CN117362535A - 一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,属于醇酸树脂技术领域;由经过三异硬酯酸钛酸异丙酯处理后的纳米二氧化钛和丙烯酸树脂支链插入到四臂聚乙二醇制备的醇酸树脂中得到;本发明的改性醇酸树脂采用四臂聚乙二醇作为醇酸树脂的超支化结构的主链,由于四臂聚乙二醇中含有大量的氧原子,在经过聚合反应后在整个醇酸树脂分子中会产生大量的空隙,这些空隙可以允许丙烯酸树脂支链和纳米二氧化钛等物质进入,从而提高树脂的均一性,并且四臂聚乙二醇作为醇酸树脂的超支化结构的主链可以提高醇酸树脂的硬度和柔韧性,防止涂料发生龟裂。
Description
技术领域
本发明涉及醇酸树脂技术领域,具体说是一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法。
背景技术
醇酸树脂是一种以植物油为主要成分制备的聚酯树脂,其原料来源广泛,生产成本低,制备工艺稳定、性能优异,广泛应用于涂料工业。然而现有的醇酸树脂在制备过程中添加了大量季戊四醇,其分子量较小,且分子柔韧度较高,导致所制备的醇酸树脂硬度低,易分解。因此,需要在树脂制备过程中添加其他成分,改善树脂的硬度。
纳米二氧化钛作为添加材料,可以改善涂料的光泽度、硬度、耐磨性和稳定性,在涂料领域具有十分广阔的应用前景。然而,纳米二氧化钛固体不溶解,直接添加入涂料后分散性差,长期放置有沉底现象。因此如何提高纳米二氧化钛在涂料中的分散性,发挥纳米二氧化钛对涂料光泽度、硬度、耐磨性和稳定性的作用,一直是技术人员不断探索要解决的问题。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的是提供一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法。
本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现:
一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
①以重量份计,将植物油100~150份、四臂聚乙二醇10~20份、季戊四醇5~15份、苯甲酸5~10份、邻苯二甲酸酐30~40份加入到反应釜中,搅拌升温至150~160℃,搅拌反应1~2小时,继续升温至200~210℃,搅拌反应3~5小时,冷却至20~35℃,得到醇酸树脂溶液,备用;
所述植物油为豆油、蓖麻油或亚麻油中的一种或两种;
②将纳米二氧化钛5~15份、三异硬酯酸钛酸异丙酯0.1~1份、乙醇30~50份、水20~30份加入到混合反应釜中,在25~45℃下搅拌混合1~2小时,得到纳米二氧化钛溶液;
③将有机溶剂30~40份、苯乙烯30~40份、丙烯酸丁酯10~15份、丙烯酸羟乙酯10~20份、甲基丙烯酸甲酯20~30份、引发剂1~5份加入到反应釜中,搅拌升温至90℃,分数次加入步骤①所得的醇酸树脂溶液,控制加入时反应釜的温度不超过120℃,加入完毕后继续向反应釜中加入步骤②所得的纳米二氧化钛溶液,在100~120℃下搅拌反应2~5小时,加入有机胺中和至酸度为20~26mg KOH/g,降温至25~45℃,高速分散0.5~1小时,得到纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂。
优选的,所述植物油由蓖麻油和亚麻油按照质量比1:2~5组成。
优选的,所述有机溶剂为醇醚类溶剂和100号溶剂油按照质量比1:2~4混合得到;优选的醇醚类为二乙二醇单甲醚,丙二醇甲醚或二丙二醇二甲醚;
所述有机胺为二甲基乙醇胺或AMP-95。
优选的,所述四臂聚乙二醇的分子量为3000-5000。
优选的,所述纳米二氧化钛在使用前进行活化处理,具体过程为在200~250℃下焙烧2~3小时。
优选的,所述引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。
本发明相比现有技术具有以下优点:
本发明的改性醇酸树脂采用四臂聚乙二醇作为醇酸树脂的超支化结构的主链,由于四臂聚乙二醇中含有大量的氧原子,在经过聚合反应后在整个醇酸树脂分子中会产生大量的空隙,这些空隙可以允许丙烯酸树脂支链和纳米二氧化钛等物质进入,从而提高树脂的均一性,并且四臂聚乙二醇作为醇酸树脂的超支化结构的主链可以提高醇酸树脂的硬度和柔韧性,防止涂料发生龟裂;另一方面,本发明采用三异硬脂酸钛酸异丙酯改性纳米二氧化钛,克服了纳米二氧化钛均一性不足的问题,防止纳米二氧化钛在醇酸树脂中产生沉淀;通过穿插在醇酸树脂中的丙烯酸树脂支链,能够改善醇酸树脂的力学性能,提高树脂的干燥速度,增加树脂的稳定性。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。
实施例1 一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
①将植物油100kg、四臂聚乙二醇10kg、季戊四醇5kg、苯甲酸5kg、邻苯二甲酸酐30kg加入到反应釜中,搅拌升温至150℃,搅拌反应1小时,继续升温至200℃,搅拌反应3小时,冷却至20℃,得到醇酸树脂溶液,备用;
所述植物油为豆油;
②将纳米二氧化钛5kg、三异硬酯酸钛酸异丙酯0.1kg、乙醇30kg、水20kg加入到混合反应釜中,在25℃下搅拌混合2小时,得到纳米二氧化钛溶液;
③将二乙二醇单甲醚10kg、100号溶剂油26kg、苯乙烯30kg、丙烯酸丁酯10kg、丙烯酸羟乙酯10kg、甲基丙烯酸甲酯20kg、引发剂1kg加入到反应釜中,搅拌升温至90℃,分5次加入步骤①所得的醇酸树脂溶液,控制加入时反应釜的温度不超过120℃,加入完毕后继续向反应釜中加入步骤②所得的纳米二氧化钛溶液,在100℃下搅拌反应5小时,降温至25℃,加入二甲基乙醇胺中和至酸度为20mg KOH/g,高速分散0.5小时,得到纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂;
所述引发剂为过氧化苯甲酰。
实施例2 一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
①将植物油150kg、四臂聚乙二醇20kg、季戊四醇15kg、苯甲酸10kg、邻苯二甲酸酐40kg加入到反应釜中,搅拌升温至160℃,搅拌反应2小时,继续升温至210℃,搅拌反应5小时,冷却至35℃,得到醇酸树脂溶液,备用;
所述植物油为蓖麻油;
②将纳米二氧化钛15kg、三异硬酯酸钛酸异丙酯1kg、乙醇50kg、水30kg加入到混合反应釜中,在45℃下搅拌混合1小时,得到纳米二氧化钛溶液;
③将丙二醇甲醚10kg、100号溶剂油24kg、苯乙烯40kg、丙烯酸丁酯15kg、丙烯酸羟乙酯20kg、甲基丙烯酸甲酯30kg、引发剂5kg加入到反应釜中,搅拌升温至90℃,分8次加入步骤①所得的醇酸树脂溶液,控制加入时反应釜的温度不超过120℃,加入完毕后继续向反应釜中加入步骤②所得的纳米二氧化钛溶液,在120℃下搅拌反应2小时,降温至45℃,加入AMP-95中和至酸度为26mg KOH/g,高速分散1小时,得到纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂;
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
实施例3 一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
①将植物油120kg、四臂聚乙二醇18kg、季戊四醇8kg、苯甲酸6kg、邻苯二甲酸酐32kg加入到反应釜中,搅拌升温至152℃,搅拌反应1.5小时,继续升温至205℃,搅拌反应3.5小时,冷却至25℃,得到醇酸树脂溶液,备用;
所述植物油由蓖麻油和亚麻油按照质量比1:2组成;所述四臂聚乙二醇的分子量为3000;
②将纳米二氧化钛8kg在200℃下焙烧3小时,然后将处理后的纳米二氧化钛、三异硬酯酸钛酸异丙酯0.5kg、乙醇32kg、水22kg加入到混合反应釜中,在30℃下搅拌混合1.5小时,得到纳米二氧化钛溶液;
③将二丙二醇二甲醚10kg、100号溶剂油25kg、苯乙烯32kg、丙烯酸丁酯12kg、丙烯酸羟乙酯12kg、甲基丙烯酸甲酯28kg、引发剂2kg加入到反应釜中,搅拌升温至90℃,分3次加入步骤①所得的醇酸树脂溶液,控制加入时反应釜的温度不超过120℃,加入完毕后继续向反应釜中加入步骤②所得的纳米二氧化钛溶液,在105℃下搅拌反应3小时,降温至30℃,加入AMP-95中和至酸度为22mg KOH/g,高速分散45分钟,得到纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂;
所述引发剂为过氧化苯甲酰。
实施例4 一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
①将植物油130kg、四臂聚乙二醇12kg、季戊四醇10kg、苯甲酸8kg、邻苯二甲酸酐34kg加入到反应釜中,搅拌升温至155℃,搅拌反应1小时,继续升温至202℃,搅拌反应4小时,冷却至30℃,得到醇酸树脂溶液,备用;
所述植物油由蓖麻油和亚麻油按照质量比1:5组成;所述四臂聚乙二醇的分子量为5000;
②将纳米二氧化钛12kg在250℃下焙烧2小时,然后将处理后的纳米二氧化钛、三异硬酯酸钛酸异丙酯0.6kg、乙醇35kg、水26kg加入到混合反应釜中,在40℃下搅拌混合1.5小时,得到纳米二氧化钛溶液;
③将二乙二醇单甲醚9kg、100号溶剂油23kg、苯乙烯38kg、丙烯酸丁酯12kg、丙烯酸羟乙酯14kg、甲基丙烯酸甲酯28kg、引发剂2kg加入到反应釜中,搅拌升温至90℃,分4次加入步骤①所得的醇酸树脂溶液,控制加入时反应釜的温度不超过120℃,加入完毕后继续向反应釜中加入步骤②所得的纳米二氧化钛溶液,在110℃下搅拌反应4小时,降温至40℃,加入二甲基乙醇胺中和至酸度为23mg KOH/g,高速分散40分钟,得到纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂;
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
实施例5 一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
①将植物油135kg、四臂聚乙二醇15kg、季戊四醇12kg、苯甲酸7kg、邻苯二甲酸酐36kg加入到反应釜中,搅拌升温至154℃,搅拌反应1.5小时,继续升温至208℃,搅拌反应4小时,冷却至32℃,得到醇酸树脂溶液,备用;
所述植物油为蓖麻油和亚麻油按照质量比1:4混合得到;所述四臂聚乙二醇的分子量为4000;
②将纳米二氧化钛8kg在220℃下焙烧2.5小时,然后将处理后的纳米二氧化钛、三异硬酯酸钛酸异丙酯0.6kg、乙醇45kg、水24kg加入到混合反应釜中,在35℃下搅拌混合1.5小时,得到纳米二氧化钛溶液;
③将丙二醇甲醚12kg、100号溶剂油24kg、苯乙烯36kg、丙烯酸丁酯12kg、丙烯酸羟乙酯18kg、甲基丙烯酸甲酯24kg、引发剂4kg加入到反应釜中,搅拌升温至90℃,分5次加入步骤①所得的醇酸树脂溶液,控制加入时反应釜的温度不超过120℃,加入完毕后继续向反应釜中加入步骤②所得的纳米二氧化钛溶液,在110℃下搅拌反应3小时,降温至40℃,加入二甲基乙醇胺中和至酸度为25mg KOH/g,高速分散40分钟,得到纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂;
所述引发剂为过氧化苯甲酰。
将实施例1~5所得添加苄三醇的改性水性醇酸树脂按照以下重量配方制备成醇酸树脂油漆涂料,参照GB/T 1728-79测试漆膜干燥时间,表干时间测定采用吹棉球法,实干时间测定采用压滤纸法,参照GB/T 6739-2006测试漆膜硬度,参照GB/T 1732-1993测试漆膜的耐冲击性能,参照GB/T 9286-1998测试漆膜附着力,参照GB/T 1733-1993测试漆膜的耐水性和耐盐水性。
配方如下:
实施例1~5所得添加苄三醇的改性水性醇酸树脂 35份,有机铋环保催化剂 SDJT-20 0.5份,SD5040分散剂 0.3份,去离子水50份,轻质碳酸钙10份,BYK-066N消泡剂0.2份;漆膜性能如表1所示。
Claims (7)
1.一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
①以重量份计,将植物油100~150份、四臂聚乙二醇10~20份、季戊四醇5~15份、苯甲酸5~10份、邻苯二甲酸酐30~40份加入到反应釜中,搅拌升温至150~160℃,搅拌反应1~2小时,继续升温至200~210℃,搅拌反应3~5小时,冷却至20~35℃,得到醇酸树脂溶液,备用;
所述植物油为豆油、蓖麻油或亚麻油中的一种或两种;
②将纳米二氧化钛5~15份、三异硬酯酸钛酸异丙酯0.1~1份、乙醇30~50份、水20~30份加入到混合反应釜中,在25~45℃下搅拌混合1~2小时,得到纳米二氧化钛溶液;
③将有机溶剂30~40份、苯乙烯30~40份、丙烯酸丁酯10~15份、丙烯酸羟乙酯10~20份、甲基丙烯酸甲酯20~30份、引发剂1~5份加入到反应釜中,搅拌升温至90℃,分数次加入步骤①所得的醇酸树脂溶液,控制加入时反应釜的温度不超过120℃,加入完毕后继续向反应釜中加入步骤②所得的纳米二氧化钛溶液,在100~120℃下搅拌反应2~5小时,降温至25~45℃,加入有机胺中和至酸度为20~26mg KOH/g,高速分散0.5~1小时,得到纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂。
2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,其特征在于:所述植物油由蓖麻油和亚麻油按照质量比1:2~5组成。
3.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,其特征在于:所述有机溶剂为醇醚类溶剂和100号溶剂油按照质量比1:2~4混合得到。
4.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,其特征在于:所述有机胺为二甲基乙醇胺或AMP-95。
5.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,其特征在于:所述四臂聚乙二醇的分子量为3000-5000。
6.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,其特征在于:所述纳米二氧化钛在使用前进行活化处理,具体过程为在200~250℃下焙烧2~3小时。
7.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛和丙烯酸改性水性醇酸树脂的制备方法,其特征在于:所述引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。
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