一種快速交聯的水性塑膠用丙烯酸樹脂的製備方法與流程
2023-05-29 18:41:21 3
本發明屬於樹脂塗料技術領域，特指一種快速交聯的水性塑膠用丙烯酸樹脂的製備方法。
背景技術：
隨著人們環保意識的不斷提高和環保法規的日趨嚴格，水性塗料將成為21世紀世界塗料市場的主角，具有極大的市場前景。水性丙烯酸是一種溶劑型金屬漆更新換代後的新的環保產品，是一種水性漆，它的研製開發將為中國塗料的生產開闢一條環保之路。水性丙烯酸由於其有較低的voc含量，從而減少了塗裝過程中的voc排放，有利於環境保護、水性丙烯酸無毒、無味、無汙染、阻燃、施工安全方便、屬典型綠色環保產品。
我國目前在家電、玩具、汽車內飾等塑膠底材的裝飾方面所使用的塗料幾乎都是溶劑型塗料。溶劑型塗料中使用的常用溶劑為石化產品，石油作為不可再生資源，使用長期來說受到嚴格限制，並且這些溶劑大都具有一定的毒性或刺激性，不適合用在汽車內飾或者玩具表面。
水性塑膠用丙烯酸樹脂要解決的問題有水性塗料的施工性能、在油性底上的返工等。水性塑膠漆由於水揮發慢、表面張力大，使水性漆在噴塗和烘烤過程中容易產生氣泡、流掛、縮邊等問題，同時由於塑膠件表面塗裝時候大多採用「溼碰溼」的工藝，即噴塗水性鋁粉漆閃幹後立即噴塗水性色漆，所以需要快幹、對塑膠底材潤溼性好、對鋁粉、顏料排列定向性好的丙烯酸樹脂，而目前市場上的丙烯酸樹脂的性能並不能讓人滿意。
更重要的是，目前國內的家電、玩具、電動車廠家大多使用的是以丙烯酸硝基為主的熱塑性單組份油漆，切換為水性塑膠漆後產品流平性差，耐水性、耐醇性和附著力較差，無法達到溶劑型油漆的要求。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種快速交聯的水性塑膠用丙烯酸樹脂的製備方法，用該方法製得的丙烯酸樹脂具有優異耐水性、快乾性、耐磨性。
本發明的目的是這樣實現的：
一種快速交聯的水性塑膠用丙烯酸樹脂的製備方法，按照如下步驟製備：
(1)按重量份數配比將30～40份乙二醇丁醚加入到反應釜中，加熱反應釜使其內溶液的溫度升至140～150℃；
(2)按重量份數配比將30～50份甲基丙烯酸甲酯、2～5份三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、5～10份苯乙烯、5～10份不飽和羧酸、1～3份有機矽氧烷偶聯劑、1～2.5份引發劑加入到同一容器內混合併通過滴加的方式加入到反應釜中，滴加時間為2～4小時；
(3)對反應釜內的溶液進行保溫2～3小時，保溫溫度為140～150℃之間；
(4)按重量份數配比將0.1～0.5份引發劑、5～10份乙二醇丁醚加入到反應釜中，對反應釜內的溶液進行保溫1～2小時，保溫溫度為140～150℃之間；
(5)對反應釜進行降溫使其內溶液的溫度降至120～130℃之間，按重量份數配比將1份～3份的碳化二亞胺加入到反應釜中，碳化二亞胺與不飽和羧酸產生反應後交聯生成醯基脲類化合物，保溫1個小時，保溫溫度為120～130℃之間，當反應釜內的溶液的酸價為25-30mgkoh/g時進入步驟(6)；
(6)對反應釜進行降溫使其內溶液的溫度降至80～90℃之間，過濾得到成品並包裝。
在上述技術方案中，所述的有機矽氧烷偶聯劑為γ-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基矽烷或γ-氨基丙基三乙氧基矽烷。
在上述技術方案中，所述的不飽和羧酸為丙烯酸或甲基丙烯酸或順丁烯二酸酐或富馬酸。
在上述技術方案中，所述的引發劑為過氧化苯甲酸叔丁酯或/和偶氮二異丁腈或/和過氧化苯甲醯或/和過氧化二叔丁基或/和過氧化二叔戊基或/和二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷。
本發明相比現有技術突出且有益的技術效果是：
1、本發明利用有機矽氧烷偶聯劑中的氨基、環氧基與丙烯酸樹脂分子鏈中的羧基進行反應，從而將有機矽氧烷鏈段引入到水性丙烯酸樹脂體系中，有機矽氧烷鏈段具有強烈的憎水性、耐磨性和耐溶劑性，其纏繞在丙烯酸樹脂主鏈上成膜後與空氣間形成一道憎水層，並且本發明將具有優異的耐醇性、耐溶劑性的丙烯酸單體、多元醇單體共聚到水性丙烯酸樹脂鏈段中，從而合成了耐水性、防汙性、耐候性、滑爽性及耐磨性均優良的水性塑膠用丙烯酸樹脂。
偶聯劑kh-550即γ-氨丙基三乙氧基矽烷的分子結構式為：
kh-550是一種含有一個氨基活性基和一個甲氧基矽烷無機活性基的雙官能團矽烷。氨基具有與羧基進行反應的活性，其反應機理為：
kh-560即γ-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基矽烷的分子結構式為：
kh-560是一種含有一個環氧有機活性基和一個甲氧基矽烷無機活性基的雙官能團矽烷。環氧基具有與丙烯酸樹脂羧基進行反應的活性，其反應機理為：
與羧基反應：
經過反應後將有機矽氧烷鏈段引入到水性丙烯酸樹脂體系中，合成了耐水性、防腐性均優良的水性有機矽氧烷改性丙烯酸樹脂，有機矽氧烷偶聯劑含有甲氧基矽烷無機活性基官能團，該官能團水解後形成的矽羥基與無機材料表面的羥基發生縮合反應，從而提高水性丙烯酸樹脂對底材的附著力，同時，由於矽烷偶聯劑支鏈部分有機矽氧烷鏈段的引入，大大提高了該水性丙烯酸樹脂的耐腐蝕性、耐酸鹼性和耐水性。從而實現了高玻璃化溫度的熱塑性丙烯酸樹脂在快速乾燥的過程中，依靠側鏈的有機矽氧烷鏈段達到優異的流平性。
2、通過引入碳化二亞胺單體，基於碳化二亞胺和羧酸反應生成醯基脲類化合物，該類化合物引入後的水性丙烯酸樹脂應用於水性塑膠金屬漆中，在室溫下對鋁粉有強烈的排列和定向作用，大大減少了由於水性鋁粉漆乾燥速度慢造成的雲斑、發花、排列雜亂等情況。提高了水性塑膠漆在常溫下的快速乾燥效果。
碳化二亞胺的一般結構為：r1-n＝c＝n-r2，交聯機理是基於碳化二亞胺和羧酸反應生成醯基脲類化合物，反應方程式如下：
具體實施方式
下面以具體實施例對本發明作進一步描述：
一種快速交聯的水性塑膠用丙烯酸樹脂的製備方法，按照如下步驟製備：
(1)按重量份數配比將30～40份乙二醇丁醚加入到反應釜中，加熱反應釜使其內溶液的溫度升至140～150℃；
(2)按重量份數配比將30～50份甲基丙烯酸甲酯、2～5份三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、5～10份苯乙烯、5～10份不飽和羧酸、1～3份有機矽氧烷偶聯劑、1～2.5份引發劑加入到同一容器內混合併通過滴加的方式加入到反應釜中，滴加時間為2～4小時；
(3)對反應釜內的溶液進行保溫2～3小時，保溫溫度為140～150℃之間；
(4)按重量份數配比將0.1～0.5份引發劑、5～10份乙二醇丁醚加入到反應釜中，對反應釜內的溶液進行保溫1～2小時，保溫溫度為140～150℃之間；
(5)對反應釜進行降溫使其內溶液的溫度降至120～130℃之間，按重量份數配比將1份～3份的碳化二亞胺加入到反應釜中，碳化二亞胺與不飽和羧酸產生反應後交聯生成醯基脲類化合物，保溫1個小時，保溫溫度為120～130℃之間，當反應釜內的溶液的酸價為25-30mgkoh/g時進入步驟(6)；
(6)對反應釜進行降溫使其內溶液的溫度降至80～90℃之間，過濾得到成品並包裝。
本發明通過將有機矽氧烷鏈段引入到水性丙烯酸樹脂體系中，從結構、組成上完成對丙烯酸酯聚合物的改性，達到分子級改性的效果。從而實現了高玻璃化溫度的熱塑性丙烯酸樹脂在快速乾燥的過程中，依靠側鏈的有機矽氧烷鏈段達到優異的流平性。
通過引入碳化二亞胺單體，基於碳化二亞胺和羧酸反應生成醯基脲類化合物，該類化合物引入後的水性丙烯酸樹脂應用於水性塑膠金屬漆中，在室溫下對鋁粉有強烈的排列和定向作用，大大減少了由於水性鋁粉漆乾燥速度慢造成的雲斑、發花、排列雜亂等情況。提高了水性塑膠漆在常溫下的快速乾燥效果。
上述的有機矽氧烷偶聯劑為γ-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基矽烷或γ-氨基丙基三乙氧基矽烷。。
上述的不飽和羧酸為丙烯酸或甲基丙烯酸或順丁烯二酸酐或富馬酸。
上述的引發劑為過氧化苯甲酸叔丁酯或/和偶氮二異丁腈或/和過氧化苯甲醯或/和過氧化二叔丁基或/和過氧化二叔戊基或/和二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷。
以該水性塑膠用丙烯酸樹脂製備的水性塑膠漆，漆膜各項性能經檢測結果如下表所示：
乾燥速度按照gb1728-1979《漆膜、膩子膜乾燥時間測定法》測定。
硬度按照gb/t6739-2006《色漆和清漆鉛筆法測定漆膜硬度》測定。
附著力按照gb/t9286-1998《色漆和清漆漆膜的劃格實驗》測定。
耐醇性按照gb/t9274-88測定。
耐磨性按照gb/t1768-79(89)測定。
耐水性按照gb/t1733-93測定。
上述實施例僅為本發明的較佳實施例，並非依此限制本發明的保護範圍，故：凡依本發明的結構、形狀、原理所做的等效變化，均應涵蓋於本發明的保護範圍之內。