[发明专利]一种水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料的制备方法。

背景技术

传统的醇酸树脂涂料多为溶剂型，其具有原料价廉易得、漆膜附着力好、光亮、丰满、对颜料润湿性能好等优点，在传统涂料领域一直占有相当大的比重。但是传统的醇酸树脂涂料中含有大量的有机溶剂，这些有机溶剂在施工时挥发到大气中，对人体和生态环境产生严重影响。随着人们环保意识的提高以及各国各种限制VOC(挥发性有机物，Volatile Organic Compound)和HAPS(有害空气污染物，Hazardous Air Pollutants)法规的出台，开发环境友好型的水性醇酸涂料不但可以减少有机溶剂的使用，减轻环境污染，而且能带来巨大的经济和社会效益。

经过几十年的发展，水性醇酸涂料大致分为以下几种类型：一、借助表面活性剂将醇酸树脂乳化制得水分散型醇酸涂料(JP 0598190)，这一方法，由于大量外加乳化剂的影响，使得漆膜耐水性、成膜性及装饰性差；二、在醇酸分子中引入非离子基团(如：羟基、醚基等)，在助溶剂帮助下分散于水溶液中形成水稀释性醇酸(US 5698625)，该方法存在乳液粘度高、漆膜耐水性差、有机溶剂含量高等缺点；三、在醇酸分子中引人过量羧基，并用胺或氨水将其中和成盐以获得水溶性(CN 4551689A)，但是仍旧存在乳化效率低、乳液固含量低、涂膜干燥缓慢、硬度低、耐水性差等缺点。

醇酸树脂分子上存在羟基、羧基、双键等反应性基团，可通过化学合成的途径引入其它分子，对其进行改性。常见的改性方法有：改性单体与醇酸油脂上的共轭双键发生Diels-Alder环化反应、改性单体和醇酸油脂上的非共轭的不饱和双键发生共聚反应、改性单体同醇酸的主链上引入的不饱和二元酸例如顺丁烯二酸酐进行游离基聚合接枝以及用丙烯酸预聚物对醇酸树脂进行改性。但这类改性方法会产生一些问题，如改性单体转化率低，未反应的改性单体会降低涂料的稳定性、醇酸中引进改性单体的比例受到限制以及减少了醇酸树脂中原本用于固化成膜的双键含量等。

发明内容

本发明旨在合成一种水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料，使得制备的漆膜具有良好的机械性能以及并具有一定的耐腐蚀性。

本发明的一个目的是通过采用氢氧化钠作为醇解催化剂，二甲苯作为酯化反应带水剂，降低了酯化温度，提高了反应稳定性，缩短了醇解和酯化时间，从而减少了能耗，具有一定的经济效益。

本发明的另一个目的是将顺丁烯二酸酐同丙烯酸改性单体作为共单体制备出丙烯酸共聚物，提高丙烯酸改性单体的转化率，利用共聚物中顺丁烯二酸酐的酸酐键同植物油、多元酸、多元醇酯化制得水性丙烯酸改性醇酸树脂，从而达到利用丙烯酸单体进行改性的目的。这一合成方法保留了植物油中用于干燥成膜的双键，有利于提高树脂的水溶性、稳定性以及干燥效率。

按照本发明，所述水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料的制备包括如下步骤：

(1)制备丙烯酸改性单体共聚物：在反应釜中加入100质量份的顺丁烯二酸酐和730质量份的有机溶剂二甲苯，通入氮气，机械搅拌，升温至100-120℃，将150-700质量份的丙烯酸改性单体和引发剂过氧化苯甲酰的混合物在回流状态下2-3小时内滴入反应釜中，保温3-4小时，即制得转化率达到97％以上的丙烯酸改性单体共聚物的二甲苯溶液。

(2)制备单甘油酯：在反应釜中加入750质量份的植物油、228质量份的三羟甲基丙烷和醇解催化剂氢氧化钠，机械搅拌，升温至90-120℃，保温抽真空除水1小时后，通氮气，升温到230-250℃进行醇解反应，保温至1体积的醇解产物同3体积的95％乙醇的混合物在25℃下呈现澄清透明状态时，即达到了醇解终点，得到了单甘油酯。

(3)制备丙烯酸改性醇酸树脂：将步骤(1)制得的丙烯酸改性单体共聚物的二甲苯溶液同步骤(2)制得的单甘油酯同352质量份的邻苯二甲酸酐和114质量份的2，2-二羟甲基丙酸直接反应，通入氮气，通过酯化反应分水器调节有机溶剂二甲苯的质量份为366-439，使得回流温度维持在180℃，酯化2-3小时，当酸值为40-80mgKOH/g时，即制得了丙烯酸改性醇酸树脂。

(4)制备水性丙烯酸改性醇酸树脂：将步骤(3)制得的丙烯酸改性醇酸树脂减压抽真空，除去其中的有机溶剂二甲苯，降温至70℃，加入303-373质量份的助溶剂稀释至固含量为80-90％，用中和剂三乙胺按照中和度60-75％进行中和，并用高速离心分散机以1500-2500r/min的速度将树脂和水分散30分钟，即形成粒径为20-100nm、固含量为25-35wt％的水性丙烯酸改性醇酸树脂。