技术领域
[0001] 本
发明涉及水性漆技术领域,特别是涉及一种快干型水性漆。
背景技术
[0002] 油性漆以各种
有机溶剂如
酮类、苯类为分散介质,在生产过程中会挥发到空气中,破坏环境或对人体造成危害。水性漆相比于油性漆,以水为介质,既可缓解对石油资源的消耗,又可大幅度降低VOC排放,已成为各种环保型涂料的研究热点。现有的水性漆,由于溶剂水的
潜热比较高,存在着干燥速度慢的缺点,给施工带来了极大不便。
发明内容
[0003] 针对
现有技术存在的问题,本
申请提供了一种快干型水性漆,利用自由基聚合放热,在
固化过程中加快溶剂水的挥发,实现快干的目的。
[0004] 本申请提供快干型水性漆,以
质量份计,所述快干型水性漆的原料包括:
[0005]
[0006] 所述不饱和
树脂选自
丙烯酸改性环
氧树脂、丙烯酸改性
醇酸树脂、改性有机
硅树脂、改性聚丁二烯树脂、丙烯酸/顺丁烯联合改性
环氧树脂中的一种或多种;
[0007] 所述不饱和树脂盐选自丙烯酸改性环氧树脂盐、丙烯酸改性醇酸树脂盐、改性有机硅树脂盐、改性聚丁二烯树脂盐、丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂盐中的一种或多种;
[0008] 所述引发剂选自过氧化二异丙苯、偶氮二异丁脒
盐酸盐、偶氮二异丁咪唑盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺、过
硫酸铵、过
硫酸钾中的一种或多种;
[0009] 所述助剂选自乳化剂、
流平剂、消泡剂、促进剂中的一种或多种。
[0010] 以下还提供了若干可选方式,但并不作为对上述总体方案的额外限定,仅仅是进一步的增补或优选,在没有技术或逻辑矛盾的前提下,各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合,还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0011] 可选的,所述不饱和树脂盐通过所述不饱和树脂与相应的成盐剂反应生成;
[0012] 可选的,所述成盐剂选自
氨水、三乙胺、二甲基
乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。
[0013] 可选的,所述乳化剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、丙二醇甲醚、十二
烷基磺酸钠、乙二醇单丁醚中的一种或多种。可选的,以质量份计,所述快干型水性漆的原料包括:
[0014]
[0015] 可选的,所述快干型水性漆的原料还包括导热填料;所述导热填料选自氮化
铝、氮化
硼、氮化硅、氧化硅、氧化铝中的一种或多种。
[0016] 可选的,所述导热填料依据粒径尺寸包括
纳米级和微米级,其中纳米级粒径尺寸为50~100nm,微米级粒径尺寸为1~5μm。
[0017] 可选的,以质量份计,所述快干型水性漆的原料包括:
[0018]
[0019] 可选的,以质量份计,所述快干型水性漆的原料包括:
[0020]
[0021] 可选的,所述导热填料为氧化铝和氮化铝;
[0022] 可选的,所述助剂为十二烷基磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的复合乳化剂。
[0023] 可选的,以质量份计,所述氧化铝与所述氮化铝的用量比为1:3.0~3.2。
[0024] 可选的,以质量份计,所述十二烷基磺酸钠与所述烷基酚聚氧乙烯醚的用量比为1:2.0~2.2。
[0025] 可选的,所述乳化剂和所述成盐剂这两者择一选用或同时使用。
[0026] 可选的,以质量份计,所述快干型水性漆的原料包括:
[0027]
[0028] 所述氧化铝的粒径为1~5μm;所述氮化铝的粒径为50~100nm。
[0029] 可选的,以质量份计,所述快干型水性漆的原料包括:
[0030]
[0031]
[0032] 所述氧化铝的粒径为1~5μm;所述氮化铝的粒径为50~100nm。
[0033] 本申请的快干型水性漆,应用不饱和树脂的自由基固化放热的机理,加快干燥速度;同时,加入导热系数较高的填料有助于形成导热通道,加快水分的挥发,提高干燥速度。
具体实施方式
[0034] 下面通过
实施例对本申请进行进一步阐述。
[0035] 本申请其中一实施例中提供一种快干型水性漆,以质量份计,快干型水性漆的原料包括:不饱和树脂或不饱和树脂盐:60份;引发剂:0.1~1.2份;助剂:0~2.5份;水:200~300份;
[0036] 不饱和树脂选自丙烯酸改性环氧树脂、丙烯酸改性醇酸树脂、改性有机硅树脂、改性聚丁二烯树脂、丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂中的一种或多种;
[0037] 不饱和树脂盐选自丙烯酸改性环氧树脂盐、丙烯酸改性醇酸树脂盐、改性有机硅树脂盐、改性聚丁二烯树脂盐、丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂盐中的一种或多种;
[0038] 引发剂选自过氧化二异丙苯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺、过硫酸铵、过
硫酸钾中的一种或多种;
[0039] 助剂选自乳化剂、流平剂、消泡剂、促进剂、成盐剂中的一种或多种。
[0040] 经研究表明,在高分子化学反应中,自由基聚合是以自由基引发,使链增长自由基不断增长的聚合反应。对于不饱和树脂,在自由基聚合过程中,
单体C=C双键的键能约为610KJ/mol,
聚合物C-C单键的键能约为350KJ/mol,因此,聚合热约等于两键能之差ΔΗ=
610-2×350=-90KJ/mol,自由基聚合为放热反应。故自由基反应过程中的放热效应,有助于水性漆的干燥。
[0041] 本申请快干型水性漆的不饱和树脂作为主要原料,采用自由基聚合方式,通过引发剂引发链反应,反应产生的热量加快水性漆的干燥速度。采用丙烯酸改性环氧树脂、丙烯酸改性醇酸树脂、改性有机硅树脂、改性聚丁二烯树脂、丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂中的一种或多种,这些不饱和树脂得到的水性漆的漆膜柔韧,适用于各类材料的
涂装;同时,制得的水性漆的干燥时间短。
[0042] 也可以采用不饱和树脂盐作为主要原料,不饱和树脂盐选自丙烯酸改性环氧树脂盐、丙烯酸改性醇酸树脂盐、改性有机硅树脂盐、改性聚丁二烯树脂盐、丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂盐中的一种或多种。不饱和树脂盐通过所述不饱和树脂与相应的成盐剂反应生成;所述成盐剂选自氨水、三乙胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。
[0043] 由于本申请利用自由基聚合产生的热量来缩短固化时间,因此引发剂的选用在一定程度上也会影响最终的产品性能。引发剂选自过氧化二异丙苯、偶氮二异丁脒盐酸盐,偶氮二异丁咪唑盐酸盐,偶氮异丁氰基甲酰胺,过硫酸铵,过硫酸钾中的一种或多种。
[0044] 快干型水性漆的原料可以添加助剂,也可以不添加助剂。在实际生产中,根据需要添加适量的助剂,例如乳化剂、流平剂、消泡剂、促进剂、成盐剂中的一种或多种,有助于提高水性漆的漆膜质量以及产品状态。
[0045] 由于水性漆是以水作为溶剂,属于聚合物分散体系,相比于油性漆,水性漆的分散性不是很好,可以添加适量的乳化剂来改善聚合物分散体系中各种构成相之间的表面张
力,使之成为更加均匀稳定的分散体系。结合不饱和树脂的特性,可相应选择乳化剂。
[0046] 在另一实施例中,乳化剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、丙二醇甲醚、十二烷基磺酸钠、乙二醇单丁醚中的一种或多种。
[0047] 在另一实施例中,以质量份计,所述快干型水性漆的原料包括:不饱和树脂或不饱和树脂盐:60份;引发剂:0.2~1.0份;助剂:0.3~2.5份;水:210~300份。
[0048] 对快干型水性漆的原料配比作进一步优化,可以使得各组分的适应性更好,得到的水性漆的快干效果更好。
[0049] 在另一实施例中,快干型水性漆的原料还包括导热填料;导热填料选自氮化铝、氮化硼、氮化硅、氧化硅、氧化铝中的一种或多种。
[0050] 不饱和树脂或者不饱和树脂盐,结合特定的导热填料,能赋予快干型水性漆更加突出的快干效果。不同导热系数的导热填料对本申请的快干型水性漆的快干效果不同,导热系数越大,越有助于热量的传递,加快水分的
蒸发。氮化铝、氮化硼、氮化硅、氧化硅、氧化铝等导热填料具有较高的导热系数,导热性能较好,可以选择一种或多种导热填料添加,有助于形成导热通道,加快热量的传递,有助于溶剂水的挥发,加快水性漆的干燥。
[0051] 导热填料的种类对于快干型水性漆的干燥速度具有影响,同样,导热填料的粒径分布对快干型水性漆也有两方面的影响,一是的快干效果以及也有一定影响。在另一实施例中,导热填料的纳米级粒径尺寸为50~100nm,微米级粒径尺寸为1~5μm。对于所选择的导热填料,如果只选择一种导热填料,那么在较高的用量下,纳米级粒径的导热填料的导热效果更好。通常,纳米级粒径尺寸与微米级粒径尺寸的导热填料配合使用,效果更好。
[0052] 在另一实施例中,以质量份计,快干型水性漆的原料包括:
[0053] 不饱和树脂或不饱和树脂盐:60份;引发剂:0.3~1.0份;导热填料:15~25份;助剂:0.5~2.2份;水:220~280份。
[0054] 对快干型水性漆的原料作进一步优化,可以使得混合物中各组分的相适应性更好,对于快干型水性漆的
稳定性以及固化时间均有进一步的提升。
[0055] 由于快干型水性漆的组分、配比选择较多,在另一实施例中,以质量份计,快干型水性漆的原料包括:
[0056] 不饱和树脂或不饱和树脂盐:60份;引发剂:0.5~0.8份;导热填料:18~21份;助剂:1.0~2.0份;水:240~260份;其中导热填料为氧化铝和氮化铝;助剂为十二烷基磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的复合乳化剂。
[0057] 当导热填料为氧化铝和氮化铝,乳化剂为十二烷基磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的复合乳化剂时,制得的快干型水性漆具有较好的稳定性,同时,完成水性漆的固化需要的时间更短。
[0058] 当导热填料为氧化铝和氮化铝时,两者之间的用量比会对快干型水性漆的固化时间产生影响,在另一实施例中,以质量份计,氧化铝和氮化铝的用量比为1:3.0~3.2。
[0059] 同时,十二烷基磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的用量比会影响快干型水性漆的产品稳定性,本申请中相应提供了改进的方案,并且获得了相应的有益效果。在另一实施例中,以质量份计,十二烷基磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚的用量比为1:2.0~2.2。
[0060] 在本申请中,除了添加乳化剂可以增加水性漆的稳定性,也可以直接采用不饱和树脂盐的方式使水性漆更好的溶于水。
[0061] 不饱和树脂盐通过不饱和树脂与相应的成盐剂反应生成,成盐的机理主要在于将树脂中的氨基或者羧基等基团通过适当的酸或者
碱中和,使树脂水性化。
[0062] 采用添加乳化剂的方式需要在最初找到可以和原料各成分之间的相互影响进行合理匹配,则后期操作更简单、方便;而采用不饱和树脂盐的方式,由于其更易溶于水,亲水效果相比于采用添加乳化剂的方式更好。
[0063] 当然,采用添加乳化剂的方式与采用不饱和树脂盐的方式可同时实施,便于树脂盐更好的分散在水相。
[0064] 此外,结合不饱和树脂以及不饱和树脂盐的特性,在具体的实施操作中,可以根据需要选择添加相应的流平剂、消泡剂、促进剂中的一种或多种。就这些助剂本身而言,并非本申请改进的重点,可以在具体操作中选择具有相应功能的市售产品即可。
[0065] 在另一实施例中,以质量份计,快干型水性漆的原料包括:
[0066] 丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂盐:60份;偶氮二异丁脒盐酸盐:0.5~0.8粉;氮化铝:13.5~18份;氧化铝:2~10份;烷基酚聚氧乙烯醚:0.7~1.4份;十二烷基磺酸钠:0.3~0.6份;水:200~300份。
[0067] 在另一实施例中,以质量份计,快干型水性漆的原料包括:
[0068] 丙烯酸改性环氧树脂:60份;偶氮二异丁脒盐酸盐:0.5~0.8份;氮化铝:13.5~16份;氧化铝:4.5~5.0份;烷基酚聚氧乙烯醚:0.7~1.4份;十二烷基磺酸钠:0.3~0.6份;水:250份。
[0069] 关于导热填料,氧化铝的粒径为1~5μm;氮化铝的粒径为50~100nm,在进一步优选的实施例中氧化铝的粒径为1μm;氮化铝的粒径为50nm。
[0070] 在本申请实施例中,丙烯酸改性环氧树脂的选择可以结合丙烯酸树脂以及环氧树脂的特性,丙烯酸树脂具有优良的保色性、保光性、耐久性等性能,而环氧树脂具有良好的
附着力,且胶膜的硬度高,结合两者,可以同时获得较高的胶膜质量。
[0071] 选择助剂为烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钠的复合乳化剂可以使得快干型水性漆获得较好的稳定性。
[0072] 同时,导热填料的粒径分布对于快干型水性漆的导热性能也有一定的影响。在总量一定的条件下,选用纳米级粒径和微米级粒径的导热填料搭配使用,选择导热填料氧化铝的粒径为1μm;氮化铝的粒径为50nm,氧化铝和氮化铝的用量比为1:3.0~3.2,导热效果更好。这是因为粒径较小的导热填料可以提供更多的导热通道,有利于加快水性漆的干燥速度,减少干燥时间。
[0073] 以下提供本申请的各实施例以及对比例。
[0074] 制备例1
[0075] 丙烯酸改性环氧树脂的制备:
[0076] 将250g环氧树脂E44与100mL丁醇溶剂置于反应容器中,搅拌并升温至80℃,加入催化剂二甲基乙醇胺3g,滴加丙烯酸和对甲氧基酚的
混合液,丙烯酸和对甲氧基酚的混合液中:对甲氧基酚含量1.5g,丙烯酸50g,滴加时间约30min,然后升温至105℃,每隔一定时间测定酸值,直到反应体系的酸值低于20mgKOH/g,停止反应,
真空脱除未参与反应的物质,制得丙烯酸改性环氧树脂。
[0077] 制备例2
[0078] 将200g环氧树脂E44加入到反应器中,升温至75℃,滴加80g丙烯酸、2g对苯二酚、2g四丁基溴化铵的混合液,滴加时间约1h,然后升温至95℃,保温反应5h,当反应体系酸值低于5mg/g时,降低反应
温度,停止反应,此时得到溶剂型丙烯酸改性环氧树脂EA。
[0079] 本制备例的丙烯酸改性环氧树脂EA(EA以及下文的EB仅仅为了便于区别叙述,并不意味对丙烯酸改性环氧树脂本身的额外限定),还可以进行二次改性,例如采用
顺丁烯二酸酐为主要原料,辅以适量的促进剂等,所得产物可视为“丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂”,而后利用成盐剂进行成盐反应,得到丙烯酸/顺丁烯联合改性环氧树脂盐,即下文的丙烯酸改性环氧树脂盐EB。
[0080] 具体操作为:当EA的温度降至75℃时,分别加入0.5g对苯二酚和2gN,N-二甲基乙醇胺,充分搅拌均匀后,加入50g顺丁烯二酸酐,升温至80℃,当反应体系的酸值低于100mg/g时,降低反应温度至50℃时,加入一定量的三乙胺中和(pH值略小于7),得到丙烯酸改性环氧树脂盐EB。
[0081] 实施例1
[0082] 本实施例中采用制备例1获得的丙烯酸改性环氧树脂,与其他原料混合得到快干型水性漆,各原料包括:
[0083]
[0084] 实施例2
[0085] 本实施例中采用制备例2中获得的丙烯酸改性环氧树脂盐EB,与其他原料混合得到快干型水性漆,各原料包括:
[0086]
[0087]
[0088] 其中丙烯酸改性环氧树脂盐EB,也可以视为丙烯酸改性环氧树脂与成盐剂预先混合发生成盐反应而后再与其他组分混合,成盐剂具体用量可根据丙烯酸改性环氧树脂用量换算并结合反应的pH值变化实时调整。
[0089] 实施例3
[0090] 本实施例中采用制备例2中获得的丙烯酸改性环氧树脂盐EB,与其他原料混合得到快干型水性漆,各原料包括:
[0091]
[0092] 实施例4
[0093] 本实施例中采用制备例2中获得的丙烯酸改性环氧树脂盐EB,与其他原料混合得到快干型水性漆,各原料包括:
[0094]
[0095]
[0096] 实施例5~10
[0097] 原料 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10丙烯酸改性环氧树脂盐EB 60 60 60 60 60 0
丙烯酸改性环氧树脂 0 0 0 0 0 50
过氧化二异丙苯 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
氮化铝(50nm) 15 10 18 15 0 0
氧化铝(1μm) 5 10 2 5 0 0
烷基酚聚氧乙烯醚 1.0 1.0 1.0 0 0 1.0
十二烷基磺酸钠 0.5 0.5 0.5 0 0 0.5
水 250 250 250 250 250 250
[0098] 在实施例5-10中各原料的用量单位均为:g。
[0099] 在实施例5~9中采用制备例2中获得的丙烯酸改性环氧树脂盐EB。
[0100] 在实施例10中采用制备例1中获得的丙烯酸改性环氧树脂。
[0101] 对比例1(非自由基聚合)
[0102] 本实施例中采用制备例2获得的丙烯酸改性环氧树脂盐EB,与其他原料混合得到快干型水性漆,各原料包括:
[0103] 丙烯酸改性环氧树脂盐EB 60g;
[0104] 氨基树脂 15g;
[0105] 水 250g。
[0106] 对比例2
[0107] 本实施例中采用制备例2获得的丙烯酸改性环氧树脂盐EB,与其他原料混合得到快干型水性漆,各原料包括:
[0108]
[0109] 测试例
[0110] 分别将实施例1~4、9-10以及对比例1~2制得的快干型水性漆,在120℃条件下焙烘,按照国家标准测试相应的理化性能,测试结果如表1所示。
[0111] 表1
[0112]
[0113] 由表1可以看出,实施例1~4、9~10的测试结果与对比例1~2的测试结果相比较,固化时间均有一定时间缩短,导热率均有一定程度的增大,而水性漆的附着力和涂层硬度均能维持相同水平。综合来看,本申请的快干型能同时提供良好的导热率以及较短的固化时间。