专利名称：一种溶剂型树脂用铝颜料在水性涂料中的使用方法
技术领域：
本发明涉及化学工业领域中的涂料行业，具体地说，涉及一种溶剂型树脂用铝颜
料在水性涂料中的使用方法，更具体地说，涉及一种简易的铝颜料的表面处理技术以及处 理后铝颜料在水性涂料中的应用方法。
背景技术：
银色，无论是呈液态金属感的，还是呈闪亮外观的，是随处都可以看见的具有各种 各样丰富色彩效果的色调。为了能够产生这类银色效果，通常是使用铝颜料。铝颜料所以 成为一种有效的颜料，其特征在于它拥有独特的金属光泽以及很强的覆盖能力。鉴于这种 有效颜料所特有的层次结构，它能在涂料介质中平行于基材取向，并由此而产生许多独立 的微小镜面，从而形成突出的金属效果。 进入21世纪后，随着全世界环保意识的不断增长，国内外环保法规不断完善并日
趋严格，对涂料中有机挥发物(V0C)含量的限制日益苛刻，对水性产品的需求已成为必然
趋势。与此同时，随着对金属感效果的追求越来越流行，铝颜料的使用越来越普遍，但却遇
到在水性体系里使用未经保护的铝片颜料因会与水反应而如下式所示那样产生大量的氢
气，使其受到限制的问题。 2A1+6H20 — 2A1 (OH) 3+3H2个 为使铝颜料成功应用于水性涂料，首先要克服的就是铝颜料在水中的发气问题。
目前市售的水性涂料用铝颜料大多采用以下两种稳定技术(l)添加剂技术，通 过物理方法将助剂粘结到颜料表面，例如Eckart公司出品的St即a Hydrolac以及St即a Hydroxal。
(2)包覆技术，通过化学处理将稳定剂(铬氧化物，硅或有机涂层)包覆在每个颜
料颗粒的表面，例如Eckart公司出品的St即a Hydrolux以及St即a Hydrolan。 但是方法(1)所处理的水性涂料用铝颜料，需对不同的水性树脂体系进行相容性
试验，且往往会对涂料的一些性能产生负面影响，例如闪干时间、层间附着力和耐潮气性。
方法(2)所处理的水性涂料用铝颜料，可以提高与水性体系的相容性，且不会对涂料性能
产生负面影响，是现今主推的产品，但是其致命的弱点就是价格过于昂贵，较难为市场所接受。
发明内容
本发明旨在解决目前市场上水性涂料用铝颜料价格过于昂贵，造成的水性铝粉涂 料成本较高的问题，提供一种溶剂型树脂用铝颜料在水性涂料中的使用方法，该方法操作 工艺简单稳定，所得产品贮存稳定性好，且通过该方法制得的水性铝粉涂料不会对涂膜性 能产生任何负面影响。 本发明是这样实现的，即所述的溶剂型树脂用铝颜料在水性涂料中的使用方法的 特征在于，该方法包括以下两个步骤
(1)使用一种含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂，制成铝颜料分散 浆； (2)将得到的铝颜料分散浆添加到水性涂料基料中，得到水性铝粉涂料。 按照本发明，配制所述的铝颜料分散浆用的原料组分包括 其中，所述的含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷磷酸酯树脂是一种含有5 12wt^磷酸酯基团和3 6wt^羟基基团的、数均分子量控制在1500 3000、 Mw/Mn为 1. 3 2. 0的环氧磷酸酯树脂。该树脂是使本发明成功的关键组分，因为它发挥着阻止铝 颜料"发气"的主要功能，由于它含有较多的磷酸酯基团和羟基基团，因此对铝颜料有非常 好的亲和力，能部分通过化学方法吸附于颜料表面，而非简单的物理粘结。该树脂的数均分 子量控制在1500 3000，如此的低分子量能加强树脂与水性体系的相容性，控制Mw/Mn在 1. 3 2. O，这种较窄的分子量分布能够将功能性基团均匀分布在每一条大分子链上，提高 了对铝颜料的吸附性，从而综合改善溶剂型树脂用铝颜料在水性体系中的耐发气稳定性以 及不影响与水性体系的相容性。 所述的助溶剂是选自乙二醇丁醚、丙二醇丙醚或丙二醇丁醚中的一种或者数种； 所述的中和剂是选自二甲基乙醇胺、三乙醇胺、或三乙胺中的一种或者数种；所述的润湿 分散剂为德固赛的TEGODispers 655，它是一种阴离子型的含有颜料亲和基团的特殊改性 聚醚，活性物含量为100% ，除了能够提高铝颜料排布的稳定性以外，更能钝化铝颜料表面， 防止水和铝颜料表面发生反应，进一步降低了溶剂型树脂用铝颜料在水性体系中的发气倾 向；所述的溶剂型树脂用铝颜料为非浮型颜料，选自不同粒径分布、不同颗粒形状(玉米 花型或银元型)、不同形状因子(厚/径比在l : 50 1 : 500)的铝颜料中的一种或者数 种。 按照本发明方法，铝颜料分散浆的具体制备步骤如下按配比将含有磷酸酯基团 和羟基基团的环氧磷酸酯树脂、助溶剂、润湿分散剂放入容器中，搅拌至透明后，添加中和 剂调节pH值至7. 5 8. 0，开始将指定量的溶剂型树脂用铝颜料在低速搅拌的条件下缓慢 加入，直至得到无颗粒的均匀分散浆状物，停止搅拌，待用。按照本发明，配制所述水性铝粉涂料用原料组分包括
组分名称用量(质量％)水性树脂60 80去离子水5 20中和剂0. 1 0. 5消泡剂0. 1 0. 5基材润湿剂0. 3 1. 0流变助剂0. 5 1. 0
组分名称用量
含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂
助溶剂
润湿分散剂
中和剂
溶剂型树脂用铝颜料
(质量％ )
铝颜料分散浆 10 20 其中，所述的水性树脂为能在弱碱性条件下稳定的水性树脂，是选自纯丙乳液、苯丙乳液、聚氨酯分散体、含羟基的水溶性丙烯酸树脂(配合固化剂使用)的一种或者数种；这里强调水性树脂要能在弱碱性条件下稳定，是因为有铝颜料存在的水性体系的最佳pH值应该是在7. 7 8. 3，如果体系偏碱性，铝颜料会发气；体系偏酸性，则铝颜料除了会发气，还会发灰，因此要求水性基料树脂体系在弱碱性条件下能够十分稳定。
所述的中和剂选自二甲基乙醇胺、三乙醇胺或三乙胺中的一种或者数种；这里提到的中和剂全部是叔胺，而不选用氨水或者伯、仲胺，是因为氨水与伯、仲胺较为活泼，会与铝颜料发生反应，因此要避免使用。 所述的消泡剂选自非硅类聚合物消泡剂中的一种或者数种；所述的基材润湿剂选自非硅类基材润湿剂或含短硅氧烷链节的基材润湿剂中的一种或者数种；这里提到的消泡剂和基材润湿剂要求不含硅或者是只含短的硅氧烷链节，是因为有机硅的存在会在很大程度上影响到铝颜料的排布定向。 所述的流变助剂为一种能使体系增加假塑性流动的水性流变助剂，选自碱溶胀性丙烯酸酯类增稠剂或脲改性的聚氨酯型水性体系用流变助剂中的一种或者数种。选择增加体系假塑性流动的水性流变助剂，是因为基料体系中的流变性和粘弹性对于铝颜料的定向排列有十分重要的作用，聚合物的粘弹性中，弹性分量大于粘性分量，其流变性能呈纯假塑性流动(剪切后粘度恢复无滞后现象)的基料将使铝颜料有较好的定向排列。
按照本发明，制备水性铝粉涂料的具体步骤如下将定量的水性树脂、去离子水加入到容器中，开动搅拌，用中和剂调节pH值至7. 7 8. 3，依次加入定量的消泡剂、基材润湿剂，高速搅拌15 30分钟后，加入定量的流变助剂，继续高速搅拌10 20分钟后，改用低速搅拌，将上述所制得的铝颜料分散浆加入到基料中，分散10 15分钟后，再用中和剂调节体系的PH值在7. 7 8. 3之间后，停止搅拌，过滤、出料。 使用本发明方法所制得的水性铝粉涂料和用水性涂料用铝粉HUDR0LAN 2154所制得的水性铝粉涂料以及直接用溶剂型涂料用铝颜料METALLUX 21564制得的水性铝粉涂料，共同在4(TC的恒温烘箱中贮存1个月后，比较它们的发气情况，见图1。从中可以看到采用本发明方法将溶剂型树脂用铝颜料用于水性涂料中，大大降低了其发气倾向，与用水性涂料用铝粉所制得的水性铝粉涂料基本无差异，但涂料的制造成本可以大大降低。
图1是使用本发明方法所制得的水性铝粉涂料和用水性涂料用铝粉HUDR0LAN2154所制得的水性铝粉涂料以及直接用溶剂型涂料用铝颜料METALLUX 21564制得的水性铝粉涂料，共同在4(TC的恒温烘箱中贮存1个月后，发气情况的比较。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明决不局限于这些实施例。 实施例1 铝颜料分散浆配方 组分名称 用量(质量％)CN 101760071 A
说明书
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X司出品的润湿分散剂)
含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂丙二醇丁醚
TEGO Dispers 655(德固赛公二甲基乙醇胺Eckart Metallux 2154(爱卡公司出品的溶剂型涂料用铝颜料)
8
46. 4
50. 6
40
按上述用量将含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂、丙二醇丁醚、TEGODispers 655放入容器中，搅拌至透明后，添加上述量的二甲基乙醇胺，此时pH值为7. 5，开始将上述量的Metallux 2154在低速搅拌的条件下缓慢加入，直至得到无颗粒的均匀分散浆状物，停止搅拌，待用。
水性铝粉涂料配方
组分名称
Rohm & Haas WL-91 (罗门哈撕公司出品的苯丙乳液)去离子水二甲基乙醇胺
Tego Deformer 830 (德固赛公司出品的消泡剂)
l力V
Tego Wet 500 (德固赛公司出品的基材润湿剂)BYK425(毕克化学公司出品的流变助剂)铝颜料分散浆
用量70
13. 50. 20. 20. 50. 615
(质量％ )
将上述量的WL-91 、去离子水加入到容器中，开动搅拌，加入上述量的二甲基乙醇
胺，此时pH值为8.0，依次加入上述量的Tego Deformer830、Tego Wet 500，高速搅拌15 30分钟后，加入上述量的BYK425，继续高速搅拌10 20分钟后，改用低速搅拌，将上述所制得的铝颜料分散浆加入到基料中，分散10 15分钟后，测体系的pH值在7. 7 8. 3之间，停止搅拌，过滤、出料。
实施例2
铝颜料分散浆配方
组分名称 用量(质量％)含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂乙二醇丁醚
TEGO Dispers 655 (德固赛公司出品的润湿分散剂)二甲基乙醇胺
Eckart Metallux 2154(爱卡公司出,用铝颜料)水性铝粉涂料配方
t的溶剂型涂料
用量10
38. 75. 50. 8
45
Nuplex Setalux6802 (纽佩斯公司出!Nuplex Setalux6801 (纽佩斯公司出!去离子水二甲基乙醇胺
用量(质量t的聚丙烯酸酯水分散体)42t的聚丙烯酸酯水分散体)25
18. 20. 3[OO75] BYK011 (毕克化学公司出品的消泡剂) 0. 5 BYK347 (毕克化学公司出品的基材润湿剂) 0. 5 BYK425 (毕克化学公司出品的流变助剂) 0. 5 铝颜料分散浆 13 铝颜料分散浆和水性铝粉涂料的制备工艺同实施案例1。 实施例3 铝颜料分散浆配方 组分名称 用量(质量％) 含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂 8 丙二醇丁醚 48. 9 TEGO Dispers 655 4. 5 二甲基乙醇胺 0.6 Eckart Metallux 2154 38 水性铝粉涂料配方(双组份聚氨酯) 组分名称 用量(质量％) Bayhydrol A145 (拜耳公司出品的羟基丙烯酸水分散体)65 去离子水 14.6 二甲基乙醇胺 0.3 BYKO11 (毕克化学公司出品的消泡剂) 1.0 BYK345 (毕克化学公司出品的基材润湿剂) 0. 3 BYK425 (毕克化学公司出品的流变助剂) 0. 8 铝颜料分散浆 18 固化剂Bayer Bayhydur 2547 (拜耳公司出品的 水可分散聚异氰酸酯) 12 铝颜料分散浆和水性铝粉涂料的制备工艺同实施案例1，固化剂在使用前加入。
权利要求
一种溶剂型树脂用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征是，所述方法包括以下两个步骤(1)使用一种含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂，制成铝颜料分散浆；(2)将得到的铝颜料分散浆添加到水性涂料基料中，得到水性铝粉涂料。
2. 根据权利要求1所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征是，配制所述铝颜料分散浆用原料组分包括组分名称用量，质量％含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂5 10助溶剂40 -- 55润湿分散剂3 6中和剂0. 4 0. 8溶剂型树脂用铝颜料30 -一 45。
3.根据权利要求1所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征是，配制所述水性铝粉涂料用原料组分包括组分名称用量t，质〗匱％水性树脂60 -- 80去离子水5 20中和剂0. 1 0.5消泡剂0. 1 0.5基材润湿剂0. 3 1.0流变助剂0. 5 1.0铝颜料分散浆10 20。
4. 根据权利要求1或2所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂是一种含有5 12wt^磷酸酯基 团和3 6wt^羟基基团的、数均分子量控制在1500 3000、 Mw/Mn为1. 3 2. 0的环氧 磷酸酯树脂。
5. 根据权利要求1或2所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的溶剂型树脂用铝颜料为非浮型颜料，选自不同粒径分布、不同颗粒形状，包括玉米花型或银元型、不同形状因子，即，厚/径比在i : 50 i : 500的铝颜料中的一种或者数种。
6. 根据权利要求1或2所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的润湿分散剂为德固赛公司出品的的TEGODispers 655。
7. 根据权利要求1或2所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的助溶剂选自乙二醇丁醚、丙二醇丙醚或丙二醇丁醚中的一种或者数种。
8. 根据权利要求1、2或3所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特 征是，所述的中和剂选自二甲基乙醇胺、三乙醇胺或三乙胺中的一种或者数种。
9. 根据权利要求1或3所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的水性树脂为能在弱碱性条件下稳定的水性树脂，选自纯丙乳液、苯丙乳液、聚氨 酯分散体或含羟基的水溶性丙烯酸树脂中的一种或者数种。
10. 根据权利要求1或3所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的消泡剂选自非硅类聚合物消泡剂中的一种或者数种。
11. 根据权利要求1或3所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的基材润湿剂选自非硅类基材润湿剂或含短硅氧烷链节的基材润湿剂中的一种或 者数种。
12. 根据权利要求1或3所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征 是，所述的流变助剂为一种能使体系增加假塑性流动的水性流变助剂，选自碱溶胀性丙烯 酸酯类增稠剂或脲改性的聚氨酯型水性体系用流变助剂中的一种或者数种。
13. 根据权利要求1所述的溶剂型涂料用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征是， 所述的铝颜料分散浆的制备以及将铝颜料分散浆添加到水性涂料基料中的方法包括下列 过程(l)按配比将含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂、助溶剂、润湿分散剂放 入容器中，搅拌至透明后，添加中和剂调节pH值至7. 5 8. O，开始将指定量的溶剂型树脂 用铝颜料在低速搅拌的条件下缓慢加入，直至得到无颗粒的均匀分散浆状物，停止搅拌，待 用；(2)将定量的水性树脂、去离子水加入到容器中，开动搅拌，用中和剂调节pH值至 7. 7 8. 3，依次加入定量的消泡剂、基材润湿剂，高速搅拌15 30分钟后，加入定量的流 变助剂，继续高速搅拌10 20分钟后，改用低速搅拌，将上述(1)所制得的铝颜料分散浆 加入到基料中，分散10 15分钟后，再用中和剂调节体系的pH值在7. 7 8. 3之间后，停 止搅拌，过滤、出料。
全文摘要
一种溶剂型树脂用铝颜料在水性涂料中的使用方法，其特征是，所述方法包括以下两个步骤(1)使用一种含有磷酸酯基团和羟基基团的环氧磷酸酯树脂，制成铝颜料分散浆；(2)将得到的铝颜料分散浆添加到水性涂料基料中，得到水性铝粉涂料。该方法操作工艺简单稳定，所得产品贮存稳定性好，且通过该方法制得的水性铝粉涂料不会对涂膜性能产生任何负面影响，解决了市场上水性涂料用铝颜料价格过高的问题。
文档编号C09D175/04GK101760071SQ20081020759
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者匡文君, 章奕 申请人:上海涂料有限公司技术中心