CN102443344A - 一种混合溶剂及卷钢涂料组合物和卷钢材料的制备方法 - Google Patents

一种混合溶剂及卷钢涂料组合物和卷钢材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合溶剂，其特征在于，所述混合溶剂含有醋酸仲辛酯和共溶剂；还提供了一种卷钢涂料组合物，其特征在于，以组合物的总量为基准，所述组合物含有：(1)1-50重量％的上述混合溶剂；(2)10-70重量％的主体树脂；(3)1-40重量％的二氧化钛；(4)0.1-1重量％的气相二氧化硅；此外，还提供了一种卷钢材料的制备方法，该方法包括在卷钢基材表面施覆上述涂料组合物。使用本发明提供的混合溶剂作为溶剂获得的卷钢涂料组合物即本发明提供的卷钢涂料组合物流动性好，固含量高，稳定性强，无苯毒，形成的漆膜清晰透明，具有好的流平性，能够避免卷钢板界面发生拖尾。

Description

一种混合溶剂及卷钢涂料组合物和卷钢材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种混合溶剂和含有该混合溶剂的卷钢涂料组合物以及一种施覆该卷钢涂料组合物的卷钢材料的制备方法。
背景技术
卷钢涂料是适用于金属卷钢涂装工艺的一种特种涂料。由于涂装工艺的要求和卷钢日益广泛的应用，使得对卷钢涂料的要求越来越高。例如，涂装工艺是使用辊涂机对带材进行连续涂装，这就要求卷钢涂料在高温下要迅速干燥；同时，干燥过程中，钢板温度高达220-260℃，在通过烘烤炉的时候，周围环境温度更高达400度，因此，卷钢涂料的耐热性就变得极其重要；另外，当卷钢涂料使用于家用器具表面时，由于经常和家用化学品或清洁剂接触，也必须考虑其耐化学品性能、低毒性等。除此之外，卷钢涂料还要同时具备涂料的一些基本性能，如光泽度，流平性和附着力等等。
但是现有技术中，作为卷钢涂料的各种组合物很难同时满足上述各种要求，这与卷钢涂料中使用的溶剂有关，卷钢涂料中常用的溶剂有很多种，可列举的有乙酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸仲丁酯、尼龙酸二甲酯混合物(DBE)、丙二醇醚醋酸酯、乙基乳酸酯等酯类溶剂；乙二醇醚、丙二醇醚等醚类溶剂；丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、2-庚酮、环己酮、异佛尔酮类的酮类溶剂(日本特开昭63-69563号公报)。在这些溶剂中，虽然乙酸丁酯具有优良的溶解速度，但挥发性过高，而丙二醇单甲醚醋酸酯及乙基乳酸酯的溶解速度较慢，存在不能除去的缺点，难以单独使用，乙二醇单乙基醚醋酸酯虽然具有优良的溶解速度，但怀疑有诱发***症的毒性而禁止使用。
为了弥补这样的单一组合物的缺点，开发了混合溶剂，例如由丙二醇烷基醚和3-烷氧基丙酸烷基酯类组成的溶剂组合物(日本特开平7-146562号公报)、由丙二醇烷基醚乙酸酯和丙二醇烷基醚组成的溶剂的组合物(美国专利第4,983,490号公报)。上述组合物由于恶臭引起作业者不快感和反感的同时，存在由于有毒性而损伤健康的顾虑。因此，以往的混合溶剂在溶解性、挥发性、有毒性等方面存在问题；尼龙酸二甲酯混合物(DBE)为生产己二酸副产物，各厂家生产的混合物组分比例差异较大，溶剂性能难以稳定且用量较大，也仅限于在某些领域使用(CN 101402814A)；芳烃溶剂油类溶剂对施工、装修等的工作人员、家庭成员的健康受到危害，同时对环境也造成了污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述缺陷的混合溶剂和含有该混合溶剂的卷钢涂料组合物及使用该卷钢涂料组合物制备卷钢材料的方法。
本发明提供了一种混合溶剂，其特征在于，所述溶剂含有醋酸仲辛酯和共溶剂，所述共溶剂为能够与醋酸仲辛酯完全混溶的有机溶剂，其中，醋酸仲辛酯和共溶剂的重量比为1∶0.1-30。
本发明提供了一种卷钢涂料组合物，其特征在于，以组合物的总量为基准，所述组合物含有：
(1)1-50重量％的上述混合溶剂；
(2)10-70重量％的主体树脂，所述主体树脂为聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂中的至少一种；
(3)1-40重量％的二氧化钛；
(4)0.1-1重量％的气相二氧化硅。
本发明提供了一种卷钢材料的制备方法，该方法包括在卷钢基材表面施覆涂料组合物并使该涂料组合物固化，其特征在于，所述涂料组合物为上述卷钢涂料组合物。
使用本发明提供的混合溶剂作为溶剂获得的卷钢涂料组合物即本发明提供的卷钢涂料组合物流动性好，固含量高，稳定性强，无苯毒，形成的漆膜清晰透明，具有好的流平性，能够避免卷钢板界面发生拖尾。
采用本发明提供的卷钢材料的制备方法获得的卷钢材料表面平坦，光泽度高，涂料的附着性好。
具体实施方式
本发明提供了一种混合溶剂，其特征在于，所述溶剂含有醋酸仲辛酯和共溶剂，所述共溶剂为能够与醋酸仲辛酯完全混溶的有机溶剂，其中，醋酸仲辛酯和共溶剂的重量比为1∶0.1-30。
使用本发明提供的混合溶剂作为溶剂获得的卷钢涂料组合物即本发明提供的卷钢涂料组合物流动性好，固含量高，稳定性强，无苯毒，用该组合物复配的卷钢涂料，形成的漆膜清晰透明，具有好的流平性，能够避免卷钢板界面发生拖尾。这可能是因为，对于溶剂型卷钢涂料中的溶剂来说，决定其性能的重要因素有相溶性、粘度和挥发性。
相溶性是指所使用的溶剂需要对多种树脂都具有很好的混溶性，从而起到稀释剂的作用，这样喷涂的漆膜才会清晰透明。
粘度是溶剂对树脂溶解能力的一项重要参数，不同的溶剂因溶解树脂的性能差异，所得溶液的粘度也有较大的差异。在利用喷嘴喷射时，如果粘度太高，使得喷射压力变高，从而增加了不必要的溶剂的使用量，增加了成本。另一方面，如果粘度太低，树脂则不能集中的喷涂在卷钢板的界面上。
挥发性是涉及溶剂是否迅速挥发而不残留在基板表面的重要因素，挥发性太低时，不仅导致溶剂不挥发而残留，在卷钢板界面衍生出拖尾现象，而且在后续工序中，还会出现使加工工序生产效率降低等问题。另一方面，挥发性太高时，卷钢板急速冷却，喷涂的树脂不能完全溶解附着，从而容易引起漆膜爆孔和过烘烤导致的缺陷。
醋酸仲辛酯(2-octyl acetate，简称2OA)，分子式为C10H20O2，为无色透明液体，略带芳香味，且低毒。国内外对醋酸仲辛酯作为溶剂在清洁剂和香料中的应用有所报道，但对于其在卷钢涂料中的应用尚无任何研究。
本发明的发明人发现，醋酸仲辛酯具有优良的溶解性，与聚氨酯树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂等相溶性极好；同时，醋酸仲辛酯的沸点较高，不易挥发，但是随着温度的升高，其挥发速度比其他溶剂提高的更快；此外，醋酸仲辛酯略带芳香味且毒性很低。由于醋酸仲辛酯具有的各种性质，将其与其他溶剂形成混合溶剂并用于卷钢涂料中，能够取得非常好的效果。
优选地，所述混合溶剂中，醋酸仲辛酯和共溶剂的重量比为1∶0.5-20。
根据本发明，所述共溶剂为环酮、芳烃溶剂油、具有式(1)所示结构的化合物、具有式(2)所示结构的化合物、具有式(3)所示结构的化合物和具有式(4)所示结构的化合物中的至少一种，
HO-R1-O-R2(1)
R3-CO-O-R4-O-R5(2)
CH2＝CH-CO-O-R6-O-R7(3)
R8-CO-R9(4)
其中，R1、R4和R6各自独立地为C2-C5的亚烷基，R2、R3、R5、R7、R8和R9各自独立地为C1-C5的烷基。
根据本发明，符合上述条件的共溶剂可以列举的有，S-1000型芳烃溶剂油、S-1500型芳烃溶剂油、S-800型芳烃溶剂油、S-200型芳烃溶剂油、乙二醇单甲醚、乙二醇单***、乙二醇单正丙醚、乙二醇单异丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单***、丙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单***甲酸酯、丙二醇单***乙酸酯、丙二醇单丁醚乙酸酯、丙烯酸乙氧基甲酯、丙烯酸乙氧基乙酯、丙烯酸乙氧基丁酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮。
进一步优选情况下，所述共溶剂为S-1000型芳烃溶剂油、S-1500型芳烃溶剂油、S-200型芳烃溶剂油、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丙烯酸乙氧基甲酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、环己酮和甲基异丁基酮。
本发明提供了一种卷钢涂料组合物，其特征在于，以组合物的总量为基准，所述组合物含有：
(1)1-50重量％的上述混合溶剂；
(2)10-70重量％的主体树脂，所述主体树脂为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂中的至少一种；
(3)1-40重量％的二氧化钛；
(4)0.1-1重量％的气相二氧化硅。
优选地，以组合物的总量为基准，所述混合溶剂的含量为5-30重量％；所述主体树脂的含量为30-55重量％；所述二氧化钛的含量为20-40重量％；所述气相二氧化硅的含量为0.2-0.5重量％。
根据本发明，所述混合溶剂为上述混合溶剂，因此，所述混合溶剂中共溶剂的种类和醋酸仲辛酯与共溶剂的比例等也与上述相同，在此不再赘述。
根据本发明，对所述各种主体树脂没有特别地要求，可以为本领域常规的各种树脂，优选情况下，所述聚氨酯树脂的重均分子量为1000-8000，进一步优选为6000-8000；所述丙烯酸树脂的重均分子量为1000-8000，进一步优选为2000-5000；聚酯树脂的重均分子量为1000-8000，进一步优选为3000-6000；醇酸树脂重均分子量为1000-8000，进一步优选为3000-6000；环氧树脂的重均分子量为1000-8000，进一步优选为4000-6000；所述主体树脂只要满足上述重均分子量要求即可获得性能优异的涂料组合物，可以列举的如聚酯树脂可以为Dynapol LH 818-05聚酯树脂和/或Dynapol LH 826-05聚酯树脂；聚氨酯树脂可以为Hw 180Pc聚氨酯树脂；丙烯酸树脂可以为HB-225型丙烯酸树脂；环氧树脂可以为环氧树脂601和/或壳牌环氧树脂834。
根据本发明，对所述二氧化钛和气相二氧化硅没有特别的限定，可以为本领域常规的二氧化钛和气相二氧化硅，优选地，所述二氧化钛为钛白粉，所述二氧化钛的颗粒粒径为0.2-0.4微米，气相二氧化硅的颗粒粒径为10-50纳米，优选为10-30纳米。
根据本发明，所述组合物的制备方法可以为常规的方法，优选地，包括混合和研磨步骤，所述混合步骤优选通过搅拌方式完成，所述搅拌的速率可以为300-10000转/分钟，进一步优选为1000-5000转/分钟；时间可以为10-50分钟。研磨的方式包括砂磨和球磨，优选地，使用砂磨的研磨方式。研磨的目的是为了使混合物的细度降低，优选地，所述研磨使得组合物的细度为10-50微米，进一步优选为10-15微米。
本发明提供了一种卷钢材料的制备方法，该方法包括在卷钢基材表面施覆涂料组合物并使该涂料组合物固化，其特征在于，所述涂料组合物为上述卷钢涂料组合物。
根据本发明的卷钢材料的制备方法，相对于每平方米的卷钢基材，所述涂料组合物的涂布量可以为200-1000克，进一步优选为300-800克。
根据本发明的卷钢材料的制备方法，所述固化的条件可以为本领域公知的固化条件，包括固化温度可以为200-260℃，优选为200-235℃，固化时间可以为15-85秒，优选为25-65秒。
根据本发明的卷钢材料的制备方法，所述方法使得制备得到的卷钢材料的厚度为10-20微米，进一步优选为13-17微米。
下面，通过实施例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1
将42.2重量份的Dynapol LH 818-05聚酯树脂(重均分子量为6000)，0.2重量份的Aerosil 200气相二氧化硅(颗粒直径为12纳米)，27.5重量份的RCL 310钛白粉(颗粒直径为0.28微米)，4.2重量份的S-200芳烃溶剂油，8.3重量份的醋酸仲辛酯混合，经高速(2000转/分钟)搅拌40min，再经砂磨研磨分散至细度达到10-15μm，得到卷钢涂料组合物P1。
将卷钢涂料组合物P1以每平方米500克的用量通过喷涂的方式施覆到卷钢基材(宝钢热镀锌板，型号为DC51D+Z)上，在230℃下烘干50秒使其固化，得到厚度为15微米的卷钢材料C1。
对比例1
按照实施例1的方法制备卷钢涂料组合物，不同的是，4.2重量份的S-200芳烃溶剂油和8.3重量份的醋酸仲辛酯由2.3重量份的丙二醇单甲基醚和10.5重量份的3-甲氧基丙酸乙酯代替，得到卷钢涂料组合物DP1。
采用上述材料，按照实施例1的方法制备卷钢材料DC1。
实施例2
将20.0重量份的Dynapol LH 826-05聚酯树脂(重均分子量为6000)，0.3重量份的CABOT M-5气相二氧化硅(颗粒直径12纳米)，24重量份的R 706钛白粉(0.26微米)，10重量份的乙二醇单丁醚，5.7重量份的醋酸仲辛酯混合，经高速(3000转/分钟)搅拌30min，再经砂磨研磨分散至细度达到10-15μm，得到卷钢涂料组合物P2。
将卷钢涂料组合物P2以每平方米800克的用量通过喷涂的方式施覆到卷钢基材(马钢，型号为SGCC)上，在200℃下烘干65秒使其固化，得到厚度为16微米的卷钢材料C2。
实施例3
将45重量份的Hw 180Pc聚氨酯树脂，0.2重量份的Aerosil 202气相二氧化硅(颗粒直径14纳米)，30重量份的R 960钛白粉(0.35微米)，0.5重量份的丙二醇单甲醚乙酸酯和7.5重量份的醋酸仲辛酯混合，经高速(4000转/分钟)搅拌20min，再经砂磨研磨分散至细度达到10-15μm，得到卷钢涂料组合物P3。
将卷钢涂料组合物P3以每平方米300克的用量通过喷涂的方式施覆到卷钢基材(宝钢，型号为DX52D+Z)上，在210℃下烘干25秒使其固化，得到厚度为14微米的卷钢材料C3。
实施例4
将50.0重量份的HB-225型丙烯酸树脂，0.2重量份的Aerosil 200气相二氧化硅，27.5重量份的RCL 310钛白粉，3.6重量份的丙烯酸乙氧基甲酯和15.0重量份的醋酸仲辛酯混合，经高速(4000转/分钟)搅拌20min，再经砂磨研磨分散至细度达到10-15μm，得到卷钢涂料组合物P4。
根据实施例1所述的方法施覆，在230℃下烘干50秒使其固化，得到厚度为15微米的卷钢材料C4。
实施例5
将45.0重量份的环氧树脂601，0.2重量份的Aerosil 200气相二氧化硅，27.5重量份的R 706钛白粉，9.6重量份的甲基异丁基酮和6.9重量份的醋酸仲辛酯混合，经高速(5000转/分钟)搅拌10min，再经砂磨研磨分散至细度达到10-15μm，得到卷钢涂料组合物P5。
根据实施例1所述的方法施覆，在240℃下烘干25秒使其固化，得到厚度为13微米的卷钢材料C5。
实施例6
将50.0重量份的壳牌环氧树脂834，0.2重量份的Aerosil 202气相二氧化硅，27.5重量份的RCL 310钛白粉，8.6重量份的环己酮和4.9重量份的醋酸仲辛酯混合，经高速(1000转/分钟)搅拌50min，再经砂磨研磨分散至细度达到10-15μm，得到卷钢涂料组合物P6。
根据实施例1所述的方法施覆，在230℃下烘干50秒使其固化，得到厚度为17微米的卷钢材料C6。
测试例1
通过下述方法对卷钢涂料组合物P1-P6、DP1和卷钢材料C1-C6、DC1进行测试。
外观目测，包括卷钢涂料组合物P1-P6和DP1的液体形态，C1-C6和DC1是否有拖尾现象；粘度测试，通过涂-4杯粘度计NDJ-5进行测定；附着力测试，进行膜划格实验；流平性测试，使用刮涂测定法；光泽度，通过光泽仪测定；细度，通过刮板细度仪测定。
测定的结果如表1所示。
表1
Figure BSA00000311168500091
由表1可以看出，与对比例1相比，本发明的卷钢涂料组合物清澈透明，固含量高，说明本发明的混合溶剂具有极好的溶解能力。
本发明的卷钢涂料组合物粘度适中；在5-30℃恒温储存1年无异常变化，说明本发明的卷钢涂料组合物具有良好的稳定性，本发明的卷钢涂料组合物的VOC值相比对比例1低，说明本发明的卷钢涂料组合物毒性低，环保性好。
根据本发明制得的卷钢涂料施覆在卷钢基材上后，形成的漆膜具有优秀的细度和附着力，与对比例相比，在保持细度和附着力的同时还具有更好的流平性和光泽度。

Claims (12)

1.一种混合溶剂，其特征在于，所述混合溶剂含有醋酸仲辛酯和共溶剂，所述共溶剂为能够与醋酸仲辛酯完全混溶的有机溶剂，其中，醋酸仲辛酯和共溶剂的重量比为1∶0.1-30。
2.根据权利要求1所述的混合溶剂，其中，所述醋酸仲辛酯和共溶剂的重量比为1∶0.5-20。
3.根据权利要求1或2所述的混合溶剂，其中，所述共溶剂为环酮、芳烃溶剂油、具有式(1)所示结构的化合物、具有式(2)所示结构的化合物、具有式(3)所示结构的化合物和具有式(4)所示结构的化合物中的至少一种，
HO-R1-O-R2(1)
R3-CO-O-R4-O-R5(2)
CH2＝CH-CO-O-R6-O-R7(3)
R8-CO-R9(4)
其中，R1、R4和R6各自独立地为C2-C5的亚烷基，R2、R3、R5、R7、R8和R9各自独立地为C1-C5的烷基。
4.根据权利要求3所述的混合溶剂，其中，所述共溶剂为乙二醇单甲醚、乙二醇单***、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单甲醚、丙二醇单***、丙二醇单丁醚、丙二醇单***乙酸酯、丙二醇单丁醚乙酸酯、丙烯酸乙氧基甲酯、丙烯酸乙氧基乙酯、丙烯酸乙氧基丁酯、乙酸正丁酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、甲基异丁基酮、甲基乙基酮、环己酮中的至少一种。
5.一种卷钢涂料组合物，其特征在于，以组合物的总量为基准，所述组合物含有：
(1)1-50重量％的权利要求1-4中任意一项所述的混合溶剂；
(2)10-70重量％的主体树脂，所述主体树脂为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂中的至少一种；
(3)1-40重量％的二氧化钛；
(4)0.1-1重量％的气相二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的涂料组合物，其中，以组合物的总量为基准，所述混合溶剂的含量为5-30重量％；所述主体树脂的含量为30-55重量％；所述二氧化钛的含量为20-40重量％；所述气相二氧化硅的含量为0.2-0.5重量％。
7.根据权利要求5所述的涂料组合物，其中，所述聚氨酯树脂的重均分子量为1000-8000；所述丙烯酸树脂的重均分子量为1000-8000；聚酯树脂的重均分子量为1000-8000；醇酸树脂的重均分子量为1000-8000；环氧树脂的重均分子量为1000-8000。
8.根据权利要求7所述的涂料组合物，其中，所述聚氨酯树脂的重均分子量为6000-8000；所述丙烯酸树脂的重均分子量为2000-5000；聚酯树脂的重均分子量为3000-6000；醇酸树脂的重均分子量为3000-6000；环氧树脂的重均分子量为4000-6000。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的涂料组合物，其中，所述二氧化钛的颗粒直径为0.2-0.6微米，气相二氧化硅的颗粒直径为10-100纳米。
10.一种卷钢材料的制备方法，该方法包括在卷钢基材表面施覆涂料组合物并使该涂料组合物固化，其特征在于，所述涂料组合物为权利要求5-9中任意一项所述的涂料组合物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，相对于每平方米的卷钢基材，涂料组合物的涂布量为200-1000克。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述固化的条件包括固化温度为200-260℃，固化时间为15-85秒。
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