一種全環保型成膜助劑及其使用方法
2023-06-18 22:37:36
專利名稱：：一種全環保型成膜助劑及其使用方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於降低水性乳液塗料成膜溫度，改善成膜性能的全環保型成膜助劑及其使用方法。
背景技術：
：水性乳液塗料以其極低的V0C(揮發性有機化學物)環保特性，迅速成長為塗料領域中的主要品種，目前除了汽車漆等工業塗料外，建築外牆漆、內牆漆、木器漆等均採用水性塗料，隨著技術的不斷發展，具有高環保性的水性塗料勢必將替代所有使用有機溶劑的油性塗料。與使用有機溶劑的油性塗料不同，水性塗料中的聚合物是以穩定的懸浮乳膠粒形式存在的。當水性塗料塗刷在基體表面上時，隨著水分的揮發，乳膠粒之間的距離不斷縮小，發生擠壓變形，最後形成連續的聚合物塗膜。可用於水性塗料的乳液有許多種，如丙烯酸類單體的均聚物，苯乙烯_丙烯酸類共聚物，醋酸乙烯共聚物和醋酸乙烯/氯乙烯/丙烯酸三元共聚體等。在水性塗料的成膜過程中最重要的是聚合物粒子能夠發生形變，並聚結融合在一起，如果環境溫度低於乳液中聚合物的Tg時，乳膠粒將無法良好的聚結在一起，造成聚合物物塗膜出現裂紋，嚴重時塗膜會形成一層毫無附著力的粉末，因此任何水性乳液塗料都有最低成膜溫度(匪FT)的限制。未添加任何增塑劑的水性乳液的MMFT都較高，一般都能達到15°C以上，有些可形成高硬度塗層的乳液，其Tg可高達80°C以上，嚴重限制了水性塗料的應用，因此必須向水性塗料中添加成膜助劑，降低匪FT，改善成膜性能。成膜助劑是一種非永久性增塑劑，用以降低乳液中聚合物的Tg，一旦乳膠粒變形成膜過程完成後，成膜助劑會從塗膜中揮發，從而使聚合物Tg值恢復至初始值。成膜助劑是水性塗料中必不可缺的關鍵材料，它不僅能夠降低水性塗料的匪FT，還可以改善聚合物乳膠粒子間的聚結質量，顯著提高聚合物塗膜的性能，從而能夠提高塗膜的耐擦洗性、展色性、耐候性等諸多性能。成膜助劑是聚合物乳膠粒子的強溶劑，目前應用較多的是醇醚類，如乙二醇醚類、二乙二醇醚類、三乙二醇醚類、丙二醇醚類、二丙二醇醚類、三丙二醇醚類、丙二醇苯醚等。但由於醇醚類本身化學性質的限制，任何單一的醇醚類化合物都不能與全部的乳液具有良好的相容性，而且如果加入不當，會導致塗料在生產過程中造成破乳，給生產帶來損失。另外醇醚類的揮發性較高，且帶有一定毒性，在安全環保方面受到很大局限。另外有些成膜助劑如乙二醇醚類在高pH值的乳液體系中會發生水解反應，嚴重影響性能的發揮。專利CN100347251C公開一種丙二醇苯醚的復配型成膜助劑，該成膜助劑以丙二醇苯醚為主要原料，復配了乙二醇、二丙二醇和二甘醇，提高了丙二醇苯醚的相容性，降低了凝固點，但該復配成膜助劑無法改變醇醚類化合物的毒性。專利CN1195656A公開了一種反應性成膜助劑，但此種成膜助劑的使用複雜，需要再添加引發劑，成本高，目前尚未在水性乳液塗料中得以大規模應用。
發明內容本發明的目的在於提供一種能夠有效降低水性乳液塗料成膜溫度，改善成膜性能且使用安全環保的成膜助劑及其使用方法。本發明的全環保型成膜助劑可與任何一種聚合物乳液都具有良好的相容性，而且與醇醚類成膜助劑相比，即使長期接觸也不會對健康造成損害，使用簡便安全。本發明的全環保型成膜助劑不溶於水，沸點高，使用量少，屬於無VOC產品，可為塗料生產帶來顯著的經濟效益和社會效益。發明要點全環保型成膜助劑由I型的酮醇酯類化合物和II型的二酸酯類化合物組成，它們的結構表達式分別為I型酮醇酯類化合物ooIIII——C——O——R2——C——R3IOHII型二酸酯類化合物O〇IIIIR4——〇——C——R5——C——O——R6I式和II式中R「Re分別表示烷基，其中&、12和R3分別表示碳原子數為1-13的烷基，優選碳原子數為1-9的烷基，更優選為碳原子數為1-6的烷基；R4、R5、R6分別表示碳原子數為3-17的烷基，優選碳原子數為3_12的烷基，更優選為碳原子數為3-10的烷基。其中I型化合物在全環保型成膜助劑中的質量分數為0-100%，優選為50-100%，更優選為80-100%。II型化合物在全環保型成膜助劑中的質量分數為0-100%，優選為0-50%，更優選為0-20%。本發明還提供了一種全環保型成膜助劑的使用方法，將上述全環保型成膜助劑在水性乳液塗料的生產過程中加入，成膜助劑的添加量為塗料中聚合物乳液固含量的1-30%，最好為1-12%。本發明的全環保型成膜助劑是在對水性乳液塗料成膜機理的研究基礎上得到的。酮醇酯類化合物和二酸酯類化合物對人體健康沒有影響，而且沸點高於25(TC，屬於非V0C產品。全環保型成膜助劑不溶於水，可避免因為水分揮發或塗層基體對水分的吸收造成成膜助劑流失。全環保型成膜助劑對任何聚合物乳液體系都具有良好的相容性，對於高pH值乳液體系，也不會發生水解。本發明的全環保型成膜助劑不僅可以降低塗料的匪FT，還能夠有效改善塗料的成膜性能，提高聚合物塗膜的光澤度、展色性、耐候性等多種性能。具體實施方法在溫度為10-50°C，壓力為0.1-0.2MPa下，加入表1所給出的各組化合物組分，並不斷攪拌使其混合均勻，即製得本發明的全環保型成膜助劑。採用市售純丙烯酸乳液作為實驗體系，該乳液中聚合物的固含量為48±2%，pH為9，匪FT為20°C。實施例1-4:表1:實施例1-4全環保型成膜助劑組分配比(表中數據均為質量分數)組分實施例Itableseeoriginaldocumentpage5實施例5:將實施例1之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為85，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為C級。實施例6:將實施例1之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為85，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為B級。實施例7:將實施例1之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為4°C，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為80，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。實施例8:將實施例2之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為85，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為B級。實施例9:將實施例2之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為85，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合5物塗膜的抗粘連性為A級。實施例10:將實施例2之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為5.5°C，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為80，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。實施例11:將實施例3之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為<2.5°C，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為80，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。實施例12:將實施例3之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為80，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。實施例13:將實施例3之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為6°C，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為75，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。實施例14:將實施例4之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為<2.5°C，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為80，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。實施例15:將實施例4之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為6°C，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為75，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。實施例16:將實施例4之全環保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規定的方法測試聚合物塗膜的匪FT為9°C，按照GB/T1743中規定的方法測試聚合物塗膜的光澤為70，按照GB/T23982中規定的方法測試聚合物塗膜的抗粘連性為A級。權利要求提供一種降低水性乳液塗料成膜溫度，提高成膜性能的全環保型成膜助劑及其使用方法，所述的全環保型成膜助劑是由I型的酮醇酯類有機化合物和II型的二酸脂類有機化合物中的一種或兩種組成，它們的結構表達式分別為I型酮醇酯類的有機化合物II型二酸酯類有機化合物上述兩式中R1、R2、R3分別為碳原子數為1-13的烷基；R4、R5、R6分別為碳原子數為3-17的烷基；FSA00000010458500011.tif,FSA00000010458500012.tif2.按照權利要求1所述的方法，其特徵是全環保型成膜助劑中&、12、13分別代表碳原子數為1-9的烷基。3.按照權利要求2所述的方法，其特徵是全環保型成膜助劑中RpR^Rs分別代表碳原子數為1-6的烷基。4.按照權利要求1所述的方法，其特徵是全環保型成膜助劑中R4、R5、R6分別代表碳原子數為3-12的烷基。5.按照權利要求4所述的方法，其特徵是全環保型成膜助劑中R4、R5、R6分別代表碳原子數為3-10的烷基。6.按照權利要求1所述的方法，其特徵是I型化合物所佔全環保型成膜助劑的質量分數為0-100%，II型化合物所佔全環保型成膜助劑的質量分數為0-100%。7.按照權利要求6所述的方法，其特徵是I型化合物所佔全環保型成膜助劑的質量分數為50-100%，更好為80-100%。II型化合物所佔全環保型成膜助劑的質量分數為0-50%，更好為0-20%。8.按照權利要求1所述的方法，其特徵是在水性塗料生產過程中加入的。9.按照權利要求1所述的方法，其特徵是相對水性塗料中聚合物乳液的固含量，加入全環保型成膜助劑的質量分數為1_30%。10.按照權利要求8所述的方法，其特徵是相對水性塗料中聚合物乳液的固含量，加入全環保型成膜助劑的質量分數為1_12%。全文摘要本發明涉及一種全環保型成膜助劑及其使用方法。由同醇酯類化合物和二酸酯類化合物組成。本發明克服了醇醚類成膜助劑環保性差，適用體系範圍窄，在高pH值乳液體系中易水解等缺點。本發明用量少、使用簡便，適用於任何聚合物乳液體系，且安全環保，能顯著降低水性乳液塗料的成膜溫度，改善成膜性能。文檔編號C09D7/12GK101760070SQ20101010349公開日2010年6月30日申請日期2010年1月29日優先權日2010年1月29日發明者何宏曉,劉寬勝,劉志清,張麗欣,文源,王秀芬,裴浩,陳潔,高志禮申請人:北京斯伯樂科學技術研究院