一种紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料及其制备方法，其基体树脂是将环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂三种单体共聚合而成，并实现基体树脂在水中的自乳化，得到环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体，在水分散体中加入水性光引发剂、丙烯酸酯型交联剂等助剂，得到紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料。本发明合成工艺简单，涂料以水为分散介质，过程环保无毒，且贮存期长；涂料采用紫外光固化成膜，涂装工艺简易高效；该防腐涂料固化后的涂层具有良好的附着力、硬度和光泽，防腐蚀性能优异，可应用于木器面漆、环保型建筑防腐涂料、海洋环境下使用航空器和舰船的舱内防腐等领域。
【专利说明】一种紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料防腐【技术领域】，特别是涉及一种紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，市场上最常见的涂料品种主要有5种:溶剂性涂料、光固化涂料、粉末涂料、水性涂料、高固体分涂料。在市场占主要份额的依然是传统的溶剂型涂料。随着各国对环境的重视及环保法规对挥发性有机物(VOC)的严格限制，紫外光光固化涂料及水性涂料技术因其环保优势日益为人们所关注，水性聚氨酯等水性树脂具有广阔的应用前景，其极易调节的低粘度和极低的VOC使之适合于喷涂。但水性涂料常采用常温固化，固化时间一般较长，且固化不完全。紫外光固化水性涂料继承和发展了传统UV固化技术和水性涂料技术的许多优点，以水代替反应性稀释剂，消除了传统紫外光固化涂料带有VOC而导致的污染和刺激等问题，同时也为水性涂料提供了一种新的固化手段，减少水性涂料的固化时间，突出了环保和高效的特点。
[0003]然而，水性涂料普遍具有耐水性、耐化学腐蚀较溶剂型涂料差的缺点，使其在防腐蚀涂料领域应用困难。中国专利申请号CN201210206961.9公开了一种可紫外光固化的水性聚氨酯分散体及其制备方法，以低分子量多元醇、多异氰酸酯、带羟基的乙烯基单体和光引发剂为主要原料，加入多官能度的UV活性稀释剂，制得的可紫外光固化的水性聚氨酯分散体具有高双键含量，储存稳定。但其交联程度低，涂层的耐水性、耐腐蚀性不能得到保证。中国专利申请号CN201210216001.0公开了一种紫外光固化防腐涂料，采用水性聚氨酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯、水性聚苯胺、光引发剂、颜料及填料进行复配，得到一种紫外光固化防腐涂料，其耐腐蚀性能较市售的防腐涂料有一定程度的提升，但其需要另外加水性聚苯胺作为防腐添加剂，涂层主要成膜物质本身无法实现耐腐蚀性能。
[0004]通过对聚氨酯预聚体进行分子设计及改性，可以得到防腐蚀性能优异的水性聚氨酯。环氧树脂硬度高，具有良好的物理、化学性能，对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，对碱及大部分溶剂稳定，但其耐候性差，光照下易粉化，而丙烯酸树酯具有优异的耐光性，光泽度好，户外暴晒耐久性及较好的耐腐蚀性等优点，但其耐磨性、耐化学品差，且高温发粘、低温发脆。若能将环氧树脂、丙烯酸树酯、聚氨酯三元共聚，有效结合各自的优点，则制备的树脂涂层将可能具有力学性能优异，耐腐蚀性、耐候性好，且光泽度好的优点。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种相容性好、贮存期长、耐水性及耐腐蚀性优异的紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料及其制备方法。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0007]本发明提供一种环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂，其特点在于，所述环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂的结构通式可表达为:
[0008]
【权利要求】
1.一种环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂，其特征在于:所述环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂的结构通式为:
2.一种基于权利要求1所述环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体的制备方法，其特征在于按如下步骤进行: (1)将双酚A型环氧树脂、多元醇和二异氰酸酯混合，在60~90°C反应体系下进行2~5小时聚合,再向其中加入离子型亲水性单体以引入亲水基团,继续在60~90°C下反应2~5小时，得到含亲水结构的异氰酸酯基封端的环氧树脂-聚氨酯预聚体；所述二异氰酸酯与所述多元醇的摩尔比为0.7~3.5，所述双酚A型环氧树脂的质量为多元醇质量的10%~50%，所述离子型亲水单体的质量为多元醇用量的5%~30%。 (2)向所述预聚体中加入一端含羟基的丙烯酸酯，60~80°C封端反应I~3小时，得到丙烯酸酯封端的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂，然后加入中和剂及水，进行搅拌乳化，得到丙烯酸酯封端的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体；步骤(2)所述预聚体中异氰酸根的摩尔量与所述一端含羟基的丙烯酸酯中羟基的摩尔量之比为0.1~2.0 ; 所述中和剂的摩尔量为所述离子型亲水单体摩尔量的50~100% ;所述水的质量为步骤(1)与步骤(2)中所有其他原料质量总和的0.4~2.3倍。
3.根据权利要求2所述的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体的制备方法，其特征在于:步骤(1)所述双酚A型环氧树脂聚合度为2~5。
4.根据权利要求2所述的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体的制备方法，其特征在于:步骤(1)所述多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚乙二醇与聚丙二醇中的一种或多种复配，所述多元醇分子量为1000~3000。
5.根据权利要求2所述的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体的制备方法，其特征在于:步骤(1)所述二异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯与二环已基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种复配。
6.根据权利要求2所述的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体的制备方法，其特征在于:步骤(1)所述离子型亲水性单体选自2，2-二羟甲基丙酸、2，2-二羟甲基丁酸、.1，2- 二羟基-3- 丙磺酸钠或N，N- 二羟乙基单马来酰胺酸； 步骤(2)所述中和剂选自三乙胺、三乙醇胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠、N，N-二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化锂或氨水。
7.根据权利要求2所述的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体的制备方法，其特征在于:步骤(2)所述一端含羟基的丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯与丙烯酸羟丙酯中的一种或多种复配。
8.一种含有权利要求2所述的环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体的紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料，其特征在于:所用原料按质量份的配比为:
9.根据权利要求8所述的紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料，其特征在于: 所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯甲酮、二苯甲酮、.2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮及安息香双甲醚中的一种或多种复配；所述丙烯酸酯型交联剂为三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、三羟甲基三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、甲基丙烯酸三氟乙酯及甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种复配； 所述流平剂为水性流平剂BYK-333、BYK-310、BYK306或BYK300 ； 所述消泡剂为水性有机硅消泡剂； 所述纳米填料为纳米氧化锌。
10.一种权利要求8所述的紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂基防腐涂料的制备方法，其特征在于:将环氧-聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂水分散体100份、光引发剂2~8份、丙烯酸酯型交联剂5~80份、流平剂0.5~10份、消泡剂0.8~10份及纳米填料0.1~5份混合后在500~2000rpm的转速下搅拌I~5小时，即得紫外光固化水性环氧-聚氨酯-丙烯酸 酯共聚树脂基防腐涂料。
【文档编号】C09D175/16GK104031231SQ201410275754
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】丁运生, 丁瑜秋, 方华高, 杨善中 申请人:合肥工业大学