CN106398474A - 一种低voc排放的涂料及其制备方法 - Google Patents

一种低voc排放的涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低VOC排放的涂料及其制备方法，属于化工涂料加工技术领域。一种低VOC排放的涂料，由如下重量份数的组分溶解在溶剂中制备而成：改性乙烯基树脂溶液30‑40份、光固化剂1‑10份、改性蒙脱土10‑15份、填料15‑20份、环氧树脂30‑40份、马来酸酐1‑5份和促进剂0.01‑0.1份；本发明以低粘度的羟基乙烯基树脂、二异氰酸酯和多元醇溶解在苯乙烯单体中制备羟基过量的改性乙烯基树脂，以改性乙烯基树脂和环氧树脂制备涂料，可制备成高固含量的涂料，苯乙烯既可作为溶剂又可作为乙烯基树脂的交联剂，制备的涂料涂覆性好，固化后的涂层性能优异，VOC排放明显降低，可广泛用于各种材料的粘接。

Description

一种低VOC排放的涂料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及化工涂料加工技术领域，具体涉及一种低VOC排放的涂料及其制备方法
【背景技术】
我国通常将涂料产品中在常压下沸点不大于250℃的任何有机化合物都定义为挥发性有机化合物(VOC)，涂料和胶黏剂在工业和生活中被广泛应用，如电子器件的封装和房屋装修等，而胶黏剂和涂料中往往使用大量溶剂，主要起稀释作用，在加工过程中大量排放到空气中，造成污染，在使用过程中残留的溶剂不断的挥发出来，造成VOC超标，影响人的健康。
为了降低VOC排放，普遍通过制备水性涂料、提高涂料固含量和以反应性单体作为溶剂的方式。乙烯基树脂由于其双键在链端，具有极高的反应活性，乙烯基树脂为光敏材料，在光引发剂作用下可快速固化，固化条件温和，固化效率高，光敏树脂中的稀释剂参与到固化反应中，有效降低VOC的排放，制备的低VOC排放的涂料耐腐蚀性极佳。环氧树脂制备的涂料粘接性好、收缩率低、尺寸稳定、电性能优良、耐化学介质、配置容易、工艺简单、使用温度宽广、适应性较强、毒性很低、危害也小、不污染环境等，对多种材料都具有良好的胶粘能力，还有密封、绝缘、防漏、固定、防腐、装饰等多种功用，被称为万能胶。
【发明内容】
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种低VOC排放的涂料及其制备方法，本发明以羟基乙烯基树脂、异氰酸酯和多元醇溶解在苯乙烯交联单体中制备羟基过量的改性乙烯基树脂，以改性乙烯基树脂和环氧树脂作为基体树脂，以含双键的马来酸酐作为环氧树脂固化剂并加入光固化剂；制备的涂料粘度低，固含量大，可满足涂料涂覆要求；使用时通过光照和加热，可引发双键聚合和环氧树脂固化，涂料涂覆到材料表面后，具有良好的韧性、极佳的耐化学腐蚀性及粘接性，可广泛用涂覆于各种材料表面。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低VOC排放的涂料，由如下重量份数的组分溶解在溶剂中制备而成：改性乙烯基树脂溶液30-40份、光固化剂1-10份、改性蒙脱土10-15份、填料15-20份、环氧树脂30-40份、马来酸酐1-5份和促进剂0.01-0.1份；所述低VOC排放的涂料的固含量为65-70％。
所述改性乙烯基树脂溶液由二异氰酸酯、羟基乙烯基树脂和多元醇溶解在苯乙烯中制备而成；所述二异氰酸酯的异氰酸酯基、羟基乙烯基树脂的羟基和多元醇的羟基的摩尔比为1：0.55-0.60:0.5-0.55；所述改性乙烯基树脂溶液的质量浓度为65-75％。
所述改性蒙脱土为季铵盐改性蒙脱土，包括十二烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、十四烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、十六烷基溴化吡啶改性蒙脱土或双溴化十四烷基二甲基乙基铵改性蒙脱土中的一种或两种以上。
所述溶剂为苯乙烯、丁酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种或两种以上的组合物。
所述填料为二氧化钛、氢氧化铝和氧化铝中的一种或两种以上的组合物。
所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或酚醛型环氧树脂。
所述羟基乙烯基树脂为甲基丙烯酸羟乙酯和羟丁基乙烯基醚的一种或两种；所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种或两种以上的组合物；所述多元醇为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。
所述光固化剂为自由基光引发剂，包括2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或两种以上的组合物；所述促进剂为2-甲基咪唑、2-乙基,4-甲基咪唑、2-苯基咪唑和2-苯基,4-甲基咪唑中的一种或两种以上的组合物。
本发明还提供了一种所述低VOC排放的涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将二异氰酸酯溶解在苯乙烯中，油浴升温至60-80℃，边升温边滴加羟基乙烯基树脂，滴加完毕后继续搅拌3-4小时，加入多元醇，继续搅拌1-2小时，配成质量分数为65-75％的溶液，即为改性乙烯基树脂溶液，所述二异氰酸酯的异氰酸酯基、羟基乙烯基树脂的羟基和多元醇的羟基的摩尔比为1：0.55-0.60:0.5-0.55；
(2)将30-40份环氧树脂、1-5份马来酸酐、0.01-0.1份促进剂、30-40份改性乙烯基树脂溶液、1-10份光固化机、10-15份改性蒙脱土、15-20份填料溶解于溶剂，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为65-70％的胶液，即为本发明的低VOC排放的涂料。
将所述低VOC排放的涂料涂覆在材料表面，在紫外光下照射5-20秒钟后，再将材料在80-120℃中烘烤1-2个小时，即可获得最佳性能的涂层。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过以羟基乙烯基树脂、二异氰酸酯和多元醇溶解在苯乙烯单体中制备羟基过量的改性乙烯基树脂，利于改性剂的储存，同时过量的羟基对酸酐固化环氧有一定的促进作用；以改性乙烯基树脂和环氧树脂制备涂料，在光照和加热条件下，双键和环氧基反应实现固化，本发明使用的树脂原料粘度较低，可制备成高固含量的涂料，同时体系中的溶剂主要为苯乙烯，苯乙烯中的双键可参与反应，有效降低了反应后的VOC排放量；将改性乙烯基树脂和环氧树脂为基体树脂，加入光固化剂和马来酸酐对体系进行固化，制备的涂料涂覆性能优异，固化后具有极佳的粘接性和耐腐蚀性能，可广泛用于各种材料的粘接。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步进行的说明。
对比例1
将40份双酚A型环氧树脂、2份马来酸酐、0.02份二甲基咪唑、30份丁腈橡胶、15份十二烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、20份氢氧化铝溶解在丁酮中，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为60％的溶液，即得本发明对比例的涂料。
将所述涂料涂覆在铜表面后，在80℃烘烤3小时，即可获得最佳性能的涂层。
实施例1
(1)将甲苯二异氰酸酯溶解在苯乙烯中，油浴升温至60℃，边升温边滴加甲基丙烯酸羟乙酯树脂，滴加完毕后继续搅拌4小时，加入聚酯多元醇，继续搅拌2小时，配成质量分数为75％的溶液，即为改性乙烯基树脂溶液，所述甲苯二异氰酸酯的异氰酸酯基、甲基丙烯酸羟乙酯树脂的羟基和聚酯多元醇的羟基的摩尔比为1：0.55:0.55；
(2)将40份双酚A型环氧树脂、5份马来酸酐、0.1份二甲基咪唑、30份改性乙烯基树脂溶液、1份2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、15份十二烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、20份氢氧化铝溶解于丁酮中，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为70％的胶液，即为本发明的低VOC排放的涂料。
将所述低VOC排放的涂料涂覆在铜表面后，在紫外光下照射20秒钟，然后将材料在80℃中烘烤2个小时，即可获得最佳性能的涂层。
对比例2
(1)将六亚甲基二异氰酸酯溶解在苯乙烯中，油浴升温至80℃，边升温边滴加甲基丙烯酸羟乙酯和羟丁基乙烯基醚树脂的1:1组合物，滴加完毕后继续搅拌3小时，加入聚醚多元醇，继续搅拌1小时，配成质量分数为65％的溶液，即为改性乙烯基树脂溶液，所述六亚甲基二异氰酸酯的异氰酸酯基、甲基丙烯酸羟乙酯与羟丁基乙烯基醚混合树脂的羟基和聚醚多元醇的羟基的摩尔比为1:0.5:0.4；
(2)将30份酚醛型环氧树脂、1份马来酸酐、0.01份2-乙基,4-甲基咪唑、40份改性乙烯基树脂溶液、10份1-羟基环己基苯基甲酮、10份十四烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、20份二氧化钛溶解于溶剂，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为65％的胶液，即为本发明对比例的涂料。
将所述涂料涂覆在木材表面后，在紫外光下照射5秒钟，然后将材料在120℃中烘烤1.5个小时，即可获得最佳性能的涂层。
实施例2
(1)将六亚甲基二异氰酸酯溶解在苯乙烯中，油浴升温至80℃，边升温边滴加甲基丙烯酸羟乙酯和羟丁基乙烯基醚树脂的1:1组合物，滴加完毕后继续搅拌3小时，加入聚醚多元醇，继续搅拌1小时，配成质量分数为65％的溶液，即为改性乙烯基树脂溶液，所述六亚甲基二异氰酸酯的异氰酸酯基、甲基丙烯酸羟乙酯与羟丁基乙烯基醚混合树脂的羟基和聚醚多元醇的羟基的摩尔比为1:0.60:0.5；
(2)将30份酚醛型环氧树脂、1份马来酸酐、0.01份2-乙基,4-甲基咪唑、40份改性乙烯基树脂溶液、10份1-羟基环己基苯基甲酮、10份十四烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、20份二氧化钛溶解于溶剂，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为65％的胶液，即为本发明实施例的低VOC排放的涂料。
将所述低VOC排放的涂料涂覆在木材表面后，在紫外光下照射5秒钟，然后将材料在120℃中烘烤1个小时，即可获得最佳性能的涂层。
对比例3
(1)将二苯甲烷二异氰酸酯溶解在苯乙烯中，油浴升温至70℃，边升温边滴加羟丁基乙烯基醚树脂，滴加完毕后继续搅拌4小时，配成质量分数为70％的溶液，即为改性乙烯基树脂溶液，所述二苯甲烷二异氰酸酯的异氰酸酯基和羟丁基乙烯基醚树脂的羟基为1:1.05；
(2)将35份酚醛型环氧树脂、4份马来酸酐、0.05份2-苯基,4-甲基咪唑、35份改性乙烯基树脂溶液8份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、13份十六烷基溴化吡啶改性蒙脱土、17份三氧化二铝溶解于二甲基甲酰胺中，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为67％的胶液，即为本发明对比例的涂料。
将所述涂料涂覆在铁表面后，在紫外光下照射15秒钟，然后将材料在110℃中烘烤1.5个小时，即可获得最佳性能的涂层。
实施例3
(1)将二苯甲烷二异氰酸酯溶解在苯乙烯中，油浴升温至70℃，边升温边滴加羟丁基乙烯基醚树脂，滴加完毕后继续搅拌3小时，加入聚醚多元醇，继续搅拌2小时，配成质量分数为70％的溶液，即为改性乙烯基树脂溶液，所述二苯甲烷二异氰酸酯的异氰酸酯基、羟丁基乙烯基醚树脂的羟基和聚醚多元醇的羟基的摩尔比为1:0.55:0.5；
(2)将35份酚醛型环氧树脂、4份马来酸酐、0.05份2-苯基,4-甲基咪唑、35份改性乙烯基树脂溶液8份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、13份十六烷基溴化吡啶改性蒙脱土、17份三氧化二铝溶解于二甲基甲酰胺中，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为67％的胶液，即为本发明实施例的低VOC排放的涂料。
将所述低VOC排放的涂料涂覆在铁表面后，在紫外光下照射15秒钟，然后将材料在110℃中烘烤1.5个小时，即可获得最佳性能的涂层。
分别以本发明各实施例和对比例制备的涂料，制备样品测试其性能，性能测试结果如表1所示。
性能测试包括改性乙烯基树脂储存性、粘接性测试、耐腐蚀性测试和VOC排放量测试，测试方法分别如下：
(1)改性乙烯基树脂储存性测试方法为室温下敞口放置；
(2)固化条件是指涂料通过烘烤获得最佳性能涂层的烘烤温度和时间
(3)粘接性测试方法为将涂料涂覆在透明塑料膜上，将薄膜压在铜箔上，经紫外线光照和烘烤固化完全后测试其撕裂强度；
(4)断裂伸长率测试方法为将材料制备成薄膜，固化完全后测试其断裂伸长率；
(5)耐腐蚀性测试方法为将涂料涂覆在铜箔表面，充分固化后将其浸泡在2mol/L的HCl和NaOH溶液中，分别浸泡1个月后，观察其外观；
(6)VOC排放量测试方法依据EPA 8260C(挥发性有机化合物的GC-MS检测方法)进行检测。
表1：本发明实施例和对比例制备的改性剂及低VOC排放的涂料性能测试结果
经过上述对比测试结果表明，制备羟基过量的改性乙烯基树脂有利于改性剂的储存同时对涂料的固化有促进作用；本发明制备的涂料粘接性能优异，具有良好的韧性和极佳耐腐蚀性，VOC排放量明显低于对比例。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种低VOC排放的涂料，其特征在于，由如下重量份数的组分溶解在溶剂中制备而成：改性乙烯基树脂溶液30-40份、光固化剂1-10份、改性蒙脱土10-15份、填料15-20份、环氧树脂30-40份、马来酸酐1-5份和促进剂0.01-0.1份；所述低VOC排放的涂料的固含量度为65-70％；
所述改性乙烯基树脂溶液由二异氰酸酯、羟基乙烯基树脂和多元醇溶解在苯乙烯中制备而成；所述二异氰酸酯的异氰酸酯基、羟基乙烯基树脂的羟基和多元醇的羟基的摩尔比为1：0.55-0.60:0.5-0.55；所述改性乙烯基树脂溶液的质量浓度为65-75％；
所述溶剂为苯乙烯、丁酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种或两种以上的组合物。
2.根据权利要求1所述的低VOC排放的涂料，其特征在于，所述改性蒙脱土为季铵盐改性蒙脱土，包括十二烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、十四烷基二甲基苄基溴化铵改性蒙脱土、十六烷基溴化吡啶改性蒙脱土或双溴化十四烷基二甲基乙基铵改性蒙脱土中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的低VOC排放的涂料，其特征在于，所述填料为二氧化钛、氢氧化铝和氧化铝中的一种或两种以上的组合物。
4.根据权利要求1所述的低VOC排放的涂料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或酚醛型环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的低VOC排放的涂料，其特征在于，所述羟基乙烯基树脂为甲基丙烯酸羟乙酯和/或羟丁基乙烯基醚；所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种或两种以上的组合物；所述多元醇为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。
6.根据权利要求1所述的低VOC排放的涂料，其特征在于，所述光固化剂为自由基光引发剂，包括2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或两种以上的组合物；所述促进剂为2-甲基咪唑、2-乙基,4-甲基咪唑、2-苯基咪唑和2-苯基,4-甲基咪唑中的一种或两种以上的组合物。
7.一种权利要求1至6任一项所述的低VOC排放的涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将二异氰酸酯溶解在苯乙烯中，油浴升温至60-80℃，边升温边滴加羟基乙烯基树脂，滴加完毕后继续搅拌3-4小时，加入多元醇，继续搅拌1-2小时，配成质量分数为65-75％的溶液，即为改性乙烯基树脂溶液，所述二异氰酸酯的异氰酸酯基、羟基乙烯基树脂的羟基和多元醇的羟基的摩尔比为1:0.55-0.60:0.5-0.55；
(2)将30-40份环氧树脂、1-5份马来酸酐、0.01-0.1份促进剂、30-40份改性乙烯基树脂溶液、1-10份光固化剂、10-15份改性蒙脱土、15-20份填料溶解于溶剂，在常温下搅拌混合均匀，配成质量分数为65-70％的胶液，即为本发明的低VOC排放的涂料。
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