一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》是湖南辰礫新材料有限公司於2017年11月27日申請的專利，該專利申請號：2017112087616，專利公布號：CN107903780A，專利公布日：2018年4月13日，發明人是：萬章文。

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》涉及一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法，屬於水性環保防鏽塗料技術領域。按質量份數計，其原料配方組成為：10.0～15.0份有機矽改性多元醇、鋁酸酯偶聯劑5.0～10.0份、20.0～30.0份不飽和脂肪油、5.0～10.0份多元醇、12.0～18.0份多元酸或酸酐、0.04～0.3份催化劑、4.0～10.0份中和劑、70.0～120.0份去離子水。該發明具有以下優點：一方面採用鋁酸酯偶聯劑改性醇酸樹脂乳液，可大大提高了塗膜的防鏽能力；另一方面，在醇酸樹脂分子結構上引入有機矽改性多元醇，使得所述醇酸樹脂具有更高的疏水性和耐水性，可廣泛用於金屬的防腐。

2021年8月16日，《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法
• 公布號：CN107903780A
• 公布日：2018年4月13日
• 申請號：2017112087616
• 申請日：2017年11月27日
• 申請人：湖南辰礫新材料有限公司
• 地址：湖南省長沙市望城經濟技術開發區黃金創業園C5棟4樓4-1-49
• 發明人：萬章文
• Int.Cl.：C09D167/08(2006.01)I、C09D5/08(2006.01)I、C08G63/49(2006.01)I、C08G63/695(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

鋼鐵類金屬在自然存放條件下，因為環境和其它因素使部件容易鏽蝕，從而降低或失去使用價值，造成安全事故和經濟損失，中國每年因金屬鏽蝕所造成的直接經濟損失數額巨大。金屬鏽蝕從機理上主要分為化學腐蝕和電化學腐蝕，產生鏽蝕的原因有很多，如機械損傷、表面缺陷、內部缺陷、環境因素等，常見的腐蝕因素有接觸空氣、表面污染、電化學腐蝕和表面劃傷。水性防腐塗料的常用基料為：水性丙烯酸乳液、水性醇酸樹脂、水性環氧酯-丙烯酸樹脂雜化體、雙組份水性聚氨酯、水性環氧樹脂。其中水性醇酸樹脂，是各種水性塗料成膜物質中性價比最優的聚合物。但普通水性醇酸樹脂類防鏽漆存在三大問題：（1）耐鹽霧性能差，一般不超過120小時。普通水性醇酸樹脂所製備防鏽漆一般具有較好的耐水、耐鹽水性能但耐鹽霧一般較差，這是由於乳液堆積成膜方式導致其漆膜緻密性較差，水汽較易通過，同時漆膜的濕附著力較差，這樣會導致漆膜起泡，底材腐蝕；（2）容易閃銹，水性塗料在施工階段將水引入，鐵質基材與水接觸，產生閃銹；（3）儲存穩定性差，為提高防腐性能，有些乳液會大量引入磷酸酯類、有機矽類單體，有機矽單體容易水解導致性能不穩定，磷酸酯類單體易與防鏽漆填料絡合導致塗料儲存期間膠化。如何解決這三大問題，將是水性醇酸樹脂在水性防腐領域上推廣的關鍵。中國專利公開號CN100575435C在傳統乳液基礎上引入磷酸酯基團，使乳液在成膜過程中，磷酸酯基團能與底材金屬形成緻密的磷酸鹽保護膜，提升防腐性能。但單獨使用磷酸酯基團，要達到較好的防鏽效果，添加量較大，這樣會導致樹脂成本高，且磷酸酯添加量大易導致體系不穩定。

發明內容

專利目的

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》的目旨在提供一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法。

技術方案

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》按質量份數計，原料配方組成為：10.0～15.0份有機矽改性多元醇、5.0～10.0份鋁酸酯偶聯劑、20.0～30.0份不飽和脂肪油、5.0～10.0份多元醇、12.0～18.0份多元酸或酸酐、0.04～0.3份催化劑、4.0～10.0份中和劑、70.0～120.0份去離子水。其中，所述的有機矽改性多元醇為有機矽封端的聚乙二醇，其製備方法為：將5.0～10.0份有機矽單體、0.03～0.3份全氟磺酸離子交換樹脂、0.2～2.0份水、10.0～30.0份聚乙二醇、20.0～40.0份溶劑加入到反應裝置中，50～80℃下反應1～2小時，過濾除去全氟磺酸離子交換樹脂，然後減壓蒸餾除去溶劑和水，即製得有機矽改性多元醇。其中，這裡所述的有機矽單體為二羥基二甲基矽烷、六甲基環三矽氧烷、八甲基環四矽氧烷中的至少一種；所述的聚乙二醇的數均分子量為100～1000克/摩爾；所述的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮中的至少一種。更進一步的，所述的鋁酸酯偶聯劑為（乙醯乙酸乙酯基）二異丙氧基鋁酸酯、異丙基二硬脂醯氧基鋁酸酯、乙烷氧基鋁二異丙基中的至少一種。更進一步的，所述的不飽和脂肪油為豆油、亞麻油、蓖麻油、桐油中的至少一種。更進一步的，所述多元醇為丙二醇、乙二醇、甘油、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、季戊四醇中的至少一種。更進一步的，所述多元酸或酸酐為鄰苯二甲酸酐、間苯二甲酸酐、對苯二甲酸酐、四氫苯酐、馬來酸酐中的至少一種。更進一步的，所述催化劑為單丁基氧化錫、二丁基氧化錫、二丁基氧化錫氯化物、二丁基二月桂酸錫、二丁基二乙酸錫、單丁基三氯化錫、氫氧化鋰、環烷酸鋰、環烷酸鉛中的至少一種。更進一步的，所述中和劑為三乙胺、N、N-二甲基乙醇胺、2-氨基-1-丙醇。

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》所述的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液的製備方法，步驟如下：（1）通氮氣條件下，將總質量70％～80％的不飽和脂肪油、總質量30％～60％有機矽改性多元醇、總質量30％～60％多元醇、總質量30％～60％鋁酸酯偶聯劑、總質量20％～40％催化劑加入到反應器中，加熱至120～180℃，保溫反應5～10小時；（2）然後向反應器中按加入剩餘的不飽和脂肪油、剩餘的有機矽改性多元醇、剩餘的多元醇、全部的多元酸或酸酐、剩餘的鋁酸酯偶聯劑、剩餘的催化劑，通氮氣升溫，控制反應溫度120～180℃，保溫反應6～10小時，直到酸值降至20～50毫克氫氧化鉀/克，降溫停止反應；（3）然後加入中和劑攪拌均勻，加入去離子水稀釋，高速攪拌得到所述的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液。

改善效果

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》一方面採用鋁酸酯偶聯劑改性醇酸樹脂乳液，當含有該樹脂乳液固化後，醇酸樹脂乳液中的鋁酸酯官能團易富集金屬表面，並與金屬表面的羥基發生化學交聯反應，形成一層緻密的-O-Al-O-薄膜，引起金屬底材電化學腐蝕陰極極化，可大大提高了塗膜的防鏽能力；另一方面，在醇酸樹脂分子結構上引入有機矽改性多元醇，使得所述醇酸樹脂具有更高的疏水性和耐水性，降低鹽霧在聚氨酯塗膜上的通過性，物理上防止鹽霧與金屬表面接觸，可廣泛用於金屬的防腐。

技術領域

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》涉及一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法，屬於水性環保防腐塗料技術領域。

權利要求

1.《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》的特徵在於，按質量份數計，原料配方組成為：10.0～15.0份有機矽改性多元醇、5.0～10.0份鋁酸酯偶聯劑、20.0～30.0份不飽和脂肪油、5.0～10.0份多元醇、12.0～18.0份多元酸或酸酐、0.04～0.3份催化劑、4.0～10.0份中和劑、70.0～120.0份去離子水；所述的有機矽改性多元醇為有機矽封端的聚乙二醇，其製備方法為：將5.0～10.0份有機矽單體、0.03～0.3份全氟磺酸離子交換樹脂、0.2～2.0份水、10.0～30.0份聚乙二醇、20.0～40.0份溶劑加入到反應裝置中，50～80℃下反應1～2小時，過濾除去全氟磺酸離子交換樹脂，然後減壓蒸餾除去溶劑和水即得。

2.根據權利要求1所述的一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液，其特徵在於，所述的有機矽單體為二羥基二甲基矽烷、六甲基環三矽氧烷、八甲基環四矽氧烷中的至少一種；所述的聚乙二醇的數均分子量為100～1000克/摩爾；所述的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液，其特徵在於，所述的鋁酸酯偶聯劑為（乙醯乙酸乙酯基）二異丙氧基鋁酸酯、異丙基二硬脂醯氧基鋁酸酯、乙烷氧基鋁二異丙基中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液，其特徵在於，所述的不飽和脂肪油為豆油、亞麻油、蓖麻油、桐油中的至少一種。

5.根據權利要求1所述的一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液，其特徵在於，所述多元醇為丙二醇、乙二醇、甘油、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、季戊四醇中的至少一種。

6.根據權利要求1所述的一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液，其特徵在於：所述多元酸或酸酐為鄰苯二甲酸酐、間苯二甲酸酐、對苯二甲酸酐、四氫苯酐、馬來酸酐中的至少一種。

7.根據權利要求1所述的一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液，其特徵在於：所述催化劑為單丁基氧化錫、二丁基氧化錫、二丁基氧化錫氯化物、二丁基二月桂酸錫、二丁基二乙酸錫、單丁基三氯化錫、氫氧化鋰、環烷酸鋰、環烷酸鉛中的至少一種。

8.根據權利要求1所述的一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液，其特徵在於：所述中和劑為三乙胺、N、N-二甲基乙醇胺、2-氨基-1-丙醇。

9.一種如權利要求1-8任一項所述的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：（1）通氮氣條件下，將總質量70％～80％的不飽和脂肪油、總質量30％～60％有機矽改性多元醇、總質量30％～60％多元醇、總質量30％～60％鋁酸酯偶聯劑、總質量20％～40％催化劑加入到反應器中，加熱至120～180℃，保溫反應5～10小時；（2）然後向反應器中按加入剩餘的不飽和脂肪油、剩餘的有機矽改性多元醇、剩餘的多元醇、全部的多元酸或酸酐、剩餘的鋁酸酯偶聯劑、剩餘的催化劑，通氮氣升溫，控制反應溫度120～180℃，保溫反應6～10小時，直到酸值降至20～50毫克氫氧化鉀/克，降溫停止反應；（3）然後加入中和劑攪拌均勻，加入去離子水稀釋，高速攪拌得到所述的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液。

實施方式

• 實施例1

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液》按質量份數計，原料配方組成為：10.0份有機矽改性多元醇、10.0份（乙醯乙酸乙酯基）二異丙氧基鋁酸酯、30.0份亞麻油、5.0份三羥甲基乙烷、18.0份鄰苯二甲酸酐、0.3份二丁基氧化錫氯化物、4.0份三乙胺、70.0份去離子水。其中，所述的有機矽改性多元醇為有機矽封端的聚乙二醇，其製備方法為：將5.0份二羥基二甲基矽烷、0.3份全氟磺酸離子交換樹脂、0.2份水、30.0份聚乙二醇（數均分子量1000克/摩爾）、20.0份甲醇加入到反應裝置中，80℃下反應1小時，過濾除去全氟磺酸離子交換樹脂，然後減壓蒸餾除去溶劑和水。該實施例中的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液的製備方法，步驟如下：通氮氣條件下，將總質量80％的亞麻油、總質量30％有機矽改性多元醇、總質量60％三羥甲基乙烷、總質量30％（乙醯乙酸乙酯基）二異丙氧基鋁酸酯、總質量40％二丁基氧化錫氯化物加入到反應器中，加熱至120℃，保溫反應10小時；然後向反應器中按加入剩餘的亞麻油、剩餘的有機矽改性多元醇、剩餘的三羥甲基乙烷、全部的鄰苯二甲酸酐、剩餘的（乙醯乙酸乙酯基）二異丙氧基鋁酸酯、剩餘的二丁基氧化錫氯化物，通氮氣升溫，控制反應溫度120℃，保溫反應10小時，直到酸值降至25毫克±5毫克氫氧化鉀/克，降溫停止反應；然後加入三乙胺攪拌均勻，加入去離子水稀釋，高速攪拌得到所述的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液。

• 實施例2

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液》按質量份數計，原料配方組成為：15.0份有機矽改性多元醇、5.0份乙烷氧基鋁二異丙基、20.0份豆油、10.0份乙二醇、12.0份四氫苯酐、0.04份二丁基氧化錫、10.0份N、N-二甲基乙醇胺、120.0份去離子水。其中，所述的有機矽改性多元醇為有機矽封端的聚乙二醇，其製備方法為：將10.0份六甲基環三矽氧烷、0.03份全氟磺酸離子交換樹脂、2.0份水、10.0份聚乙二醇（均分子量為100克/摩爾）、40.0份丙酮加入到反應裝置中，50℃下反應2小時，過濾除去全氟磺酸離子交換樹脂，然後減壓蒸餾除去溶劑和水。該實施例中的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液的製備方法，步驟如下：通氮氣條件下，將總質量70％的豆油、總質量60％有機矽改性多元醇、總質量30％乙二醇、總質量60％乙烷氧基鋁二異丙基、總質量20％二丁基氧化錫加入到反應器中，加熱至180℃，保溫反應5小時；然後向反應器中按加入剩餘的豆油、剩餘的有機矽改性多元醇、剩餘的乙二醇、全部的四氫苯酐、剩餘的乙烷氧基鋁二異丙基、剩餘的二丁基氧化錫，通氮氣升溫，控制反應溫度180℃，保溫反應10小時，直到酸值降至45毫克±5毫克氫氧化鉀/克，降溫停止反應；然後加入N、N-二甲基乙醇胺攪拌均勻，加入去離子水稀釋，高速攪拌得到所述的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液。

• 實施例3

《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液》按質量份數計，原料配方組成為：13.5份有機矽改性多元醇、7.0份異丙基二硬脂醯氧基鋁酸酯、24.0份蓖麻油、6.0份三羥甲基丙烷、14.0份馬來酸酐、0.16份二丁基二月桂酸錫、、8.0份2-氨基-1-丙醇、105.0份去離子水。其中，所述的有機矽改性多元醇為有機矽封端的聚乙二醇，其製備方法為：將9.0份二羥基二甲基矽烷、0.09份全氟磺酸離子交換樹脂、1.0份水、19.0份聚乙二醇（數均分子量為300克/摩爾）、28.0份甲醇加入到反應裝置中，65℃下反應1.5小時，過濾除去全氟磺酸離子交換樹脂，然後減壓蒸餾除去溶劑和水。該實施例中的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液的製備方法，步驟如下：通氮氣條件下，將總質量74％的蓖麻油、總質量45％有機矽改性多元醇、總質量38％三羥甲基丙烷、總質量52％異丙基二硬脂醯氧基鋁酸酯、26％二丁基二月桂酸錫、加入到反應器中，加熱至150℃，保溫反應8小時；然後向反應器中按加入剩餘的蓖麻油、剩餘的有機矽改性多元醇、剩餘的三羥甲基丙烷、全部的馬來酸酐、剩餘的異丙基二硬脂醯氧基鋁酸酯、剩餘的二丁基二月桂酸錫、，通氮氣升溫，控制反應溫度150℃，保溫反應8小時，直到酸值降至40毫克±5毫克氫氧化鉀/克，降溫停止反應；然後加入2-氨基-1-丙醇攪拌均勻，加入去離子水稀釋，高速攪拌得到所述的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液。

將實施例中的鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液與市售耐鹽霧醇酸樹脂乳液相同條件下噴於鋼片表面，完全固化後，成膜性能進行對比。其中，附著力按照GB/T1720-1988的規定使用劃格法進行測試，硬度按照GB/T6739-2006色漆和清鉛筆法測定漆膜硬度，耐衝擊性按照GB/T1732-2007的規定進行檢測，耐水性按照GB/T1733-93的規定進行檢測，耐鹽霧性按照GB/T1771-2007的規定進行檢測。測試結果如下表：

測試結果表

榮譽表彰

2021年8月16日，《一種鋁酸酯改性耐鹽霧水性醇酸樹脂乳液及其製備方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。