一种水性氨基烤漆的制备方法

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种水性氨基烤漆的制备方法。

背景技术

水性涂料以水作为溶剂或者分散介质，基本上不含挥发性有机物，具有优异的环保性，水性氨基烤漆是以氨基树脂为原材料之一制得的水性涂料，而氨基树脂是由含有氨基的化合物与甲醛经缩聚而成一类树脂，其中常含有游离甲醛，因此水性氨基烤漆在使用时，会不断释放出甲醛，从而对人体健康造成严重的损害，降低水性氨基烤漆使用的安全性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种水性氨基烤漆的制备方法。

一种水性氨基烤漆的制备方法，包括如下步骤：

S1：选取原材料

分别选取15-45份的水性聚酯树脂、40-50份的水性丙烯酸树脂、7-15份的改性氨基树脂、20-40份的去离子水、1.5-2.5份的pH调节剂、8-20份钛白粉、0.3-0.5份的流平剂、0.2-0.8份的消泡剂、0.3-1份的分散剂、2-7份的助溶剂和0.3-0.8份的增稠剂作为原材料备用；

S2：预处理

将碳微球和石墨烯用浓硝酸与浓硫酸的混合溶液进行羧酸化预处理，得到羧酸化碳微球/石墨烯；

S3：制备氨基化碳微球/石墨烯

将上述羧酸化碳微球/石墨烯加入去离子水中，进行超声处理，再加入己二胺和氨水进行反应，进行微波辐射，然后经过抽滤，洗涤，再烘干，制得氨基化碳微球/石墨烯；

S4：氨基化碳微球/石墨烯改性氨基树脂

将多聚甲醛和去离子水配制成甲醛溶液，加入上述氨基化碳微球/石墨烯，再加入三聚氰胺进行反应，得到改性氨基树脂；

S5：搅拌分散和高压均质

将水性聚酯树脂、水性丙烯酸树脂、去离子水、pH调节剂、分散剂、钛白粉和助溶剂进行搅拌分散后，得到混合浆液Ⅰ，将混合浆液Ⅰ高压均质后，加入改性氨基树脂、流平剂和消泡剂混合均匀，得到混合浆液Ⅱ；

S6：增稠

向混合浆液Ⅱ加入增稠剂进行增稠，得到水性氨基烤漆。

进一步地，所述步骤S2中的羧酸化碳微球，具体包括如下步骤：

S2.1：调节浓硫酸流量

将浓硝酸加入内壁涂有防腐蚀涂料的搅拌机中，搅拌机内壁上的流量调节阀打开，浓硫酸进入搅拌机中，同时搅拌机开始搅拌，搅拌机内温度检测器检测到温度上升过快，流量调节阀的流量降低，直至加入的浓硫酸和浓硝酸比例为1-1.5:3，流量调节阀关闭，停止加入浓硫酸；

S2.2：超声处理

将碳微球加入搅拌机内，搅拌机外侧加热板升温至70-80℃，得到缓冲液，同时搅拌机内超声发生器对缓冲液进行超声处理，然后加入石墨烯，再次进行超声处理，冷却至室温，得到混合液，液压泵将混合液从压滤管压进压滤箱中，混合液经过压滤网，滤液落入压滤箱下层，滤液上方的隔离阀门关闭，得到滤饼A；

S2.3：洗涤和压滤

压滤网下侧的压滤阀门关闭，向压滤箱中加入去离子水，得到洗涤液，压滤箱内pH检测器检测到洗涤液的pH不为中性，压滤阀门打开，气泵向压滤箱中上层抽入空气增压，进行压滤，滤液落到隔离阀门上，重复上述动作，直至pH检测器检测到洗涤液的pH为中性，打开压滤阀门，排除滤液，得到滤饼B，用刮刀将滤饼B刮下，得到羧酸化碳微球/石墨烯。

进一步地，所述步骤S3中的氨基接枝碳微球/石墨烯，具体包括如下步骤：

S3.1：微波辅助反应

将所述羧酸化碳微球/石墨烯放入反应器中，再加入去离子水，配置成羧酸化碳微球/石墨烯溶液，反应器内超声发生器对反应器内的羧酸化碳微球/石墨烯溶液进行超声处理，再加入己二胺和氨水，搅拌均匀后，反应器内微波发生器进行微波辐射，然后反应器外侧保温板保持温度在70-95℃，保温10-12h，得到前驱体；

S3.2：抽滤和洗涤

反应器中部抽滤网下侧抽滤阀门打开，气泵不断抽出反应器下层气体，进行抽滤，排出滤液，得到滤饼C，抽滤阀门关闭，再向反应器中加入去离子水，超声发生器再次进行超声处理，然后打开抽滤阀门，进行抽滤，排除滤液，关闭抽滤阀门，得到滤饼D；

S3.3：红外线烘干

反应器内红外线灯照射滤饼D，进行烘干，然后将烘干后的滤饼D刮下，得到氨基化碳微球/石墨烯。

进一步地，所述步骤S4中的氨基化碳微球/石墨烯改性氨基树脂，具体包括如下步骤：

S4.1：将多聚甲醛和去离子水加入反应釜中，配置成30-40％的甲醛溶液，然后加热至75-85℃，反应釜内部上侧微型阀门打开，储液器内的NaOH溶液滴入甲醛溶液中，直至甲醛溶液变透明，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中；

S4.2：将甲醛溶液降温至25-30℃，将所述氨基化碳微球/石墨烯加入反应釜中，得到混合溶液，微型阀门打开，将NaOH溶液滴入反应釜中，pH检测仪检测到混合溶液的pH值为8.5-9，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中，再加入三聚氰胺，在85-90℃保温0.5-1h，然后真空脱水，制得改性氨基树脂。

进一步地，所述步骤S2.2中气泵向压滤箱上层抽入气体前，将压滤箱和步骤S3.2中的反应器之间连接的导管内的抽气阀门打开，然后导管内的气泵将反应器下层的气体抽入压滤箱上层，对压滤箱上层增压，进行压滤，在步骤S3.2中，气泵将反应器内下层气体不断抽入压滤箱内，对反应器下层进行减压，直至抽滤完成，气泵停止抽气，抽气阀门保持打开状态，平衡气压。

进一步地，所述步骤S5中的高速分散和高压均质，具体包括如下步骤：

将水性聚酯树脂、水性丙烯酸树脂、去离子水、pH调节剂、消泡剂和分散剂加入搅拌分散机中，以800-900r/min的速度搅拌分散，再加入钛白粉和助溶剂，将搅拌速度升至1100-1300r/min，搅拌后得到混合浆液Ⅰ，将混合浆液Ⅰ放入高压均质机中，循环均质后，再加入所述改性氨基树脂、流平剂和消泡剂，混合均匀，得到混合浆液Ⅱ。

进一步地，所述步骤S1中选用的流平剂为磷酸酯改性丙烯酸流平剂。

进一步地，所述步骤S3中微波辐射中微波温度80-90℃，微波功率850-1000W，微波时间3-5min。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明通过制备氨基化碳微球/石墨烯，将氨基引入碳微球/石墨烯，并通过氨基化碳微球/石墨烯改性氨基树脂，氨基化碳微球/石墨烯的氨基能够和氨基树脂中的游离甲醛反应，降低最后制得的水性氨基烤漆中的游离甲醛含量，提升水性氨基烤漆使用的安全性。

2、本发明通过微波辅助反应，能够催化羧酸化碳微球/石墨烯和己二胺与氨水反应，并且还能将更多的氨基引入羧酸化碳微球/石墨烯，有利于后续制备改性氨基树脂。

附图说明

图1为本发明实施例所采用水性氨基烤漆的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

一种水性氨基烤漆的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：选取原材料

分别选取30份的水性聚酯树脂、44份的水性丙烯酸树脂、8份的改性氨基树脂、35份的去离子水、1.5份的pH调节剂、12份钛白粉、0.4份的流平剂、0.7份的消泡剂、0.6份的分散剂、4份的助溶剂和0.5份的增稠剂作为原材料备用，其中，水性聚酯树脂为江阴市利仁化工有限公司生产的水溶性丙烯酸改性聚酯树脂799，流平剂为磷酸酯改性丙烯酸流平剂；

S2：羧酸化预处理

将浓硝酸加入搅拌机中，搅拌机内壁涂有防腐蚀涂料，搅拌机内壁上安装有流量调节阀，流量调节阀连接有储酸器，流量调节阀打开，储酸器内的浓硫酸沿搅拌机内壁缓慢进入搅拌机中，同时搅拌机开始搅拌，搅拌机内安装有温度检测器，温度检测器检测到温度上升过快，流量调节阀的流量降低，直至加入的浓硫酸和浓硝酸比例为1:3，流量调节阀关闭，停止加入浓硫酸，将碳微球加入搅拌机内，搅拌机外侧安装有加热板，加热板升温至75℃，得到缓冲液，搅拌机内安装有超声波探头，超声波探头对缓冲液进行超声处理1h，然后加入石墨烯，再次超声处理1h，加热板停止加热，自然冷却至室温，得到混合液，搅拌机通过压滤管和压滤箱连接，压滤管内安装有液压泵，液压泵将混合液压进压滤箱中，混合液经过压滤网，滤液落入压滤箱下层，压滤箱下层安装有隔离阀门，隔离阀门关闭，隔离滤液，得到滤饼A，压滤网下侧安装有压滤阀门，压滤阀门关闭，向压滤箱中加入去离子水，得到洗涤液，压滤箱内pH检测器检测到洗涤液的pH不为中性，压滤阀门打开，压滤箱上层通过导管和反应器下层连接，导管内安装有气泵和抽气阀门，抽气阀门打开，气泵将反应器下层空气抽入压滤箱上层进行增压，开始压滤，滤液落到隔离阀门上，压滤阀门关闭，再次加入去离子水洗涤，重复洗涤3次，pH检测器检测到洗涤液的pH为中性，打开压滤阀门，排除滤液，得到滤饼B，气泵停止抽气，抽气阀门关闭，用刮刀将滤饼B刮下，得到羧酸化碳微球/石墨烯。

S3：制备氨基化碳微球/石墨烯

将所述羧酸化碳微球/石墨烯放入反应器中，再加入去离子水，配置成羧酸化碳微球/石墨烯溶液，反应器内安装有超声发生器、微波发生器和红外线灯，超声发生器对反应器内的羧酸化碳微球/石墨烯溶液进行超声处理，再加入己二胺和氨水，微波发生器进行微波辐射，辐射时长5min，微波温度90℃，微波功率900W，反应器外侧安装有保温板，保温板保持温度在90℃，保温11h，得到前驱体，反应器中部安装有抽滤网，抽滤网下侧安装有抽滤阀门，抽滤阀门和抽气阀门打开，气泵将反应器下层气体抽入压滤箱上层，进行抽滤，排出滤液，得到滤饼C，抽滤阀门关闭，再向反应器中加入去离子水，超声发生器再次进行超声处理，然后打开抽滤阀门，进行抽滤，排除滤液，抽滤阀门关闭，得到滤饼D，气泵停止抽气，抽气阀门保持打开状态，平衡气压，红外线灯照射滤饼D，进行烘干，然后将烘干后的滤饼D刮下，得到氨基化碳微球/石墨烯；

S4：氨基化碳微球/石墨烯改性氨基树脂

将多聚甲醛和去离子水加入反应釜中，配置成37％的甲醛溶液，然后加热至80℃，反应釜内部上侧安装有微型阀门，微型阀门打开，储液器内的NaOH溶液缓慢滴入甲醛溶液中，直至甲醛溶液变透明，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中，将甲醛溶液降温至30℃，将氨基化碳微球/石墨烯加入反应釜中，得到混合溶液，微型阀门打开，将NaOH溶液滴入反应釜中，pH检测仪检测到混合溶液的pH值为9，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中，再加入三聚氰胺，在85℃保温1h，然后真空脱水，制得改性氨基树脂；

S5：搅拌分散和高压均质

将水性聚酯树脂、水性丙烯酸树脂、去离子水、pH调节剂、消泡剂和分散剂加入搅拌分散机中，以900r/min的速度搅拌分散，再加入钛白粉和助溶剂，将搅拌速度升至1200r/min，搅拌后得到混合浆液Ⅰ，将混合浆液Ⅰ放入高压均质机中，循环均质后，再加入所述改性氨基树脂、流平剂和消泡剂混合均匀，得到混合浆液Ⅱ；

S6：增稠

向混合浆液Ⅱ加入增稠剂进行增稠，得到水性氨基烤漆。

实施例2

一种水性氨基烤漆的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：选取原材料

分别选取30份的水性聚酯树脂、44份的水性丙烯酸树脂、12份的改性氨基树脂、35份的去离子水、1.5份的pH调节剂、12份钛白粉、0.4份的流平剂、0.7份的消泡剂、0.6份的分散剂、4份的助溶剂和0.5份的增稠剂作为原材料备用，其中，水性聚酯树脂为江阴市利仁化工有限公司生产的水溶性丙烯酸改性聚酯树脂799，流平剂为磷酸酯改性丙烯酸流平剂；

S2：羧酸化预处理

将浓硝酸加入搅拌机中，搅拌机内壁涂有防腐蚀涂料，搅拌机内壁上安装有流量调节阀，流量调节阀连接有储酸器，流量调节阀打开，储酸器内的浓硫酸沿搅拌机内壁缓慢进入搅拌机中，同时搅拌机开始搅拌，搅拌机内安装有温度检测器，温度检测器检测到温度上升过快，流量调节阀的流量降低，直至加入的浓硫酸和浓硝酸比例为1:3，流量调节阀关闭，停止加入浓硫酸，将碳微球加入搅拌机内，搅拌机外侧安装有加热板，加热板升温至75℃，得到缓冲液，搅拌机内安装有超声波探头，超声波探头对缓冲液进行超声处理1h，然后加入石墨烯，再次超声处理1h，加热板停止加热，自然冷却至室温，得到混合液，搅拌机通过压滤管和压滤箱连接，压滤管内安装有液压泵，液压泵将混合液压进压滤箱中，混合液经过压滤网，滤液落入压滤箱下层，压滤箱下层安装有隔离阀门，隔离阀门关闭，隔离滤液，得到滤饼A，压滤网下侧安装有压滤阀门，压滤阀门关闭，向压滤箱中加入去离子水，得到洗涤液，压滤箱内pH检测器检测到洗涤液的pH不为中性，压滤阀门打开，压滤箱上层通过导管和反应器下层连接，导管内安装有气泵和抽气阀门，抽气阀门打开，气泵将反应器下层空气抽入压滤箱上层进行增压，开始压滤，滤液落到隔离阀门上，压滤阀门关闭，再次加入去离子水洗涤，重复洗涤3次，pH检测器检测到洗涤液的pH为中性，打开压滤阀门，排除滤液，得到滤饼B，气泵停止抽气，抽气阀门关闭，用刮刀将滤饼B刮下，得到羧酸化碳微球/石墨烯。

S3：制备氨基化碳微球/石墨烯

将所述羧酸化碳微球/石墨烯放入反应器中，再加入去离子水，配置成羧酸化碳微球/石墨烯溶液，反应器内安装有超声发生器、微波发生器和红外线灯，超声发生器对反应器内的羧酸化碳微球/石墨烯溶液进行超声处理，再加入己二胺和氨水，微波发生器进行微波辐射，辐射时长5min，微波温度90℃，微波功率900W，反应器外侧安装有保温板，保温板保持温度在90℃，保温11h，得到前驱体，反应器中部安装有抽滤网，抽滤网下侧安装有抽滤阀门，抽滤阀门和抽气阀门打开，气泵将反应器下层气体抽入压滤箱上层，进行抽滤，排出滤液，得到滤饼C，抽滤阀门关闭，再向反应器中加入去离子水，超声发生器再次进行超声处理，然后打开抽滤阀门，进行抽滤，排除滤液，抽滤阀门关闭，得到滤饼D，气泵停止抽气，抽气阀门保持打开状态，平衡气压，红外线灯照射滤饼D，进行烘干，然后将烘干后的滤饼D刮下，得到氨基化碳微球/石墨烯；

S4：氨基化碳微球/石墨烯改性氨基树脂

将多聚甲醛和去离子水加入反应釜中，配置成37％的甲醛溶液，然后加热至80℃，反应釜内部上侧安装有微型阀门，微型阀门打开，储液器内的NaOH溶液缓慢滴入甲醛溶液中，直至甲醛溶液变透明，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中，将甲醛溶液降温至30℃，将氨基化碳微球/石墨烯加入反应釜中，得到混合溶液，微型阀门打开，将NaOH溶液滴入反应釜中，pH检测仪检测到混合溶液的pH值为9，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中，再加入三聚氰胺，在85℃保温1h，然后真空脱水，制得改性氨基树脂；

S5：搅拌分散和高压均质

将水性聚酯树脂、水性丙烯酸树脂、去离子水、pH调节剂、消泡剂和分散剂加入搅拌分散机中，以900r/min的速度搅拌分散，再加入钛白粉和助溶剂，将搅拌速度升至1200r/min，搅拌后得到混合浆液Ⅰ，将混合浆液Ⅰ放入高压均质机中，循环均质后，再加入所述改性氨基树脂、流平剂和消泡剂混合均匀，得到混合浆液Ⅱ；

S6：增稠

向混合浆液Ⅱ加入增稠剂进行增稠，得到水性氨基烤漆。

实施例3

一种水性氨基烤漆的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：选取原材料

分别选取30份的水性聚酯树脂、44份的水性丙烯酸树脂、8份的改性氨基树脂、35份的去离子水、1.5份的pH调节剂、12份钛白粉、0.4份的流平剂、0.7份的消泡剂、0.6份的分散剂、4份的助溶剂和0.5份的增稠剂作为原材料备用，其中，水性聚酯树脂为江阴市利仁化工有限公司生产的水溶性丙烯酸改性聚酯树脂799，流平剂为磷酸酯改性丙烯酸流平剂；

S2：羧酸化预处理

将浓硝酸加入搅拌机中，搅拌机内壁涂有防腐蚀涂料，搅拌机内壁上安装有流量调节阀，流量调节阀连接有储酸器，流量调节阀打开，储酸器内的浓硫酸沿搅拌机内壁缓慢进入搅拌机中，同时搅拌机开始搅拌，搅拌机内安装有温度检测器，温度检测器检测到温度上升过快，流量调节阀的流量降低，直至加入的浓硫酸和浓硝酸比例为1:3，流量调节阀关闭，停止加入浓硫酸，将碳微球加入搅拌机内，搅拌机外侧安装有加热板，加热板升温至75℃，得到缓冲液，搅拌机内安装有超声波探头，超声波探头对缓冲液进行超声处理1h，然后加入石墨烯，再次超声处理1h，加热板停止加热，自然冷却至室温，得到混合液，搅拌机通过压滤管和压滤箱连接，压滤管内安装有液压泵，液压泵将混合液压进压滤箱中，混合液经过压滤网，滤液落入压滤箱下层，压滤箱下层安装有隔离阀门，隔离阀门关闭，隔离滤液，得到滤饼A，压滤网下侧安装有压滤阀门，压滤阀门关闭，向压滤箱中加入去离子水，得到洗涤液，压滤箱内pH检测器检测到洗涤液的pH不为中性，压滤阀门打开，压滤箱上层通过导管和反应器下层连接，导管内安装有气泵和抽气阀门，抽气阀门打开，气泵将反应器下层空气抽入压滤箱上层进行增压，开始压滤，滤液落到隔离阀门上，压滤阀门关闭，再次加入去离子水洗涤，重复洗涤3次，pH检测器检测到洗涤液的pH为中性，打开压滤阀门，排除滤液，得到滤饼B，气泵停止抽气，抽气阀门关闭，用刮刀将滤饼B刮下，得到羧酸化碳微球/石墨烯。

S3：制备氨基化碳微球/石墨烯

将所述羧酸化碳微球/石墨烯放入反应器中，再加入去离子水，配置成羧酸化碳微球/石墨烯溶液，反应器内安装有超声发生器、微波发生器和红外线灯，超声发生器对反应器内的羧酸化碳微球/石墨烯溶液进行超声处理，再加入己二胺和氨水，微波发生器进行微波辐射，辐射时长5min，微波温度90℃，微波功率900W，反应器外侧安装有保温板，保温板保持温度在90℃，保温11h，得到前驱体，反应器中部安装有抽滤网，抽滤网下侧安装有抽滤阀门，抽滤阀门和抽气阀门打开，气泵将反应器下层气体抽入压滤箱上层，进行抽滤，排出滤液，得到滤饼C，抽滤阀门关闭，再向反应器中加入去离子水，超声发生器再次进行超声处理，然后打开抽滤阀门，进行抽滤，排除滤液，抽滤阀门关闭，得到滤饼D，气泵停止抽气，抽气阀门保持打开状态，平衡气压，红外线灯照射滤饼D，进行烘干，然后将烘干后的滤饼D刮下，得到氨基化碳微球/石墨烯；

S4：氨基化碳微球/石墨烯改性氨基树脂

将多聚甲醛和去离子水加入反应釜中，配置成37％的甲醛溶液，然后加热至80℃，反应釜内部上侧安装有微型阀门，微型阀门打开，储液器内的NaOH溶液缓慢滴入甲醛溶液中，直至甲醛溶液变透明，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中，将甲醛溶液降温至30℃，将氨基化碳微球/石墨烯加入反应釜中，得到混合溶液，微型阀门打开，将NaOH溶液滴入反应釜中，pH检测仪检测到混合溶液的pH值为9，微型阀门关闭，NaOH溶液停止滴入反应釜中，再加入三聚氰胺，在85℃保温1h，然后真空脱水，制得改性氨基树脂；

S5：搅拌分散和高压均质

将水性聚酯树脂、水性丙烯酸树脂、去离子水、pH调节剂、消泡剂和分散剂加入搅拌分散机中，以900r/min的速度搅拌分散，再加入钛白粉和助溶剂，将搅拌速度升至1200r/min，搅拌后得到混合浆液Ⅰ，将混合浆液Ⅰ放入高压均质机中，循环均质后，再加入所述改性氨基树脂、流平剂和消泡剂混合均匀，得到混合浆液Ⅱ；

S6：增稠

向混合浆液Ⅱ加入增稠剂进行增稠，得到水性氨基烤漆。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。