（0.5-1）：1。
作为上述技术方案的优选，步骤（1）中，环氧树脂与乙二醇丁醚混合时，环氧树脂、乙二醇丁醚的质量比为（1-2）：1；浓磷酸与乙二醇丁醚混合时，浓磷酸与乙二醇丁醚的质量比为（0.5-1）：1。
作为上述技术方案的优选，步骤（2）中，所述羟基丙烯酸分散体的固含量为38-45%，所述羟基丙烯酸的羟基含量为2-4%，其添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的30-60%；所述羟基丙烯酸分散体与氨基树脂的质量比为（4-8）：1；所述环氧磷酸酯树脂的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的1-5%；所述水的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的10-20%，所述颜填料的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的7-21.5%，所述助剂的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的1-9%。
作为上述技术方案的优选，步骤（2）中，在制备水性丙烯酸氨基烤漆时还加入了防腐填料，所述防腐填料的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的2-3%；所述防腐填料的制备方法为：
步骤一、将六水合硝酸锌水溶液和2-甲基咪唑水溶液混合处理，之后离心，沉淀采用无水乙醇洗涤后干燥，制得ZIF纳米片；将ZIF纳米片加入到乙醇中进行分散，之后边搅拌边加入油酸咪唑啉，得到悬浮液，将悬浮液置于真空条件下进行处理，之后过滤，将得到的沉淀在室温下干燥，得到负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片；
步骤二、将负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片分散在去离子水中，然后加入三聚磷酸钠溶液，之后缓慢加入壳聚糖溶液，搅拌处理，最后离心，并采用去离子水洗涤离心得到的沉淀，将沉淀干燥，得到防腐填料。
作为上述技术方案的优选，所述六水合硝酸锌溶液的浓度为0.01-0.015mmol/ml，所述2-甲基咪唑水溶液的浓度为0.1-0.15mmol/ml，二者体积比为1:1；所述混合处理的温度为室温，时间为20-30h。
作为上述技术方案的优选，所述ZIF纳米片、油酸咪唑啉的质量比为0.5：（2-3）；所述三聚磷酸钠溶液的浓度为4mg/ml，所述壳聚糖溶液的浓度为6mg/ml；所述负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片、三聚磷酸钠溶液、壳聚糖溶液的用量比为0.1g：40ml：40-50ml；所述搅拌处理的温度为室温，时间为4-5h。
本发明中的环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆可为银粉烤漆、实色烤漆或清漆烤漆。
本发明中的颜填料可选择为水性铝银浆、水性膨润土、高色素炭黑粉、大红粉、改性磷酸锌防锈粉、硫酸钡中的一种或多种混合。
本发明中的助剂为水性基材润湿剂、水性消泡剂、水性聚酰胺蜡浆、水性分散剂、成膜助剂中的一种或多种混合。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明采用自制的环氧磷酸酯树脂对水性丙烯酸氨基烤漆进行改性，环氧磷酸酯是在环氧树脂结构中引入磷酸基、环氧基和羟基，一方面可提高树脂反应的活性和交联密度，另一方面耐蚀性强的磷酸基与金属基材反应会形成磷酸盐钝化膜，从而有效阻隔外界水分、氧气等对金属基材的侵蚀，进而改善了漆膜的耐腐蚀性能。本发明在水性产品中添加一定量的环氧磷酸酯树脂，可有效改善漆膜对金属基材表面的附着力和防腐性能，从而促进水性产品在涂料领域的发展。
本发明还在水性丙烯酸氨基烤漆内加入了防腐填料进行改性，防腐填料是以ZIF纳米片封装油酸咪唑啉之后采用三聚磷酸钠以及壳聚糖进行包裹，ZIF纳米片可以在烤漆中实现高度分散，不仅可以改善烤漆的韧性，而且还可以阻隔一定的腐蚀介质，可有效防止氯离子、水分子以及氧气直接穿透填料，进一步延长腐蚀性物质的扩散，从而达到防腐的目的。ZIF纳米片具有多孔结构，孔隙可作为缓蚀剂的容器，本发明将油酸咪唑啉在真空条件下结合到ZIF纳米片的孔隙内，并在三聚磷酸钠、壳聚糖的交联下，在ZIF纳米片表面形成一层壳聚糖膜进行包裹，本发明制得的防腐填料在遇到腐蚀性电解质时会膨胀，从而装载的油酸咪唑啉会被迅速释放，从而修复金属基材表面的腐蚀，具有一定的缓蚀作用。本发明制得的烤漆漆膜的烘烤温度为120-180℃，烘烤时间为15-60min，制得的漆膜涂层硬度高，烤漆涂层硬度高，抗冲击性能、耐水性、耐化学品性和耐盐雾性能优异，环保无毒，制备方法简单。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
将30ml浓度为0.013mmol/ml六水合硝酸锌水溶液和30ml浓度为0.13mmol/ml 2-甲基咪唑水溶液室温下混合处理24h，之后离心，沉淀采用无水乙醇洗涤后干燥，制得ZIF纳米片；将0.5gZIF纳米片加入到50ml乙醇中进行分散，之后边搅拌边加入2.5g油酸咪唑啉，得到悬浮液，将悬浮液置于真空条件下进行处理，之后过滤，将得到的沉淀在室温下干燥，得到负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片；
将0.1g负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片分散在10ml去离子水中，然后加入40ml浓度为4mg/ml的三聚磷酸钠溶液，之后缓慢加入50ml浓度为6mg/ml的壳聚糖溶液，室温下搅拌处理5h，最后离心，并采用去离子水洗涤离心得到的沉淀，将沉淀干燥，得到防腐填料；
将双酚A型环氧树脂E44与乙二醇丁醚混合均匀，置于三口圆底烧瓶中，130℃加热冷凝回流，将浓磷酸与乙二醇丁醚混合均匀后逐滴加入至上述反应液中，控制浓磷酸与双酚A型环氧树脂E44中环氧基团的摩尔比为1：1，滴加完成后于130℃下保温2h，冷却得环氧磷酸酯树脂，备用；
将水性铝银浆与乙二醇丁醚以质量比为1：1混合后低速分散均匀，制得料浆；将质量百分占比为60wt%羟基丙烯酸分散体、15wt%氨基树脂、11.3wt%水，8wt%铝银浆、1.5wt%水性聚酰胺蜡浆、0.1wt%水性基材润湿剂、0.1wt%水性消泡剂，2wt%环氧磷酸酯树脂、2wt%防腐填料，混合均匀，即得到附着力优异的水性金属银粉烤漆。
实施例2
将30ml浓度为0.013mmol/ml六水合硝酸锌水溶液和30ml浓度为0.13mmol/ml2-甲基咪唑水溶液室温下混合处理25h，之后离心，沉淀采用无水乙醇洗涤后干燥，制得ZIF纳米片；将0.5gZIF纳米片加入到50ml乙醇中进行分散，之后边搅拌边加入2.5g油酸咪唑啉，得到悬浮液，将悬浮液置于真空条件下进行处理，之后过滤，将得到的沉淀在室温下干燥，得到负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片；
将0.1g负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片分散在10ml去离子水中，然后加入40ml浓度为4mg/ml的三聚磷酸钠溶液，之后缓慢加入50ml浓度为6mg/ml的壳聚糖溶液，室温下搅拌处理5h，最后离心，并采用去离子水洗涤离心得到的沉淀，将沉淀干燥，得到防腐填料；
将双酚A型环氧树脂E44与乙二醇丁醚混合均匀，置于三口圆底烧瓶中，130℃加热冷凝回流，将浓磷酸与乙二醇丁醚混合均匀后逐滴加入至上述反应液中，控制浓磷酸与双酚A型环氧树脂E44中环氧基团的摩尔比为1：1，滴加完成后于130℃下保温2h，冷却得环氧磷酸酯树脂，备用；
将55wt%羟基丙烯酸分散体、18.6wt%水、1wt%水性分散剂、0.1wt%水性消泡剂、7wt%大红粉、0.2wt%水性膨润土混合均匀后研磨至细度≤20μm，制得色浆；在色浆中加入10wt%氨基树脂、0.1wt%水性基材润湿剂、5wt%成膜助剂、1wt%环氧磷酸酯树脂、2wt%防腐填料，混合均匀后用水性聚氨酯增稠剂将体系黏度调至70-80KU，得到环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆。
实施例3
将30ml浓度为0.013mmol/ml六水合硝酸锌水溶液和30ml浓度为0.13mmol/ml2-甲基咪唑水溶液室温下混合处理24h，之后离心，沉淀采用无水乙醇洗涤后干燥，制得ZIF纳米片；将0.5gZIF纳米片加入到50ml乙醇中进行分散，之后边搅拌边加入2.5g油酸咪唑啉，得到悬浮液，将悬浮液置于真空条件下进行处理，之后过滤，将得到的沉淀在室温下干燥，得到负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片；
将0.1g负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片分散在10ml去离子水中，然后加入40ml浓度为4mg/ml的三聚磷酸钠溶液，之后缓慢加入50ml浓度为6mg/ml的壳聚糖溶液，室温下搅拌处理5h，最后离心，并采用去离子水洗涤离心得到的沉淀，将沉淀干燥，得到防腐填料；
将双酚A型环氧树脂E44与乙二醇丁醚混合均匀，置于三口圆底烧瓶中，130℃加热冷凝回流，将浓磷酸与乙二醇丁醚混合均匀后逐滴加入至上述反应液中，控制浓磷酸与双酚A型环氧树脂E44中环氧基团的摩尔比为1：1，滴加完成后于130℃下保温2h，冷却得环氧磷酸酯树脂，备用；
将40wt%羟基丙烯酸分散体、19wt%水、2wt%水性分散剂、0.3wt%水性消泡剂、3wt%高色素炭黑粉、0.5wt%水性膨润土、8wt%改性磷酸锌防锈粉、8wt%硫酸钡混合均匀后研磨至细度≤20μm，制得色浆；在色浆中加入10wt%氨基树脂、0.2wt%水性基材润湿剂、5wt%成膜助剂，2wt%环氧磷酸酯树脂、2wt%防腐填料，混合均匀后用水性聚氨酯增稠剂将体系黏度调至体系粘度为70-80KU，即得到环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆。
对上述实施例中制得的环氧磷酸酯改性水性丙烯酸氨基烤漆的性能进行测试，测试结果如表1所示。
表1
检测标准 实施例1 实施例2 实施例3
光泽度 GB/T 9754-2007 ＞90° ＞90° ＞90°
附着力 GB/T 9286-1998 0级 0级 0级
硬度 GB/T 6739 ≥2H ≥2H ≥2H
耐中性盐雾 GB/T 1771-2007 3000h漆膜无起泡脱落 3000h漆膜无起泡脱落 3000h漆膜无起泡脱落
耐湿热老化 GB/T 1740-2007 3000h漆膜无起泡、生锈和脱落 3000h漆膜无起泡、生锈和脱落 3000h漆膜无起泡、生锈和脱落
耐氙灯老化 GB/T16422.2-2014 ＞500h ＞500h ＞500h
耐冲击/cm GB/T 1732-1993 56 55 56
从上述测试结果可以看出，本发明制得的烤漆与基材的结合性能好，防腐性能优异，力学性能佳。
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将环氧树脂和乙二醇丁醚混合均匀后加入到三口圆底烧瓶内，油浴条件下加热升温，向三口圆底烧瓶内滴加浓磷酸和乙二醇丁醚的混合物，滴加结束后保温回流搅拌反应至反应体系酸值不变，停止反应，将反应液冷却至室温，得到环氧磷酸酯树脂；
（2）将羟基丙烯酸分散体、氨基树脂、水、颜填料和助剂加入到混合机内高速分散均匀，然后研磨处理，制得水性丙烯酸氨基烤漆，向水性丙烯酸氨基烤漆内加入步骤（1）中制得的环氧磷酸酯树脂，高速分散均匀，制得环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆。
2.根据权利要求1所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，树脂型号为E55、E51、E44、E42、E35、E20中的一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述保温回流搅拌反应的温度为100-140℃，所述保温回流搅拌反应的时间为2-5h。
4.根据权利要求1所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述浓磷酸与环氧树脂中环氧基的摩尔比为（0.5-1）：1。
5.根据权利要求1所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，环氧树脂与乙二醇丁醚混合时，环氧树脂、乙二醇丁醚的质量比为（1-2）：1；浓磷酸与乙二醇丁醚混合时，浓磷酸与乙二醇丁醚的质量比为（0.5-1）：1。
6.根据权利要求1所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述羟基丙烯酸分散体的固含量为38-45%，羟基丙烯酸的羟基含量为2-4%，其添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的30-60%；所述羟基丙烯酸分散体与氨基树脂的质量比为（4-8）：1；所述环氧磷酸酯树脂的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的1-5%；所述水的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的10-20%，所述颜填料的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的7-21.5%，所述助剂的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的1-9%。
7.根据权利要求1所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，在制备水性丙烯酸氨基烤漆时还加入了防腐填料，所述防腐填料的添加量为水性丙烯酸氨基烤漆质量的2-3%；所述防腐填料的制备方法为：
步骤一、将六水合硝酸锌水溶液和2-甲基咪唑水溶液混合处理，之后离心，沉淀采用无水乙醇洗涤后干燥，制得ZIF纳米片；将ZIF纳米片加入到乙醇中进行分散，之后边搅拌边加入油酸咪唑啉，得到悬浮液，将悬浮液置于真空条件下进行处理，之后过滤，将得到的沉淀在室温下干燥，得到负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片；
步骤二、将负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片分散在去离子水中，然后加入三聚磷酸钠溶液，之后缓慢加入壳聚糖溶液，搅拌处理，最后离心，并采用去离子水洗涤离心得到的沉淀，将沉淀干燥，得到防腐填料。
8.根据权利要求7所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，所述六水合硝酸锌溶液的浓度为0.01-0.015mmol/ml，所述2-甲基咪唑水溶液的浓度为0.1-0.15mmol/ml，二者体积比为1:1；所述混合处理的温度为室温，时间为20-30h。
9.根据权利要求7所述的一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于，所述ZIF纳米片、油酸咪唑啉的质量比为0.5：（2-3）；所述三聚磷酸钠溶液的浓度为4mg/ml，所述壳聚糖溶液的浓度为6mg/ml；所述负载油酸咪唑啉的ZIF纳米片、三聚磷酸钠溶液、壳聚糖溶液的用量比为0.1g：40ml：40-50ml；所述搅拌处理的温度为室温，时间为4-5h。
10.一种环氧磷酸酯树脂改性水性丙烯酸氨基烤漆，其特征在于，由权利要求1至9任一所述的方法制得。
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