專利名稱：水性樹(shù)脂的制備方法及水性涂料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及涂料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種水性樹(shù)脂的制備方法及水性 涂料組合物。
背景技術(shù)：
溶劑型涂料是一種以有機(jī)溶劑為分散介質(zhì)的涂料，是常用的汽車涂料。公開(kāi)號(hào) 為CN 1130202A的中國(guó)專利文獻(xiàn)和專利號(hào)為US5288865的美國(guó)專利文獻(xiàn)報(bào)道了一種溶劑 型汽車涂料，該溶劑型汽車涂料以羥基丙烯酸樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂為成膜樹(shù)脂， 以氨基樹(shù)脂和多異氰酸酯為交聯(lián)劑制備。公開(kāi)號(hào)為CN 1386800A的中國(guó)專利文獻(xiàn)報(bào)道 了一種溶劑型納米涂料，該納米涂料具有優(yōu)異的耐刮擦、高硬度、抗磨性，是重要的汽 車涂料。然而，上述報(bào)道的溶劑型涂料含有大量的苯或二甲苯等有害、揮發(fā)性的有機(jī)物 質(zhì)，危害人類的身體健康且污染環(huán)境。為了解決溶劑型涂料中有機(jī)溶劑的問(wèn)題，相關(guān)人員研制了水性涂料。水性涂料 是一種以水為稀釋劑、不含有機(jī)溶劑的涂料，具有無(wú)毒、無(wú)刺激氣味，對(duì)人體無(wú)害，不 污染環(huán)境等特點(diǎn)，近年來(lái)受到了人們的普遍關(guān)注，可應(yīng)用于木器、金屬、塑料、玻璃、 建筑等多種材質(zhì)。作為水性涂料的重要組分部分，水性汽車涂料目前主要為水性丙烯酸 樹(shù)脂氨基烘漆和水性丙烯酸聚氨酯烘漆等，但是，水性丙烯酸樹(shù)脂氨基烘漆和水性丙烯 酸聚氨酯烘漆的綜合性能較差，該水性汽車涂料在專利號(hào)為US4066591、US 4489135的 美國(guó)專利文獻(xiàn)和公開(kāi)號(hào)為CN101649145A、CN 101712833A的中國(guó)專利文獻(xiàn)中均有報(bào)道。現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)?zhí)枮?00710010911.2的中國(guó)專利文獻(xiàn)報(bào)道了一種水性汽車涂 料，該水性汽車涂料由27wt% 36wt%的丙烯酸甲脂樹(shù)脂、31wt% 41wt%的丙烯酸乙 脂樹(shù)脂、9wt% 14wt%的水溶性甲醚化氨基樹(shù)脂、0.1wt% 0.3wt%的水溶性聚氨酯流 平劑、3wt% 5wt%的水性聚氨酯增稠流變劑、3wt% 18.5wt%的去離子水和顏料制 備。但是，該水性汽車涂料僅對(duì)水性涂料的漆面豐滿度和光澤度進(jìn)行了改善，無(wú)法同時(shí) 滿足水性涂料對(duì)光澤度、硬度、耐水性和耐磨性等綜合性能的整體要求，與溶劑型涂料 相比有較大差距。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種水性樹(shù)脂的制備方法及水性 涂料組合物，本發(fā)明提供的水性涂料組合物綜合性能優(yōu)異，具有較好的光澤度和硬度， 并且耐水性和耐磨性良好。本發(fā)明提供一種水性樹(shù)脂的制備方法，包括以下步驟步驟a)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將第一單體、第二單體、催化劑和抗氧劑混合，反應(yīng)， 得到第一產(chǎn)物，所述第一單體為三羥甲基丙烷和新戊二醇，所述第二單體包括間苯二 甲酸、間苯二甲酸-5-磺酸鈉和二酸類單體，所述二酸類單體為丁烯二酸和/或戊烯二 酸；
步驟b)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將水性助溶劑、第三單體、Y-縮水甘油醚基丙基三甲氧 基硅烷、自由基引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑和所述第一產(chǎn)物混合，反應(yīng)，得到第二產(chǎn)物，所述第 三單體為叔碳酸縮水甘油酯和功能單體，所述功能單體為甲基丙烯酸、甲基丙烯酸異冰 片酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯和苯乙烯中的一種或幾種；步驟C)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將二異氰酸酯、丁二醇與所述第二產(chǎn)物混合，反應(yīng)，得到 第三產(chǎn)物；步驟d)將中和劑加入到第三產(chǎn)物中，反應(yīng)，得到水性樹(shù)脂。優(yōu)選的，所述第一單體、第二單體、催化劑、抗氧劑、水性助溶劑、第三單 體、Y-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、自由基引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、二異氰酸酯、中和 劑和丁二醇的重量比為250 500 300 480 0.4 1 0.3 0.8 55 90 38 95 7 16 2 6 0.3 1.5 110 470 5.6 31 10 80。 優(yōu)選的，所述催化劑為二月硅酸二丁基錫或氯化亞錫；所述抗氧劑為β_(3， 5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯或四[β-(3’，5’ -二叔丁基_4’ -羥基 苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述中和劑為三乙胺和/或N，N-二甲基乙醇胺。優(yōu)選的，所述水性助溶劑為乙二醇單丁醚、丙二醇單丁醚、丙二醇、二乙二醇 單丁醚和二丙二醇單丁醚中一種或幾種。優(yōu)選的，所述自由基引發(fā)劑為過(guò)氧化苯甲?；蚺嫉惗‰?。優(yōu)選的，所述鏈轉(zhuǎn)移劑為十二烷基硫醇或2-巰基乙醇。優(yōu)選的，所述二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯或2，4-甲苯二異氰酸酯。本發(fā)明還提供一種水性涂料組合物，包括39 65重量份水性樹(shù)脂、0.4 1.6重量份水性潤(rùn)濕劑、26 43重量份去離子 水、0.4 1.8重量份水性流平劑、0.4 1.7重量份紫外線吸收劑、0.6 2.1重量份水性 消泡劑、0.9 2.6重量份抗劃傷劑、16 32重量份交聯(lián)劑、0.1 0.5重量份酸性催化 劑，所述水性樹(shù)脂按權(quán)利要求1 7任意一項(xiàng)所述的制備方法制備；所述交聯(lián)劑為甲醚化三聚氰胺樹(shù)脂和/或高亞氨基樹(shù)脂。優(yōu)選的，所述水性潤(rùn)濕劑為聚醚改性聚二甲基硅氧烷型潤(rùn)濕劑；所述水性流平劑為離子型丙烯酸共聚體和/或聚醚改性聚二甲基硅氧烷型流平 劑；所述紫外光吸收劑為苯酮類紫外光吸收劑或苯丙三唑類紫外光吸收劑；所述水性消泡劑為有機(jī)硅型消泡劑。優(yōu)選的，所述抗劃傷劑為氧化高密度聚乙烯蠟的非離子乳液；所述酸性催化劑為十二烷基苯磺酸或?qū)妆交撬?。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供一種水性樹(shù)脂的制備方法及水性涂料 組合物。本發(fā)明制備的水性樹(shù)脂含有聚酯基團(tuán)、聚丙烯樹(shù)脂基團(tuán)、有機(jī)硅氧烷基團(tuán)、 聚氨酯等多種官能團(tuán)，為含有硅氧烷結(jié)構(gòu)的丙烯酸接枝改性聚酯型聚氨酯水分散體，其 中的硅氧烷結(jié)構(gòu)水解后可以形成無(wú)機(jī)-有機(jī)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了水性樹(shù)脂的耐水性和耐磨 性，丙烯酸官能團(tuán)結(jié)構(gòu)提高了漆膜的光澤度以及耐候性，同時(shí)，聚酯型聚氨酯結(jié)構(gòu)由于 具有較大的內(nèi)聚能，保證了漆膜的高的硬度。所述水性涂料組合物以水性樹(shù)脂為成膜主體材料，不含有甲苯、二甲苯有毒有害物質(zhì)，具有優(yōu)異的光澤度、好的耐磨性、優(yōu)異的耐水性能和抗老化性能，是綜合性能優(yōu)異的環(huán)保型水性涂料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提 供的水性涂料組合物的光澤度為88 94%、百圈磨耗為4 8mg、沖擊強(qiáng)度為50 60kg. cm、硬度為2 3H、于40°C在水中浸泡200h無(wú)發(fā)白無(wú)起泡現(xiàn)象、在氙燈氣氛中抗老化 性能高達(dá)320 420小時(shí)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的水性樹(shù)脂的核磁共振氫譜譜圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí) 施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明 保護(hù)的范圍。本發(fā)明公開(kāi)了一種水性樹(shù)脂的制備方法，包括以下步驟步驟a)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將第一單體、第二單體、催化劑和抗氧劑混合，反應(yīng)， 得到第一產(chǎn)物，所述第一單體為三羥甲基丙烷和新戊二醇，所述第二單體包括間苯二 甲酸、間苯二甲酸-5-磺酸鈉和二酸類單體，所述二酸類單體為丁烯二酸和/或戊烯二 酸；步驟b)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將水性助溶劑、第三單體、Y-縮水甘油醚基丙基三甲氧 基硅烷、自由基引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑和所述第一產(chǎn)物混合，反應(yīng)，得到第二產(chǎn)物，所述第 三單體為叔碳酸縮水甘油酯和功能單體，所述功能單體為甲基丙烯酸、甲基丙烯酸異冰 片酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯和苯乙烯中的一種或幾種；步驟C)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將二異氰酸酯、丁二醇與所述第二產(chǎn)物混合，反應(yīng)，得到 第三產(chǎn)物；步驟d)將中和劑加入到第三產(chǎn)物中，反應(yīng)，得到水性樹(shù)脂。按照本發(fā)明，所述第一單體、第二單體、催化劑、抗氧劑、水性助溶劑、第三 單體、Y-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、自由基引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、二異氰酸酯、 中和劑和丁二醇的重量比優(yōu)選為250 500 300 480 0.4 1 0.3 0.8 55 90 38 95 7 16 2 6 0.3 1.5 110 470 5.6 31 10 80，更 優(yōu)選為 280 450 350 450 0.5 1 0.5 0.8 60 80 45 90 10 15 3 6 0.5 1.5 200 450 8 24 20 70。按照本發(fā)明，所述步驟a)優(yōu)選具體為在裝有機(jī)械攪拌器、溫度計(jì)、冷凝器、分水器及通氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的四口瓶中， 分別加入第一單體、第二單體、催化劑、抗氧劑，回流脫水，然后，以8 15°C/20min 升溫速率升溫到200 240°C，保溫回流反應(yīng)2 4小時(shí)，然后，減壓1.5 3小時(shí)，降 溫到55 65°C，得到第一產(chǎn)物。所述催化劑優(yōu)選為二月硅酸二丁基錫或氯化亞錫；所述抗氧劑優(yōu)選為酚類抗 氧劑，更優(yōu)選為β_(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯或四[β-(3’，5’ -二叔丁基_4’ -羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述中和劑優(yōu)選為胺類中和劑，更 優(yōu)選為三乙胺和/或N，N-二甲基乙醇胺。
按照本發(fā)明，所述步驟b)優(yōu)選具體為
氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將水性助溶劑加入配備了攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)和油浴加熱裝 置的四口瓶中，加入第一產(chǎn)物，然后再加入叔碳酸縮水甘油酯、Y-縮水甘油醚基丙基三 甲氧基硅烷，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，升溫到138 142°C，加入功能單體，將自由基引發(fā)劑分3 次加入，然后反應(yīng)2 4小時(shí)，加入鏈轉(zhuǎn)移劑繼續(xù)反應(yīng)1 2小時(shí)，得到第二產(chǎn)物。
所述水性助溶劑優(yōu)選為乙二醇單丁醚、丙二醇單丁醚、丙二醇、二乙二醇單丁 醚和二丙二醇單丁醚中一種或幾種；所述自由基引發(fā)劑優(yōu)選為過(guò)氧化苯甲?；蚺嫉?丁腈；所述鏈轉(zhuǎn)移劑優(yōu)選為十二烷基硫醇或2-巰基乙醇。所述叔碳酸縮水甘油酯結(jié)構(gòu)式 如式I所示，
權(quán)利要求
1.一種水性樹(shù)脂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將第一單體、第二單體、催化劑和抗氧劑混合，反應(yīng)，得到第 一產(chǎn)物，所述第一單體為三羥甲基丙烷和新戊二醇，所述第二單體包括間苯二甲酸、間 苯二甲酸-5-磺酸鈉和二酸類單體，所述二酸類單體為丁烯二酸和/或戊烯二酸；步驟b)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將水性助溶劑、第三單體、Y-縮水甘油醚基丙基三甲氧基 硅烷、自由基引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑和所述第一產(chǎn)物混合，反應(yīng)，得到第二產(chǎn)物，所述第三 單體為叔碳酸縮水甘油酯和功能單體，所述功能單體為甲基丙烯酸、甲基丙烯酸異冰片 酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯和苯乙烯中的一種或幾種；步驟c)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將二異氰酸酯、丁二醇與所述第二產(chǎn)物混合，反應(yīng)，得到第三 產(chǎn)物；步驟d)將中和劑加入到第三產(chǎn)物中，反應(yīng)，得到水性樹(shù)脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一單體、第二單體、催化 劑、抗氧劑、水性助溶劑、第三單體、Y-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、自由基引發(fā) 劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、二異氰酸酯、中和劑和丁二醇的重量比為250 500 300 480 0.4 1 0.3 0.8 55 90 38 95 7 16 2 6 0.3 1.5 110 470 5.6 31 10 80。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述催化劑為二月硅酸二丁基錫 或氯化亞錫；所述抗氧劑為β_(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯或四 [β-(3’，5’ -二叔丁基_4’ -羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述中和劑為三乙胺和 /或N，N-二甲基乙醇胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述水性助溶劑為乙二醇單丁醚、 丙二醇單丁醚、丙二醇、二乙二醇單丁醚和二丙二醇單丁醚中一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述自由基引發(fā)劑為過(guò)氧化苯甲酰 或偶氮二異丁腈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鏈轉(zhuǎn)移劑為十二烷基硫醇或 2-巰基乙醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰 酸酯或2，4-甲苯二異氰酸酯。
8.—種水性涂料組合物，其特征在于，包括39 65重量份水性樹(shù)脂、0.4 1.6重量份水性潤(rùn)濕劑、26 43重量份去離子水、 0.4 1.8重量份水性流平劑、0.4 1.7重量份紫外線吸收劑、0.6 2.1重量份水性消泡 劑、0.9 2.6重量份抗劃傷劑、16 32重量份交聯(lián)劑、0.1 0.5重量份酸性催化劑， 所述水性樹(shù)脂按權(quán)利要求1 7任意一項(xiàng)所述的制備方法制備； 所述交聯(lián)劑為甲醚化三聚氰胺樹(shù)脂和/或高亞氨基樹(shù)脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水性涂料組合物，其特征在于， 所述水性潤(rùn)濕劑為聚醚改性聚二甲基硅氧烷型潤(rùn)濕劑；所述水性流平劑為離子型丙烯酸共聚體和/或聚醚改性聚二甲基硅氧烷型流平劑； 所述紫外光吸收劑為苯酮類紫外光吸收劑或苯丙三唑類紫外光吸收劑； 所述水性消泡劑為有機(jī)硅型消泡劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水性涂料組合物，其特征在于， 所述抗劃傷劑為氧化高密度聚乙烯蠟的非離子乳液； 所述酸性催化劑為十二烷基苯磺酸或?qū)妆交撬帷?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水性樹(shù)脂的制備方法及水性涂料組合物。本發(fā)明制備的水性樹(shù)脂含有聚酯基團(tuán)、聚丙烯樹(shù)脂基團(tuán)、有機(jī)硅氧烷基團(tuán)、聚氨酯等多種官能團(tuán)，為含有硅氧烷結(jié)構(gòu)的丙烯酸接枝改性聚酯型聚氨酯水分散體，其中的硅氧烷結(jié)構(gòu)水解后可以形成無(wú)機(jī)-有機(jī)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了水性樹(shù)脂的耐水性和耐磨性，丙烯酸官能團(tuán)結(jié)構(gòu)提高了漆膜的光澤度以及耐候性，同時(shí)，聚酯型聚氨酯結(jié)構(gòu)由于具有較大的內(nèi)聚能，保證了漆膜的高的硬度。所述水性涂料組合物以水性樹(shù)脂為成膜主體材料，不含有甲苯、二甲苯有毒有害物質(zhì)，具有優(yōu)異的光澤度、好的耐磨性、優(yōu)異的耐水性能和抗老化性能，是綜合性能優(yōu)異的環(huán)保型水性涂料。
文檔編號(hào)C08G63/91GK102020759SQ20101052053
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者呂金龍, 張紅明, 李季, 王佛松, 王獻(xiàn)紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所