一種醇酸樹脂乳液的乳化劑及其製備方法與流程

2023-05-07 11:40:26 2

本發明屬於合成樹脂材料技術領域，具體地說，涉及一種醇酸樹脂乳液的乳化劑及其製備方法。

背景技術：

醇酸樹脂是一種重要的塗料用樹脂，其單體來源豐富、價格低、品種多、配方變化大、方便化學改性且性能好；醇酸塗料又具有施工性好、塗膜豐滿度高、柔韌性好等特點，廣泛地應用於鋼結構的裝飾和保護。但是它在施工過程中需要添加大量的有機溶劑來將其稀釋至施工粘度，這些有機溶劑中的voc含量高，汙染大，對資源造成很大的浪費。

水性醇酸樹脂以水作為溶劑，使用很少的有機溶劑甚至不使用有機溶劑，極大的降低產品的voc含量，提高產品的環保性，然而水稀釋型醇酸樹脂助溶劑含量高，乾性差，耐水性差，且易水解。

水乳化型醇酸樹脂乾性好，漆膜性能好，同時voc含量低，更加環保，但是現有的乳化劑多為非反應型乳化劑，乳液乾燥時乳化劑逐漸遷移至漆膜表面，且乾燥收殘留在漆膜中，造成漆膜耐水性變差，性能降低。

技術實現要素：

針對現有技術中上述的不足，本發明提供了一種醇酸樹脂乳液的乳化劑。該乳化劑的原料來源廣泛，能夠提高樹脂的乾性、硬度對醇酸樹脂的乳化性能。

本發明還提供了一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，該製備方法簡單易行，可操作性強。

為了達到上述目的，本發明採用的優選的解決方案是：

一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，由原料製成，原料按重量份數計，包括植物油和/或植物油衍生物50-350份、含雙鍵的酸酐化合物30-110份、聚乙二醇和/或聚乙二醇的單甲醚120-920份、中和劑10-40份、以及水150-750份。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，按重量份數計，植物油和/或植物油衍生物為100-350份、含雙鍵的酸酐化合物為50-110份、聚乙二醇和/或聚乙二醇的單甲醚為200-920份、中和劑為25-40份、以及水為300-750份。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，植物油包括桐油和脫水蓖麻油中的至少一種。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，植物油的衍生物包括桐油酸、桐油酸甲酯、脫水蓖麻油脂肪酸、以及脫水蓖麻油脂肪酸甲酯中的一種或幾種。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，含雙鍵的酸酐化合物包括順丁烯二酸酐和四氫苯酐中至少一種。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，聚乙二醇包括peg200、peg300、peg400、peg600、peg800、peg1000、peg1500、peg2000、peg3000、peg4000、peg6000、以及peg8000中的一種或幾種。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，聚乙二醇的單甲醚包括peg200、peg300、peg400、peg600、peg800、peg1000、peg1500、peg2000、peg3000、peg4000、peg6000、及peg8000的單甲醚中的一種或幾種。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，中和劑包括氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水、三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甲基乙醇胺、二乙醇胺中的一種或幾種。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，用於醇酸樹脂乳液的乳化劑固含量為30-95％。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：將植物油和/或植物油衍生物和含雙鍵的酸酐化合物混合，100-200℃條件下反應，得到第一聚合物；向第一聚合物中加入聚乙二醇和/或聚乙二醇的單甲醚進行攪拌，升溫至80-200℃進行反應，得到第二聚合物；向第二聚合物中加入中和劑至ph值為6-7，再加入水。

本發明提供的一種醇酸樹脂乳液的乳化劑及其製備方法的有益效果是：

(1)該醇酸樹脂乳液的乳化劑的原料包括植物油和/或植物油衍生物、含雙鍵的酸酐化合物、聚乙二醇和/或聚乙二醇的單甲醚、中和劑和水，原料來源廣泛易得；

(2)各原料的配比範圍是經過發明人創造性試驗得到，在該配比範圍內，製備得到的乳化劑能夠更好地提高樹脂的乾性、硬度和對醇酸樹脂的乳化性能；

(3)該醇酸樹脂乳液的乳化劑含有大量雙鍵，在催幹劑的作用下，能夠與醇酸樹脂中的雙鍵進行交聯反應，提高樹脂的乾性與硬度，是一種反應型的乳化劑；

(4)該醇酸樹脂乳液的乳化劑具有陰離子型和非離子型基團，是一種雙性乳化劑，乳化效果好；

(5)該醇酸樹脂乳液的乳化劑結構與醇酸樹脂類似，與醇酸樹脂相容性好，提高了對醇酸樹脂的乳化性能；

(5)該醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法簡單，可操作性強；

(6)使用該醇酸樹脂乳液的乳化劑乳化後的醇酸樹脂乳液voc含量低，體系固含量高，穩定性好，乾性快，光澤度高，硬度高。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

實施例1

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括桐油175g，順丁烯二酸酐55g，peg200單甲醚110g，30％氫氧化鈉水溶液15g，水415g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將175g桐油加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入順丁烯二酸酐55g，繼續升溫至175℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物中加入110gpeg200單甲醚，升溫至140℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物；

(3)接著向第二聚合物中加入15g30％含量的氫氧化鈉水溶液，攪拌30min，加入415g純淨水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為40％。

實施例2

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括桐油190g，順丁烯二酸酐60g，peg400單甲醚224g，30％氫氧化鈉水溶液20g，水580g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將190g桐油加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入順丁烯二酸酐60g，繼續升溫至175℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物中加入224gpeg200單甲醚，升溫至155℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物；

(3)接著向第二聚合物中加入20g30％含量的氫氧化鈉水溶液，攪拌30min，加入580g水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為45％。

實施例3

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括桐油200g，順丁烯二酸酐98g，peg200單甲醚130g，30％氫氧化鈉水溶液40g，水520g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將50g桐油加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入順丁烯二酸酐30g，繼續升溫至175℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物中加入120gpeg200單甲醚，升溫至140℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物；

(3)接著向第二聚合物中加入10g30％含量的氫氧化鈉水溶液，攪拌30min，加入150g水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為45％。

實施例4

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括脫水蓖麻油脂肪酸甲酯218g，順丁烯二酸酐73.5g，peg200單甲醚213g，30％氫氧化鈉水溶液30g，水527g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將218g脫水蓖麻油脂肪酸甲酯加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入順丁烯二酸酐73.5g，繼續升溫至175℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物中加入213gpeg200單甲醚，升溫至140℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物。

(3)接著向第二聚合物中加入30g30％含量的氫氧化鈉水溶液，攪拌30min，加入527g水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為50％。

實施例5

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括脫水蓖麻油293g，順丁烯二酸酐82g，peg300單甲醚256.5g，三乙胺30g，水560g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將293g脫水蓖麻油加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入順丁烯二酸酐82g，繼續升溫至180℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物中加入256.5gpeg300單甲醚，升溫至150℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物。

(3)接著向第二聚合物中加入30g三乙胺，攪拌30min，加入560g純淨水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為50％。

實施例6

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括桐油酸98g，四氫苯酐51g，peg2000666g，2-氨基-2-甲基-1-丙醇35g，水211g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將98g桐油酸加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入四氫苯酐51g，繼續升溫至160℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物加入666gpeg2000，升溫至175℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物。

(3)接著向第二聚合物加入35g2-氨基-2-甲基-1-丙醇，攪拌30min，加入211g水，拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為80％。

實施例7

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括桐油酸甲酯197g，四氫苯酐90g，peg1000單甲醚600g，三乙胺28g，水328g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將197g脫水蓖麻油酸甲酯加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入四氫苯酐90g，繼續升溫至160℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物加入600gpeg1000單甲醚，升溫至175℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物。

(3)接著向第二聚合物加入28g三乙胺，攪拌30min，加入328g水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為80％。

實施例8

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括脫水蓖麻油酸甲酯和脫水蓖麻油脂肪酸共185g，順丁烯二酸酐和四氫苯酐85g，peg600、peg800和peg1000單甲醚550g，二甲基乙醇胺25g，水351g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將185g脫水蓖麻油酸甲酯和脫水蓖麻油脂肪酸加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入順丁烯二酸酐和四氫苯酐85g，繼續升溫至160℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物加入550gpeg600、peg800和peg1000單甲醚單甲醚，升溫至170℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物。

(3)接著向第二聚合物加入25g二甲基乙醇胺，攪拌30min，加入351g水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為70％。

對比例1

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑，其原料包括桐油267g，順丁烯二酸酐72g，peg200單甲醚50g，30％氫氧化鈉水溶液5g，水580g。

一種醇酸樹脂乳液的乳化劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將267g桐油加入到四口瓶中，加熱，通入氮氣，開啟攪拌，升至90℃，加入順丁烯二酸酐72g，繼續升溫至175℃，反應2小時，降溫至100℃，得到第一聚合物；

(2)接著向第一聚合物中加入50gpeg200單甲醚，升溫至110℃並攪拌均勻，保溫2小時後降溫至90℃，得到第二聚合物；

(3)接著向第二聚合物中加入5g30％含量的氫氧化鈉水溶液，攪拌30min，加入580g水，攪拌均勻，得到一種用於醇酸樹脂乳液的乳化劑，該乳化劑的固含量為40％。

實驗例1

在1000ml的四口瓶上安裝溫度計、可調速恆速攪拌器和冷凝管，四口瓶放在加熱套內，然後將150g鄰苯二甲酸酐，40g苯甲酸，8g順丁烯二酸酐，280g亞麻油酸，106g季戊四醇，52g三羥甲基丙烷，30g回流二甲苯，2g次磷酸加入到四口瓶中，加熱，開啟攪拌，以10℃/小時的升溫速度升至220℃，反應至酸值為12，降溫至130℃，加入30g二甲苯及90g200#溶劑油兌稀，得到普通溶劑型醇酸樹脂，固含量為80％。

將實施例1-8和對比例1製備的乳化劑，以及市售的乳化劑分別和本實驗例製備的普通溶劑型醇酸樹脂按照表1進行配比加入高速分散機內，分散均勻後逐漸加入配方量的純淨水，即得到各種醇酸樹脂乳液，將10組製得的醇酸樹脂乳液編號為實驗組1-10。

表1：醇酸樹脂乳液配方比例

實驗例2

實驗例1製備的各醇酸樹脂乳液分別按照國家標準gb/t1728-89《漆膜膩子膜乾燥時間測定法》測試乾燥時間；按照國家標準gb/t6739-2006《色漆和清漆鉛筆法測定漆膜硬度》測試硬度；按照國家標準gb/t9286-1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》測試附著力；其測試結果如表2所示：

表2：醇酸樹脂乳液性能指標

由表2測試結果可知，實驗組1-9的乾燥時間小於實驗組10，實驗組1-9的硬度、附著力以及存儲穩定性均優於實驗組10，該結果說明，本發明實施例1-8和對比例1製備得到乳化劑的性能要優於市售的乳化劑，這得益於本發明實施例1-8和對比例1中提供的合理的組分之間相互協同配合，該醇酸樹脂乳液的乳化劑含有大量雙鍵，在催幹劑的作用下，能夠與醇酸樹脂中的雙鍵進行交聯反應，提高樹脂的乾性與硬度，且該醇酸樹脂乳液的乳化劑具有陰離子型和非離子型基團，能夠提高乳化效果，另外，該醇酸樹脂乳液的乳化劑結構與醇酸樹脂類似，與醇酸樹脂相容性好，進一步提高了對醇酸樹脂的乳化性能。

實驗組1-8的各項性能指標優於實驗組9，這表明，採用本發明實施例提供的組分配比範圍製備乳化劑，製備得到的乳化劑性能更加優異。

實驗組2-8的各項性能優於實驗組1，這說明當按重量份數計，植物油和/或植物油衍生物為100-350份、含雙鍵的酸酐化合物為50-110份、聚乙二醇和/或聚乙二醇的單甲醚為200-920份、中和劑為25-40份、以及水為300-750份時，製備得到的乳化劑的性能是最為優異的。

綜上所述，採用本發明實施例提供的配方和各組分的配比範圍內製備得到的乳化劑，用於製備醇酸樹脂乳液，得到的醇酸樹脂乳液的voc含量低，符合環保要求，存儲穩定性好，且漆膜具有很好的乾性、硬度、和附著力。

以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。