水性涂料基料及其制备方法和含有该基料的水性涂料

摘要

本发明提供一种水性涂料基料，其具有至少一种式(I)、式(II)和式(III)所示的结构，其中F选自丙烯酸酯基、羟基、环氧基、异氰酸脂基和羧基；R1、R2、R3、R4、R5和R6是具有至多36个碳原子的、相同或不同的烷烃或芳烃。本发明还提供这种基料的制备方法以及含有该基料的水性涂料。这种水性涂料通过静电场的作用可有效、均匀地吸附在物件表面，干燥和固化后能够形成高致密性、高光泽度和高硬度的涂层。

说明书

技术领域

本发明涉及水性涂料基料及其制备方法，具体涉及使用带双键含羟基或羧基官能团单体制备的水性涂料基料。本发明还涉及还有所述基料的水性涂料。

背景技术

随着人们对环境保护的日益重视，常规的溶剂型涂料逐步被水性涂料所代替。水性涂料以水作溶剂，消除了施工时发生火灾的可能性，降低了对大气的污染，其仅采用少量低毒性醇醚类有机溶剂，改善了作业环境条件。一般的水性涂料有机溶剂(占涂料)在10％～15％之间，对降低污染、节省资源效果显著。而且，水性涂料在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工，对材质表面具有很好的适应性，且涂层附着力强，涂装工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂的消耗。

然而现有的水性涂料适用的涂布方法有限，不能很好地满足使用者的需要。因此，有必要提供一种新型水性涂料，其能够使用更多种方法进行涂布，并且能够形成高质量的涂层。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种水性涂料基料，其具有至少一种式(I)、式(II)和式(III)所示的结构：

F——R₁——F         式(I)

       式(II)

            式(III)

其中F选自丙烯酸酯基、羟基、环氧基、异氰酸脂基和羧基；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆是具有至多36个碳原子的、相同或不同的烷烃或芳烃。

本发明的另一目的在于提供一种上述水性涂料基料的制备方法，其包括以下步骤：

(a)将25-40wt％的C₈-C₁₆芳烃二元酸、30-45wt％的C₃-C₆二元醇、2-5wt％的C₃-C₈多元醇、15-30wt％的C₄-C₁₀脂肪族二元酸、3-5wt％的C₄-C₃₆不饱和二元酸和0.05-0.25wt％的路易斯酸投入反应器内，并将温度升至230℃-240℃以熔化物料并进行酯化反应，升温速度为每小时上升10℃-20℃，控制出水量为15-20％；

(b)在反应的最后两小时内测定酸值，当酸值低于15mg KOH/g时将温度降至180℃-190℃并加入2.5-3.5wt％的偏苯三酸酐，且在此温度下反应，直到酸值低于20mg KOH/g，得到树脂I；

(c)将温度降至70℃-100℃，并加入占树脂I的15-25wt％的醇醚类化合物；

(d)向步骤(c)的混合物中加入占树脂I的4-20wt％的丙烯酸混合单体，并在70℃-100℃继续反应2-3小时后出料，并将pH调节至7-8。

在优选的实施方式中，步骤(a)中所述的C₈-C₁₆芳烃二元酸选自邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、间苯二乙酸、间苯二丙酸、对苯二丁酸和对苯二戊酸。所述的C₃-C₆二元醇选自丙二醇、丁二醇、新戊二醇、己二醇和戊二醇。所述的C₃-C₈多元醇选自丙三醇、季戊四醇、三羟甲基丙烷。所述的C₄-C₃₆不饱和酸为丁烯二酸酐或二聚豆油酸。所述的C₄-C₁₀脂肪族二元酸选自丁二酸、戊二酸、己二酸和癸二酸。步骤(c)中所述的醇醚类化合物选自丙二醇甲醚、丙二醇乙醚和二丙二醇甲醚。步骤(d)中所述的丙烯酸混合单体含有40-50wt％的苯乙烯、20-50wt％的甲基丙烯酸甲酯、3-10wt％的丙烯酸缩水甘油酯、1-4wt％的丙烯酸羟乙酯和0.5-3wt％的过氧化有机物。

在优选的实施方式中，步骤(a)中所述的路易斯酸为任何合适的路易斯酸，例如三丁基锡和/或三乙基铝。所述过氧化有机物可以是，例如，偶氮二异丁腈(AIBN)和/或过氧化苯甲酰(B.P.O.)

本发明的又一目的在于提供一种水性涂料，其包含上述基料。

本发明提供的水性涂料能够使用更多种方法进行涂布，例如可使用水性涂料用静电涂装装置进行涂布，并且通过静电场的作用可有效、均匀地吸附在物件表面，干燥和固化后能够形成高致密性、高光泽度和高硬度的涂层。

具体实施方式

一、水性涂料的基料的制备

实施例1

将表1的组分按所示含量使用以下条件混合：将间苯二甲酸、新戊二醇、三羟甲基丙烷、已二酸、丁烯二酸酐以及三丁基锡投入反应锅中，通氮升温至230℃进行酯化反应，升温过程控制每60分钟上升15℃的速度，出水量控制在15％。在反应最后两小时内每30分钟取样测酸值，当酸值低于15mg KOH/g时降温至180℃并加入偏苯三酸酐反应，直至酸值低于20mg KOH/g，得到树脂I。此时降温至70℃并加入丙二醇乙醚。在此温度下添加丙烯酸酯混合单体(每100g中的混合物中各组分和含量如表2所示)，并继续保持2小时后出料，用三乙醇胺调整pH至7左右，得到所需基料。然后，根据需要，可加入适量纯水并使用高速分散机将所述基料转相为各种不同含量的水分散体，例如10％、20％、30％、40％等等。

表1

 

组分含量(g)三羟甲基丙烷3.9新戊二醇37.9己二酸20.0间苯二甲酸32.0丁烯二酸酐3.0三丁基锡0.2偏苯三酸酐3.0丙二醇乙醚12.75丙烯酸酯混合单体3.4

表2

 

组分含量(g)苯乙烯46

 

甲基丙烯酸甲酯46丙烯酸缩水甘油酯5丙烯酸羟乙酯1AIBN2

实施例2

将表3的组分按所示含量使用以下条件混合：将间苯二戊酸、丙二醇、季戊四醇、丁二酸、丁烯二酸酐以及三丁基锡投入反应锅中，通氮升温至230℃进行酯化反应，升温过程控制每60分钟上升20℃的速度，出水量控制在15％。在反应最后两小时内每30分钟取样测酸值，当酸值低于15mg KOH/g时降温至180℃并加入偏苯三酸酐反应，直至酸值低于20mg KOH/g，得到树脂I。此时降温至85℃并加入丙二醇甲醚。在此温度下添加丙烯酸酯混合单体(每100g中的混合物中各组分和含量如表4所示)，并继续保持2小时后出料，用三乙醇胺调整pH至8，得到所需基料。然后，根据需要，可加入适量纯水并使用高速分散机将所述基料转相为各种不同含量的水分散体，例如10％、20％、30％、40％等等。

表3

 

组分含量(g)季戊四醇4.5丙二醇32.5丁二酸28.9间苯二戊酸26.7

 

丁烯二酸酐3.8三丁基锡0.2偏苯三酸酐3.4丙二醇甲醚12.75丙烯酸酯混合单体3.4

表4

 

组分含量(g)苯乙烯50甲基丙烯酸甲酯42丙烯酸缩水甘油酯5丙烯酸羟乙酯1.5AIBN1.5

实施例3

将表5的组分按所示含量使用以下条件混合：将间苯二丙酸、己二醇、丙三醇、癸二酸、二聚豆油酸以及三乙基铝投入反应锅中，通氮升温至240℃进行酯化反应，升温过程控制每60分钟上升20℃的速度，出水量控制在20％。在反应最后两小时内每30分钟取样测酸值，当酸值低于15mg KOH/g时降温至190℃并加入偏苯三酸酐反应，直至酸值低于20mg KOH/g，得到树脂I。此时降温至85℃并加入丙二醇甲醚。在此温度下添加丙烯酸酯混合单体(每100g中的混合物中各组分和含量如表6所示)，并继续保持3小时后出料，用三乙醇胺调整pH至8，得到所需基料。然后，根据需要，可加入适量纯水并使用高速分散机将所述基料转相为各种不同含量的水分散体，例如10％、20％、30％、40％等等。

表5

 

组分含量(g)丙三醇2.1己二醇40.3癸二酸15.0间苯二丙酸35.8二聚豆油酸4.1三乙基铝0.2偏苯三酸酐2.5丙二醇甲醚20.0丙烯酸酯混合单体12.0

表6

 

组分含量(g)苯乙烯40甲基丙烯酸甲酯46.5丙烯酸缩水甘油酯8丙烯酸羟乙酯3AIBN2.5

实施例4

将表7的组分按所示含量使用以下条件混合：将邻苯二甲酸酐、丙二醇、季戊四醇、丁二酸、二聚豆油酸以及三乙基铝投入反应锅中，通氮升温至235℃进行酯化反应，升温过程控制每60分钟上升15℃的速度，出水量控制在18％。在反应最后两小时内每30分钟取样测酸值，当酸值低于15mg KOH/g时降温至190℃并加入偏苯三酸酐反应，直至酸值低于20mg KOH/g，得到树脂I。此时降温至100℃并加入二丙二醇甲醚。在此温度下添加丙烯酸酯混合单体(每100g中的混合物中各组分和含量如表8所示)，并继续保持2.5小时后出料，用二乙醇胺调整pH至7，得到所需基料。然后，根据需要，可加入适量纯水并使用高速分散机将所述基料转相为各种不同含量的水分散体，例如10％、20％、30％、40％等等。

表7

 

组分含量(g)季戊四醇3.2丙二醇36.35丁二酸22.1邻苯二甲酸酐30.9二聚豆油酸4.7三乙基铝0.15偏苯三酸酐2.6二丙二醇甲醚20.5丙烯酸酯混合单体16.4

表8

 

组分含量(g)苯乙烯47甲基丙烯酸甲酯42丙烯酸缩水甘油酯9丙烯酸羟乙酯3.5B.P.O.0.5

二、水性涂料的制备

实施例5

按下表9所示组分和含量配制本发明的水性涂料：所述水性涂料的制备方法可根据本领域技术人员已知的任何合适的方法进行。例如，将上述实施例1-4中的任何一种基料加入适量的水转相为40％或50％含量的水分散体，随后将该水分散体、颜料、分散剂和部分纯水一起研磨、分散至细度达≤20μm，并在搅拌状态下加入固化剂、剩余的纯水以及流平剂，配制成水性涂料。可根据成品所需的颜色加入各种颜料，例如二氧化钛、氧化铁系列、云母粉系列、碳黑、酞青绿系列、酞青蓝系列、金属铝粉。所述各种助剂可选用本领域技术人员已知的任何助剂，例如：固化剂可选用高甲醚三聚氰胺甲醛树脂；分散剂可选用非离子型改性脂肪酸衍生物；流平剂可选用聚硅氧烷-聚醚共聚物；消泡剂可选用非硅类有机聚合物等等。

表9：水性涂料的组分及含量

 

组分含量(wt％)实施例1-4的任何水分散体55-60

 

固化剂8-10分散剂0.8-2.5颜料20-25流平剂0.1-0.4消泡剂0.1-0.2纯水1.9-16.0

三、涂层性能验证

分别将使用实施例1-4的基料按实施例5的方法配制出的水性涂料进行下表10所示各项实验，结果证明使用本发明的基料制成的涂料，达到或高于国家标准，且通过水性静电涂装装置进行涂布，能够形成高致密性、高光泽度和高硬度的涂层。该涂层的部分性能指标如下：

表10

 

涂膜性能例1例2例3例4指标值光泽(60°)，％(色漆)85828084≥80附着力(划圈法)，级2112≤2柔韧性，mm2211≤2铅笔硬度，H3222≥2冲击强度，kg·cm5050505050通过耐水性，hr合格合格合格合格500小时通过耐盐水性(3％)，hr合格合格合格合格48小时通过

虽然本发明已经参考具体的实施方式进行描述，但是本领域技术人员通过阅读上述描述后，将可以对本发明做出显而易见的修改和修饰，而不违背本发明的意图和本质。本发明有意将这些修改和修饰包括在权利要求的范围内。