CN1752164B - 环保型水性浸漆的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水性浸漆制备方法技术领域，尤其是一种环保型水性浸漆的制备方法，具有如下工艺步骤：a.环氧聚酯树脂的合成；b.浆料的制备；c.成品漆的制备。利用本发明的制备方法制得的环保型水性浸漆，不仅水溶性、稳定性较好，漆和漆膜的性能较好，而且能用于电器行业。

Description

环保型水性浸漆的制备方法

所属技术领域

本发明涉及水性浸漆制备方法技术领域，尤其是一种环保型水性浸漆的制备方法。

背景技术

传统的涂装工艺均采用溶剂型涂料。溶剂型涂料会有大量挥发性有机溶剂VOC，在使用过程中排入大气，不仅破坏环境、危害人们健康，同时也浪费资源、浪费能源。溶剂型涂料一般采用喷涂、刷涂的施工方式，若采用浸涂，槽液难于管理，危险性高，现场工人极易吸入大量的挥发的溶剂而导致中毒等。进入21世纪，环境保护愈来愈受到世人的关注。近年来，由于汽车需求量的日益增加，为适应汽车工业快速生产和其他需要用涂料行业对环保的要求，水性浸漆也就应运而生了。由于水性浸漆是以水溶性树脂或不同类型的分散树脂为基料的涂料，决定了与溶剂型涂料有完全不同的功效：

①水性浸漆施工时挥发有机物VOC排放量低，符合环保要求。

②水性浸漆闪点、燃点高，不易爆，便于贮运、现场施工等管理。

③以水作溶剂，水的来源广泛，净化容易，并节省大量资源。

④工件经除油、除锈、磷化等处理后，不待完全干燥即可施工。

⑤涂装工具可用水清洗。

但水性浸漆仍存在不足之处：

①由于水和溶剂在性能上有较大差别，水性浸漆稳定性不如溶剂型好，水性浸漆在涂装时漆膜易出弊病，如水的表面张力大，颜料分散性差，难以获得高装饰性和耐蚀性好的漆膜性能。

②为了保证水性浸漆的水溶性、稳定性，大多数羧酸型水溶性树脂常被中和到微碱性。在这种情况下，容易造成高聚物分子的降解，使漆和漆膜的性能变坏。

③一般水性浸漆不能用于电器行业，主要由于颜填料具有导电性，同时使电器元件容易锈蚀。

发明内容

为了克服现有技术制备的水性浸漆稳定性差、涂装时漆和漆膜的性能易变坏、不能用于电器行业的不足，本发明提供一种环保型水性浸漆的制备方法，利用该方法制备的环保型水性浸漆不仅水溶性、稳定性较好，漆和漆膜的性能较好，而且能用于电器行业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种环保型水性浸漆的制备方法，具有如下工艺步骤：

a.环氧聚酯树脂的合成：在分水器中注满回流溶剂二甲苯，将重量百分比为6％～10％的二元醇、10％～20％的三元醇、4％～8％的四元醇、25％～35％的二元酸及4％～6％聚醚、2％～4％的回流溶剂二甲苯加入高温釜，加热升温至120℃～130℃，待物料完全熔融，开搅拌，以8～10℃/小时升温至150℃～170℃，保温反应2～4小时后，开始测酸价，待酸价降至35mgKOH/g，停止反应，记录反应脱水量，在160±2℃下抽真空，真空度≤300mmHg，以抽出二甲苯，至二甲苯成滴状，解除真空，预先在兑稀釜中加入重量百分比为10％～20％的醚类溶剂乙二醇乙醚，开搅拌，加热升温至50℃～70℃，加入18％～30％的环氧树脂，搅拌30分钟后，缓缓加入2％～4％的中和剂有机胺，在50℃～70℃保温2小时，开高温釜放料阀，将兑稀釜中物料加入高温釜中，关搅拌，将环氧聚酯树脂放入低温釜，在80℃～100℃下，加入纯水，搅拌0.5小时，关搅拌，过滤出料；

b.浆料的制备；将重量百分比为2％～4％的酸性催化剂对甲苯璜酸用2％～4％的纯水溶解后备用，将助溶剂6％～8％的乙二醇乙醚、10％～15％的正丁醇、10％～15％的纯水，35％～45％的环氧聚酯树脂加入投料釜中，搅拌0.5～1小时，再加25％～30％的颜填料和上述溶解的催化剂，浸泡5～7小时，高速搅拌30分钟，轧浆，将浆料用高速搅拌搅匀后，取样测固体份含量，计量待用；

c.成品漆的制备；将重量百分比为70％～85％的浆料加入调色釜，开搅拌，加入10％～12％的环氧聚酯树脂、8％～10％的水性氨基树脂，1％～2％的助溶剂，搅匀，取样测粘度，当粘度偏高时，用纯水调整粘度，过滤包装。

本发明的有益效果是，本发明的环保型水性浸漆的制备方法，环保型水性浸漆系由多元酸、多元醇经酯化缩聚并加入环氧树脂进行交联，最后用胺进行中和而成的。关键是采用部分多缩多元醇引入醚基的助溶作用，并加入多元酸来改善水溶性，但一般聚酯树脂的合成，加入多元酸易产生胶化，我们通过控制其醇超量来解决了此问题。解决了水溶性树脂的稳定性问题后，通过加入高官能团有机酸取代部分的二元酸，它与聚酯树脂分子生成一种螺旋体结构，使酯键得到保护，从而解决了酯键的降解问题；另外，选择适当的助溶剂，增强了树脂在水中的溶解能力，使树脂不易析出，从而提高了涂料的稳定性。通过对树脂合成过程中的酸值和粘度的控制来达到生产的最适合浸涂的分子量适当的聚酯树脂。通过选择具有绝缘型的颜填料及选用适当的防锈助剂，使该产品能用于电器行业。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示的本发明的环保型水性浸漆的制备方法，具有如下工艺步骤：

a.环氧聚酯树脂的合成；检查高温反应釜洁净，关放料阀，在分水器中注满回流溶剂二甲苯，将120份的新戊二醇或乙二醇、230份的三羟甲基丙烷或甘油、80份的季戊四醇或二聚季戊四醇、450份的己二酸及80份的聚醚、二甲苯40份加入净洁的高温釜，通热油加热，升温至120～130℃，待物料完全熔融，开搅拌，以8～10℃/小时升温至150～170℃，并在150～170℃下保温反应2～4小时后，开始测酸价，待酸价降至35mgKOH/g，停止反应，记录反应脱水量，在160±2℃下抽真空(真空度≤300mmHg)，以抽出二甲苯，至二甲苯成滴状，解除真空，记录二甲苯量，预先在兑稀釜中加入230份醚类溶剂乙二醇乙醚，开搅拌，加热升温至50～70℃，加入330份环氧树脂，搅拌30分钟后，缓缓加入45份中和剂二乙醇胺，在50～70℃保温2小时，开高温釜放料阀，关搅拌，将合格的环氧聚酯树脂放入低温釜，在80～100℃下，加入纯水，搅拌0.5小时，关搅拌，用80目滤袋过滤出料；

b.浆料的制备；检查投料釜洁净，电机运转正常后，关好底阀，方可投料，将酸性催化剂对甲苯磺酸50份用50份纯水溶解后备用，将130份的乙二醇乙醚、210份的正丁醇、220份纯水及环氧聚酯树脂720份加入洁净的投料釜中，搅拌0.5～1小时，再加450份的钛白粉、25份滑石粉、25份瓷土和上述溶解的催化剂，约浸泡6小时，高速搅拌30分钟，按砂磨操作规程轧浆至细度≤30μm，细度合格后，将浆料用高速搅拌搅匀后，取样测固体份含量，计量，贴上标签待用；

c.成品漆的制备；检查调色釜洁净，电机运转正常后，关底阀，方可投料，将2100份浆料加入洁净的调色釜，开搅拌，加入300份的环氧聚酯树脂、230份的水性氨基树脂，50份的助溶剂乙二醇乙醚，搅匀，取样测粘度，当粘度偏高时，用纯水调整粘度，取样，测性能，合格后，用120目滤袋过滤包装，包装桶采用25kg/塑料桶、50kg/塑料桶或230kg/铁桶。

水溶性树脂能在水中溶解，主要原因是在分子链上带有亲水性基团。但是树脂的结构、引进的基团、分子量、分子量分布以及使用的助溶剂、中和剂却能够影响树脂的水溶性、稳定性等。我们研制环保型水性浸漆主要从以上几方面着手，具体举例阐述如下：

1.树脂分子链上亲水性基团对水溶性的影响

a.醚基的影响

以直链型的聚酯树脂为例，使酯化程度基本相同，其水溶性情况如表所示

表中的结果说明，醚基的引入促使树脂的水溶性有显著的改善。在带支链的聚酯树脂中，情况也相同。

b.高官能度醇类的影响

以季戊四醇和二聚季戊四醇作为高官能度醇为例，用它适当地取代聚酯树脂中的多元醇组分，制得的聚酯树脂的水溶性情况如表所示。

从表中可以看到，使用高官能度的多元醇，可以使树脂的水溶性得到改善。使用二聚季戊四醇时，除了高官能度醇这一个因素之外，还因其含有醚基(引入量按质量计约为0.5％)，所以对水溶性的改善产生更有利的影响。

c.高官能度酸的影响

以失水偏苯三甲酸和均苯四甲酸酐，作为高官能度酸为例，将它分别与乙二酸一起使用，对每种酸的用量进行相应的调整，使之与聚酯保持相同的总官能度，它对最终生成物的水溶性的影响如表所示

2.分子量大小及分布对水溶性及漆性的影响。

合成树脂的分子量大小对其水溶性的影响较大。以同类型的树脂来比较，分子量小的，水溶性好，但漆膜的防腐蚀性能差；分子量较大的树脂，漆膜有较好的防腐蚀性，但水溶性较差。因此，在保证树脂能水溶的前提下，尽可能使树脂的分子量大一些，以制得性能较好的漆膜。

合成树脂的分子量分布越窄，水溶性越差，但漆膜的性能好，分子量分布宽时，因为分子间的互溶效应常有利于水溶性的改善，但往往不容易得到有良好性能的涂膜和稳定性。

3.中和剂的影响。

中和剂的品种不同，能明显地影响树脂的水溶性、漆的贮存稳定性、粘度、固化速度及漆膜的泛黄性。因此，适当地选择中和剂也是十分重要的。通常所用的中和剂应综合几个因素来选择：首先应是可挥发性的，而且价钱比较便宜，气味较小，对树脂的稳定性好等。从树脂的不溶性来比较，氨水、氢氧化钾、氢氧化钠等中和剂的助溶效果不如乙醇胺好。从漆的稳定性来考虑，一般选用叔胺比较好，它不会使聚酯产生胺解反应。缺点是胺的用量比伯胺、仲胺多，变色性大。

4.助溶剂的影响。

助溶剂(也称为共溶剂)的作用是增加树脂在水中的溶解度，同时调节树脂溶液的粘度，提高漆液的稳定性，改善漆膜的流平性和外观。

①助溶剂的存在对水蒸发速度没有任何影响，所有的挥发组份同时蒸发，但速度不一样。

②低沸点的助溶剂的氢键力不会干扰溶剂/水混合物。

③中沸点或高沸点的助溶剂则不一样，因氢键力越强，所用的助溶剂的蒸发速度越慢。

④氢键力对水稀释系统的作用可视为树脂和助溶剂以及助溶剂/水混合物之间亲和力的再现。氢键力越强，树脂对助溶剂的亲和力越大，助溶剂的蒸发速度也就越慢。当水的介质减少时，树脂和助溶剂之间的氢键增多。

低沸点溶剂蒸发速度快，氢键不起作用。

为使树脂全部溶解需正确地选择所用的助溶剂，选择时也应考虑到所用胺的性能。采用仲丁醇往往可以得到低的粘度。

在水溶性醇类中，碳链长的醇比碳链短的醇助溶效果好，含醚基的醇比不含醚基的醇好。因此，丁醇比乙醇好，丁基溶纤剂比丁醇更好。

正确地选择助溶剂的品种或者采用两种助溶剂品种和增大助溶剂量对于克服稀释过程中不正常粘度的现象是比较有效的。

环保型水性浸漆交联成膜的主要反应如下：

a.多元酸与多元醇的反应

b.环氧与胺的反应

c.环氧有机酸的反应

利用本发明的环保型水性涂料的制备方法制备的环保型水性涂料，主要性能技术指标可达到：

1)细度                          ≤30μm

2)颜色及外观                    白、灰、黑色，平整光滑

3)固含                          ≥50％

4)铅笔硬度                      ≥H

5)附着力                        1级

6)柔韧性                        ≤1mm

7)冲击强度                      50

8)闪点                          ≥60℃

9)耐盐雾                        ≥240小时

Claims (1)

1.一种环保型水性浸漆的制备方法，其特征是具有如下工艺步骤：

a.环氧聚酯树脂的合成：在分水器中注满回流溶剂二甲苯，将重量百分比为6％～10％的二元醇、10％～20％的三元醇、4％～8％的四元醇、25％～35％的二元酸及4％～6％的聚醚、2％～4％的回流溶剂二甲苯加入高温釜，加热升温至120℃～130℃，待物料完全熔融，开搅拌，以8℃～10℃/小时升温至150℃～170℃，保温反应2～4小时后，开始测酸价，待酸价降至35mgKOH/g，停止反应，记录反应脱水量，在160±2℃下抽真空，真空度≤300mmHg，以抽出二甲苯，至二甲苯成滴状，解除真空，预先在兑稀釜中加入重量百分比为10％～20％的醚类溶剂乙二醇乙醚，开搅拌，加热升温至50℃～70℃，加入18％～30％的环氧树脂，搅拌30分钟后，缓缓加入2％～4％的中和剂有机胺，在50℃～70℃保温2小时，开高温釜放料阀，将兑稀釜中物料加入高温釜中，关搅拌，将聚酯树脂放入低温釜，在80℃～100℃下，加入纯水，搅拌0.5小时，关搅拌，过滤出料；

b.浆料的制备；将重量百分比为2％～4％的酸性催化剂对甲苯磺酸用2％～4％的纯水溶解后备用，将助溶剂6％～8％的乙二醇乙醚、10％～15％的正丁醇、10％～15％的纯水，35％～45％的环氧聚酯树脂加入投料釜中，搅拌0.5～1小时，再加25％～30％的颜填料和上述溶解的催化剂，浸泡5～7小时，高速搅拌30分钟，轧浆，将浆料用高速搅拌搅匀后，取样测固体份含量，计量待用；

c.成品漆的制备；将重量百分比为70％～85％的浆料加入调色釜，开搅拌，加入10％～12％的环氧聚酯树脂、8％～10％的水性氨基树脂，1％～2％的助溶剂，选取以上物质使其重量百分比之和为100％，搅匀，取样测粘度，当粘度偏高时，用纯水调整粘度，过滤包装。