一种耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于耐水煮油漆材料技术领域，具体涉及一种耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂及其制备方法与应用。

背景技术

水性涂料是环保型涂料发展的方向之一，以水为分散介质，具有无毒环保、低VOC含量等优点。其中，水性丙烯酸氨基烤漆因其硬度大，光泽度高，保光保色性好，耐介质性优良等特点而在汽车、家电等行业备受青睐。

水性丙烯酸树脂作为水性丙烯酸氨基烤漆的主体树脂，其水溶性较好，可以和氨基树脂复配制备出综合性能优良的水性丙烯酸氨基烤漆，因此，水性丙烯酸树脂的性能将直接影响其涂料的性能。

然而，由于水性丙烯酸树脂含有大量的羧基侧基，导致用其制备的水性涂料的耐水煮性较差，限制了其在耐水煮油漆中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂，其包括如下重量份的组分：Ⅰ部丙烯酸树脂单体25～32份、Ⅱ部丙烯酸树脂单体0.2～5份、Ⅲ部丙烯酸树脂单体4～15份、助溶剂10～20份、引发剂0.5～2份、中和剂1～5份和去离子水35～45份。

进一步地，所述Ⅰ部丙烯酸树脂单体包括甲基丙烯酸异冰片酯、己内酯改性甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸环己酯中的至少一种。

进一步地，所述Ⅱ部丙烯酸树脂单体包括甲基丙烯酸磷酸酯、丙烯酸环氧磷酸酯中的至少一种。

进一步地，所述Ⅲ部丙烯酸树脂单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、己内酯改性甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸环己酯中的至少一种。

本发明通过向Ⅰ部丙烯酸树脂单体的聚合产物中引入了Ⅱ部丙烯酸树脂单体和Ⅲ部丙烯酸树脂单体，对聚合产物进行改性，制得耐水煮、附着力好、硬度高、耐冲击及高光泽的水性丙烯酸分散体树脂。

发明人经试验研究发现，相比于单引入Ⅲ部丙烯酸树脂单体，本发明同时引入Ⅱ部丙烯酸树脂单体和Ⅲ部丙烯酸树脂单体，更能增加水性丙烯酸分散体树脂的耐水煮性、对金属底材的附着力、光泽度以及力学性能。

优选地，所述助溶剂包括3-甲氧基丙酸甲酯、丙二醇丁醚中的至少一种。上述助溶剂均为环保型溶剂，具有较好的溶解能力，且与水兼容。

优选地，所述助溶剂由3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚组成，且按质量比计，3-甲氧基丙酸甲酯：丙二醇丁醚＝(1～2):1。发明人经试验研究发现，将3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚以上述比例复配使用时，所制备的耐水煮水性丙烯酸分散体树脂的水分散性更好。

优选地，所述助溶剂由3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚组成，且按质量比计，3-甲氧基丙酸甲酯：丙二醇丁醚＝1.5:1。发明人经试验研究发现，将3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚以上述比例复配使用时，所制备的耐水煮水性丙烯酸分散体树脂的水分散性最好。

优选地，所述引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁基、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二异丙苯中的至少一种。

优选地，所述中和剂包括三乙胺、二甲基乙醇胺、氨水中的至少一种。

另一方面，本发明还提供了一种所述耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂的制备方法，其包括如下步骤：

(1)向容器中加入助溶剂，升温至140～145℃，然后加入Ⅰ部丙烯酸树脂单体和用量占比45％～55％的引发剂，保温反应15～30min；

(2)将Ⅱ部丙烯酸树脂单体和Ⅲ部丙烯酸树脂单体混合得到混合单体，然后向步骤(1)的反应体系中加入混合单体和用量占比15％～20％的引发剂，保温反应60～80min，然后加入余量的引发剂，保温反应2～2.5h；

(3)将步骤(2)的反应体系降温至90±2℃，加入中和剂，中和反应完成后降温至80±2℃，然后加入去离子水，分散均匀，制得所述耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂。

优选地，所述Ⅰ部丙烯酸树脂单体以滴加方式加入，滴加耗时为3h以上。

优选地，所述混合单体以滴加方式加入，滴加耗时为1h以上。

另一方面，本发明还提供了所述耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂在水性涂料中的应用。

优选地，所述水性涂料为水性丙烯酸氨基烤漆。

优选地，所述耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂在所述水性丙烯酸氨基烤漆中的含量为70～75份。

另一方面，本发明还提供了一种水性丙烯酸氨基烤漆，其包括如下重量份的组分：所述的耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂70～75份、水性氨基树脂15～20份、助剂3～5份和去离子水4～10份。

优选地，所述助剂包括毕克BYK-190润湿分散剂、毕克BYK-022消泡剂、迪高Tego-410流平剂、丙二醇甲醚、中和剂中的至少一种。

另一方面，本发明还提供了所述水性丙烯酸氨基烤漆的制备方法，其包括如下步骤：将所述的耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂、水性氨基树脂和助剂混合并分散均匀，然后加入去离子水，过滤出料，制得所述水性丙烯酸氨基烤漆。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过配方和工艺的优化，向所述Ⅰ部丙烯酸树脂单体的聚合产物中同时引入Ⅱ部丙烯酸树脂单体和Ⅲ部丙烯酸树脂单体，对聚合产物进行改性，有效提高了聚合物的耐水煮性。将本发明所制备的水性丙烯酸分散体树脂用于制备水性氨基烤漆涂料，可显著提高涂料涂膜的耐水煮性、对金属底材的附着性、力学性能和光泽度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例和对比例中的原料来源：

助溶剂1的组分组成：3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚，且3-甲氧基丙酸甲酯与丙二醇丁醚的质量比为1:1。

助溶剂2的组分组成：3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚，且3-甲氧基丙酸甲酯与丙二醇丁醚的质量比为1.5:1。

助溶剂3的组分组成：3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚，且3-甲氧基丙酸甲酯与丙二醇丁醚的质量比为2:1。

助溶剂4为3-甲氧基丙酸甲酯。

助溶剂5为丙二醇丁醚。

实施例1～5

实施例1～5提供了一种耐水煮含磷水性丙烯酸分散体树脂，其配方如表1所示，其制备方法如下：

(1)向容器中加入助溶剂，升温至140～145℃，然后用3h滴入全部的Ⅰ部丙烯酸树脂单体，并加入用量占比45％～55％的引发剂，滴完后保温反应15～30min至反应完全；

(2)将Ⅱ部丙烯酸树脂单体和Ⅲ部丙烯酸树脂单体混合得到混合单体，然后用1h向步骤(1)的反应体系中滴入全部的混合单体，并加入用量占比15％～20％的引发剂，保温反应60～80min，然后加入余量的引发剂，保温反应2～2.5h；

(3)将步骤(2)的反应体系降温至90±2℃，加入中和剂，中和反应完成后降温至80±2℃，然后加入去离子水，分散均匀，制得所述含磷水性丙烯酸分散体树脂。

对比例1～4：对比例1～4提供了一种水性丙烯酸分散体树脂，其配方如表1所示，其制备方法参照实施例1～5的制备方法。

表1

注：表中“-”表示未添加该组分。

性能测试：

一、助溶剂的种类会对稀释过程中不正常粘度增稠是有效的，为探究助溶剂1～5对树脂的水分散性能影响，进行如下表2的项目测试。其中，粘度采用NDJ-1型旋转粘度计于25℃下测定。

表2

从表2的测试结果可看出，在单体和引发剂等条件相同的情况下，实施例1～3和对比例1～2的树脂的固体含量质量分数差异不明显，但实施例1～3的树脂的溶解能力明显优于对比例1～2的树脂，说明3-甲氧基丙酸甲酯和丙二醇丁醚复配使用时，能显著提高树脂的溶解能力，使其具备良好的水分散性。

二、分别用实施例2、实施例4～5和对比例3～4制备的树脂作为树脂分散体，然后按照下列配方制成水性丙烯酸氨基烤漆，并对各水性丙烯酸氨基烤漆所得漆膜的性能进行测试，测试结果见表3。

水性丙烯酸氨基烤漆由如下重量份的组分组成：树脂分散体72份、CYMEL303水性氨基树脂18份、BYK-190润湿分散剂0.5份、BYK-022消泡剂0.2份、Tego-410流平剂0.2份、丙二醇甲醚3份、二甲基乙醇胺0.2份和去离子水5.9份。

性能测试标准：

光泽度按照GB/T 9754-2007进行测试；

漆膜硬度按照GB/T 6739-2006进行测试；

耐冲击性按照GB/T 1732-1993进行测试；

耐水性按照GB/T 1733-1993进行测试；

附着力按照GB/T 1720-1979进行测试；

耐水煮性：沸水试验2h，涂层经沸水试验后，不应有脱落、起泡及其它缺陷，允许有轻微颜色变化。

表3

从表3的测试结果可看出：实施例2、实施例4～5和对比例3～4的漆膜中，实施例2和实施例4～5的综合性能明显优于对比例3～4，说明同时向Ⅰ部丙烯酸树脂单体的聚合产物中引入Ⅱ部丙烯酸树脂单体和Ⅲ部丙烯酸树脂单体，更能增加水性丙烯酸分散体树脂的耐水煮性、对金属底材的附着力、以及力学性能。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。