CN120484601A - 一种耐候性水性清漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐候性水性清漆及其制备方法，属于涂料技术领域，其技术方案要点是一种耐候性水性清漆，包括以下重量份的组分：改性水性树脂70‑80份、水性助剂10‑15份、去离子水10‑15份，所述改性水性树脂是由紫外光吸收剂改性水性丙烯酸树脂得到的改性水性树脂，本申请通过将紫外光吸收剂接枝到水性丙烯酸树脂上，大大降低紫外光吸收剂迁移和浸出的可能性，提高水性清漆的耐候性能。

Description

一种耐候性水性清漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种耐候性水性清漆及其制备方法。

背景技术

目前，涂料行业正经历着深刻的变革与发展。随着人们环保意识的不断增强以及国家环保法规的日益健全，涂料领域对于低溶剂含量、无溶剂黏结剂的研究愈发重视。水性涂料作为一种极具发展前景的新型涂料应运而生，它以水为溶剂或分散介质，凭借对环境良好的相容性和保护性，市场占有率得以迅速提高。在国家对VOC排放量严格控制的大背景下，开发环境友好型的水性涂料逐渐成为行业的发展趋势，受到了整个涂料界技术人员的广泛关注。

在研制高耐候性水性清漆方面，以往各个厂家采取了多种常规手段。一些厂家会通过优化传统树脂的配方来尝试提升清漆的性能，他们调整树脂中各成分的比例，期望能够改善清漆的耐水性和耐候性。另一些厂家则专注于添加剂的选择和使用，试图借助特定添加剂的特性来增强清漆的相关性能。还有部分厂家致力于改进生产工艺，通过精确控制生产过程中的温度、压力等参数，以期获得性能更优的高耐候性水性清漆。

然而，这些现有的常规手段存在明显缺陷。目前各个厂家所研制的高耐候性水性清漆，其耐水性(240h后出现起泡)和耐候性(1000h左右)指标都不太理想，远远达不到实际应用的要求。这使得现有的高耐候性水性清漆在一些对耐水性和耐候性有较高要求的场景中难以发挥作用，限制了其更广泛的应用。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种耐候性水性清漆及其制备方法，本申请通过将紫外光吸收剂接枝到水性丙烯酸树脂上，大大降低紫外光吸收剂迁移和浸出的可能性，提高水性清漆的耐候性能。

本发明的第一方面是提供一种耐候性水性清漆，采用如下的技术方案：

一种耐候性水性清漆，包括以下重量份的组分：改性水性树脂70-80份、水性助剂10-15份、去离子水10-15份，所述改性水性树脂是由紫外光吸收剂改性水性丙烯酸树脂得到的改性水性树脂。

优选的，所述改性水性树脂包括以下重量份的组分：水性丙烯酸树脂94-96份、紫外光吸收剂3-4份、催化剂1-2份。

优选的，所述改性水性树脂采用如下的制备方法获得：在水性丙烯酸树脂中加入催化剂、紫外光吸收剂后搅拌均匀，在100-120℃下保温反应2-3h后得到改性水性树脂。

通过采用上述技术方案，本发明将紫外光吸收剂和水性丙烯酸树脂在催化剂的作用下进行聚合反应后，紫外光吸收剂通过化学反应以共价键的形式接枝到水性丙烯酸树脂的分子链上，成为水性丙烯酸树脂本身结构的一部分，而相比于物理混合(即将水性丙烯酸树脂和紫外光吸收剂共同分散在水体系中)，以共价键的形式接枝到水性丙烯酸树脂分子链上的紫外光吸收剂大大降低了其迁移和浸出的可能性，即使暴露在恶劣环境中，稳定剂也能长期发挥作用，从而提高水性清漆持久的耐候性能，而且本发明人还发现，将水性丙烯酸树脂通过紫外光吸收剂进行改性处理后，还大大提高了水性清漆的耐水性，其原因是：紫外光吸收剂以共价键固定在树脂骨架上后，避免了小分子助剂在潮湿环境中迁移、析出的风险，减少了因添加剂流失导致的耐水性下降的问题，同时水性丙烯酸树脂通过与紫外光吸收剂的接枝反应可能增加了水性丙烯酸树脂的交联密度，减少亲水基团的暴露，降低水分子渗透路径，从而使得水性清漆的耐水性能进一步提升，除此之外，水性清漆在使用时需加入固化剂，固化剂在成膜时与改性水性丙烯酸树脂的亲水基团反应，提升体系交联密度，提高水性清漆的耐水性能。

优选的，所述紫外光吸收剂为三嗪类光稳定剂，其反应式如下：

优选的，所述催化剂为酸催化剂。

优选的，所述水性助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和增稠剂。

优选的，所述分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和增稠剂的重量比为6:1:1:1.5:0.5。

耐候性水性清漆中的水性助剂包含分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和增稠剂，能够使清漆具有更好的分散效果、减少气泡产生、提升流平性能、增强润湿性以及调节黏度，有助于制备出性能更优的耐候性水性清漆。同时结合独立权利要求中含有特定比例的改性水性树脂和去离子水等成分，使得清漆具有良好的耐候性，且因以水为溶剂体现出环境友好的特点。

本发明的第二方面是提供一种如上述所述的耐候性水性清漆的制备方法，包括如下制备步骤：在去离子水中加入改性水性树脂，高速搅拌分散均匀，再降低转速边搅拌边加入水性助剂，分散均匀得到耐候性水性清漆。

优选的，所述高速搅拌的转速为1000-1200r/min，搅拌时间为15-20min，降低后的转速为600-800r/min，时间为15-20min。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过将紫外光吸收剂与水性丙烯酸树脂在催化剂的作用下发生聚合反应后获得的改性水性树脂具有出色的耐水性、优异的耐候性、化学稳定性，且由于改性水性树脂含有大量的极性基团，使其具有良好的润湿和流平性能，除此之外，本发明获得的清漆不含有任何溶剂成分，是一种环保型产品，符合现代环保要求；

目前市面上供应的助剂大多与水性树脂产生排斥、不相溶等缺陷，本发明利用水性丙烯酸树脂在催化剂作用下发生反应，可改善不含助溶剂效应的流变性能和亮度，并大大降低其他助剂的使用量，排除产生排斥不相容、表面不均匀的弊病，并在储存和施工过程中具有优异的防沉降性。

2、本发明得到的水性清漆由于较好的施工性能，可采用刷涂、喷涂等多种方式，且干燥速度较高，提高施工效率；由于树脂本身出色的耐水性，能够长期抵御水的侵蚀；对紫外线、风雨、冷热等自然环境因素具有很强的抵抗力，长时间暴露后，能保持光泽和色泽，不易粉化和开裂，符合现代绿色建材的要求，与传统水性清漆相比，使用高耐候性水性清漆能够延长油漆的使用性，提高产品的经济效益。

3、本发明制备的高耐候性水性清漆的性能符合汽车金属制品的涂装工艺要求，没有添加任何含苯类溶剂，对环境友好，且其制备工艺简单，适宜工业化生产。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。所有试剂未注明生产商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

水性丙烯酸树脂购自诺维斯塔集团，紫外光吸收剂购自巴斯夫公司，催化剂购自广州美成新材料科技有限公司。

分散剂采用BYK192，购自毕克化学；消泡剂采用BYK022，购自毕克化学；流平剂采用BYK345，购自毕克化学；润湿剂采用Twin4100，购自迪高公司；增稠剂采用非离子聚氨酯缔合型增稠剂，购自海明斯，型号RHEOLATE 299。

制备例1

一种改性水性树脂的制备方法，在9.4kg水性丙烯酸树脂中加入0.2kg酸催化剂、缓慢加入0.4kg紫外光吸收剂(三嗪类光稳定剂UV1577)后搅拌均匀，在100℃下保温反应3h后得到改性水性树脂，反应过程如下：

制备例2

一种改性水性树脂的制备方法，在9.6kg水性丙烯酸树脂中加入0.1kg酸催化剂、缓慢加入0.3kg紫外光吸收剂(三嗪类光稳定剂UV1577)后搅拌均匀，在120℃下保温反应2h后得到改性水性树脂。

制备例3

一种改性水性树脂的制备方法，在9.3kg水性丙烯酸树脂中加入0.2kg酸催化剂、缓慢加入0.5kg紫外光吸收剂(三嗪类光稳定剂UV1577)后搅拌均匀，在120℃下保温反应2h后得到改性水性树脂。

实施例1

一种耐候性水性清漆的制备方法，包括如下步骤：

在1.5kg去离子水中加入7kg制备例1得到的改性水性树脂，在转速为1000r/min下高速搅拌20min，再将转速降低至600r/min边搅拌边加入1.5kg水性助剂，分散20min后得到耐候性水性清漆；其中水性助剂由BYK192分散剂、BYK022消泡剂、BYK345流平剂、Twin4100润湿剂和非离子聚氨酯缔合型增稠剂按重量比为6:1:1:1.5:0.5组成。

实施例2

一种耐候性水性清漆的制备方法，包括如下步骤：

在1.0kg去离子水中加入7.5kg制备例1得到的改性水性树脂，在转速为1100r/min下高速搅拌20min，再将转速降低至700r/min边搅拌边加入1.5kg水性助剂，分散20min后得到耐候性水性清漆；其中水性助剂由BYK192分散剂、BYK022消泡剂、BYK345流平剂、Twin4100润湿剂和非离子聚氨酯缔合型增稠剂按重量比为6:1:1:1.5:0.5组成。

实施例3

一种耐候性水性清漆的制备方法，包括如下步骤：

在1.0kg去离子水中加入8kg制备例1得到的改性水性树脂，在转速为1200r/min下高速搅拌15min，再将转速降低至800r/min边搅拌边加入1.0kg水性助剂，分散15min后得到耐候性水性清漆；其中水性助剂由BYK192分散剂、BYK022消泡剂、BYK345流平剂、Twin4100润湿剂和非离子聚氨酯缔合型增稠剂按重量比为6:1:1:1.5:0.5组成。

实施例4

一种耐候性水性清漆的制备方法，与实施例1的不同之处在于，改性水性树脂采用制备例2得到的改性水性树脂，其它均与实施例1相同。

实施例5

一种耐候性水性清漆的制备方法，与实施例1的不同之处在于，改性水性树脂采用制备例3得到的改性水性树脂，其它均与实施例1相同。

对比例1

一种耐候性水性清漆的制备方法，与实施例1的不同之处在于，在1.3kg去离子水中加入7kg水性丙烯酸树脂，在转速为1000r/min下高速搅拌20min，再将转速降低至600r/min边搅拌边加入1.5kg水性助剂和0.2kg三嗪类光稳定剂UV1577，分散20min后得到耐候性水性清漆，其它均与实施例1相同。

对比例2

一种耐候性水性清漆的制备方法，与实施例1的不同之处在于，在1.25kg去离子水中加入7kg水性丙烯酸树脂，在转速为1000r/min下高速搅拌20min，再将转速降低至600r/min边搅拌边加入1.5kg水性助剂和0.25kg三嗪类光稳定剂UV1577，分散20min后得到耐候性水性清漆，其它均与实施例1相同。

性能检测

分别将上述实施例和对比例得到的水清清漆用于汽车的涂装，具体配制为：将耐候性水性清漆和固化剂(固化剂由科思创N3900和丙二醇二醋酸酯按重量比为65：35组成)按照重量比为2：1混合搅拌均匀用去离子水稀释并调整粘度至25-30S(按照T-4杯法进行检测)后，喷涂于表干后的1K色漆或金属漆表面，喷涂压力为0.4MPa，控制漆膜厚度在60-80μm，流平10-15min，将喷涂好的板放进80℃的烤箱中烘烤1h，然后进行附着力、耐冲击、硬度、耐水性、耐候性、耐盐雾、耐酸碱、耐汽油等的检测，检测结果如表1所示。

其中，附着力采用百格法进行测试，0级最优，5级最差；硬度采用中华铅笔进行测试。

耐候性测试依据ISO4892-3:2016，采用氙灯老化仪进行测试，辐照强度为0.51W/m²(340nm)，黑板温度为60℃，循环周期为102分钟光照+18分钟喷淋，每120-250h检测一次关键指标(粉化、开裂和附着力)当粉化等级≥3级(按ISO4628-6标准，用胶带粘附漆膜表面，观察胶带粘附的粉状物，粉化等级为3级是肉眼可见明显粉层，手指擦拭有粉末残留)或出现开裂(裂纹密度＞10条/cm²或剥落面积＞5％)或附着力下降至≥3级时停止检测，记录测试的时长。

耐盐雾性检测是采用5％NaCl溶液测试500h，500h后漆膜表面无气泡、剥落和明显锈点为合格，反之为不合格。

耐水性测试依据GB/T5209-1985，将样板2/3的面积浸入流动水中，在40℃的流动水中测试360h，360h后取出，用滤纸吸干，漆膜表面无气泡、无剥落、无生锈为合格，反之为不合格。

耐酸性测试是样板2/3的面积浸入0.05mol/L的硫酸溶液中测试72h后取出用滤纸吸干，漆膜表面无气泡、无剥落、无基材锈蚀为合格，反之为不合格。

耐碱性测试是样板2/3的面积浸入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中测试72h后取出用滤纸吸干，漆膜表面无气泡、无起皱、无溶解为合格，反之为不合格。

耐汽油测试将样板浸入90#汽油至2/3的深度，在常温下静置72h后取出沥干10min，漆膜表面无气泡、无起皱、不发粘、擦拭无溶解掉色为合格，反之为不合格。

抗流挂性能依据GB/T9264-2012中的有关规定进行测试。

迁移率测试：将样板浸入乙醇溶液(50％v/v)中测试24h后，通过HPLC检测乙醇溶液中溶出紫外光吸收剂的含量。

表1实施例和对比例漆膜检测结果表

从表1中可以看出：

本申请实施例1-5和对比例1-2得到的耐候性水性清漆的漆膜表面均丰满光滑，实施例1-5得到的水性清漆的附着力均为0级、硬度为2H、耐冲击性均合格、耐盐雾性500h时均合格，耐酸碱性和耐汽油性的测试中72h均合格，当紫外光吸收剂的重量占比达到5％时，实施例5得到的水性清漆的耐候性能相比于实施例1下降200h，同时耐水性也有所降低，由此可见，紫外光吸收剂的量在3-4％范围内时，可保证水性清漆的耐候性能和耐水性。

对比例1与实施例1的差距在于耐候性和耐水性，从表1中可以看出，对比例1得到的水性清漆的的耐水性260h时均不合格，对比例1的耐候性分别为1500h；对比例2中当三嗪类光稳定剂UV1577的含量增加后，对比例2的耐候性为1000h、耐水性为220h不合格，且漆膜的附着力为1级，原因可能是：过量三嗪类光稳定剂UV1577会倾向于聚集在一起，形成微小的颗粒或区域，这些聚集的紫外光吸收剂颗粒不仅会导致漆膜内聚力增加，使漆膜附着力降低，同时会干扰水性丙烯酸树脂分子的排列和交联，破坏丙烯酸树脂的连续相结构，而且聚集在一起的紫外光吸收剂分子可能无法像单个分子那样有效的进行光热转化，反而可能吸收更多光能，导致其局部区域温度异常升高，而温度的升高会大大加速丙烯酸树脂自身的氧化降解反应，从而使漆膜的耐候性和耐水性均下降。而将紫外光吸收剂接枝到水性丙烯酸树脂上后，有效防止了紫外光吸收剂的团聚情况，同时还能够有效避免紫外光吸收剂的迁移和渗出，从而使得水性清漆的耐候性能显著升高，耐水性也大大提升。

而且本申请对比例2与实施例1相比，本申请实施例1中的紫外光吸收剂水性清漆中的占比大于对比例2中的水性清漆中紫外光吸收剂的占比，但实施例1中的耐候性能和耐水性能均显著高于对比例2中的耐候性和耐水性，且从紫外光吸收剂的迁移率中可以看出，对比例1-2的水性清漆的紫外光吸收剂的迁移率远远高于本申请实施例中紫外光吸收剂的迁移率，说明将紫外光吸收剂与水性丙烯酸树脂进行接枝反应后，有效降低了水性清漆中紫外光吸收剂迁移性能，从而提高了水性清漆的耐候性能和耐水性能。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐候性水性清漆，其特征在于：包括以下重量份的组分：改性水性树脂70-80份、水性助剂10-15份、去离子水10-15份，所述改性水性树脂是由紫外光吸收剂改性水性丙烯酸树脂得到的改性水性树脂。

2.根据权利要求1所述的一种耐候性水性清漆，其特征在于：所述改性水性树脂包括以下重量份的组分：水性丙烯酸树脂94-96份、紫外光吸收剂3-4份、催化剂1-2份。

3.根据权利要求2所述的一种耐候性水性清漆，其特征在于：所述改性水性树脂采用如下的制备方法获得：在水性丙烯酸树脂中加入催化剂、紫外光吸收剂后搅拌均匀，在100-120℃下保温反应2-3h后得到改性水性树脂。

4.根据权利要求2所述的一种耐候性水性清漆，其特征在于：所述紫外光吸收剂为三嗪类光稳定剂。

5.根据权利要求2所述的一种耐候性水性清漆，其特征在于：所述催化剂为酸催化剂。

6.根据权利要求1所述的一种耐候性水性清漆，其特征在于：所述水性助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和增稠剂。

7.根据权利要求6所述的一种耐候性水性清漆，其特征在于：所述分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和增稠剂的重量比为6:1:1:1.5:0.5。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的耐候性水性清漆的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：在去离子水中加入改性水性树脂，高速搅拌分散均匀，再降低转速边搅拌边加入水性助剂，分散均匀得到耐候性水性清漆。

9.根据权利要求8所述的一种耐候性水性清漆的制备方法，其特征在于：所述高速搅拌的转速为1000-1200r/min，搅拌时间为15-20min，降低后的转速为600-800r/min，时间为15-20min。