一种水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及化工领域，提供了一种水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料及其制备方法。本发明专利技术将水性纳米复合聚酯树脂与氨基树脂交联固化即得水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料。本发明专利技术的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料稳定、透明性好、硬度高，制备的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层光泽高、硬度大、耐磨性好，具有极佳的施工性能。本发明专利技术制备的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料涂层光泽大于９０％（６０ｏ），与未添加纳米粒子的水性聚酯氨基树脂涂层材料相比，硬度提高３０－１５０％，达到Ｈ－４Ｈ，耐磨性可以提高２０－７０％，具有明显的紫外屏蔽效果。本发明专利技术的涂层材料可用于木器涂层材料、金属涂层材料、塑料涂层材料等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域，是关于。
技术介绍
无论是金属涂层材、塑料涂层材料、木器涂层材料，目前主要使用的大多为溶剂型涂层材料，有机挥发物(VOC)高，有的涂层材料有机溶剂含量高达70％以上，严重污染环境和危害人们的身体健康。为此，发达国家已立法限制其VOC的排放量，我国也逐步颁布了装修材料有害物质限量标准，对传统的溶剂型涂料中的VOC作了限制。这些法规的出台大大有利于水性涂层材料的研究开发，但迄今为止，无论是国内还是国外，开发的水性涂层材料由于干燥速度慢，硬度、耐磨性、耐刮伤性、耐药品性等较传统的溶剂型涂层材料相差甚远，而未能推广开来。已有的研究表明，纳米聚合物复合涂层材料在提升涂料的传统性能(如耐老化性、耐刮伤性、耐磨性、耐UV性)方面是有积极意义的，但将纳米粒子直接共混或原位聚合添加到树脂中，纳米粒子容易发生团聚与析出，树脂粘度增大，无法制备稳定的纳米复合树脂涂层材料，更无法制备水性纳米复合树脂涂层材料。若在树脂中加入经过表面改性的纳米粒子，由于有外加助剂存在，树脂涂层材料性能降低。采用纳米粒子原位聚合制备水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料目前尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高硬度、低VOC、高性能、环保、安全的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料。本专利技术的另一个目的提供上述涂层材料的制备方法。本专利技术提供了一种水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料将水性纳米复合聚酯树脂与水性氨基树脂在100-280℃加热交联固化组成水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料，其中聚酯树脂与氨基树脂的质量比＝90/10～40/60。上述涂层材料中所用的水性纳米复合聚酯树脂的固含量为20-55wt％，其中纳米复合聚酯树脂分子量为1000-50000、酸值20-70mgKOH/g、羟值60-250mgKOH/g，纳米粒子含量占纳米复合聚酯树脂总重量的1～15wt％。该水性纳米复合聚酯树脂是先采用纳米粒子与多元醇共混声化学合成反应，在纳米粒子表面接枝多元醇，再与多元醇、羧酸共混熔融原位聚合得到纳米复合聚酯树脂，再用碱中和后加水得到。该方法具体包括以下步骤(1)将表面带羟基或/和烷氧基的纳米粒子与多元醇共混，采用声化学合成方法，控制超声频率100-2000kHz，反应温度0-150℃，超声时间10-60分钟，在纳米粒子表面接枝多元醇，多元醇用量为多元醇摩尔总量的20-100％；纳米粒子用量为多元醇混合物总量的2-60wt％；(2)将(1)所得产物与剩余多元醇、二羟基羧酸、羧酸共混，升温至100-240℃，反应2-12小时，熔融聚合合成纳米复合聚酯树脂，其中酸与醇(包括二羟基羧酸)的摩尔比为COOH∶OH＝1∶2～1∶1.1；二羟基羧酸用量为多元醇和二羟基羧酸混合物摩尔总量的1-40％；(3)将含羧基的纳米复合聚酯树脂用碱中和，碱的用量是使纳米复合聚酯树脂中酸的中和度(中和度为碱与树脂中酸的量的百分比)达到70-120％。，并加水制得水性纳米复合聚酯树脂，固含量为20-55wt％。具体地说，纳米复合聚酯树脂由纳米粒子、多元醇、二羟基羧酸、羧酸组成，并且同时满足以下条件，A.至少含有一种纳米粒径的纳米粒子；B.至少含有一种分子量60-1000的二元醇、三元醇作为多元醇组分，C.含有一种二羟基羧酸；D.至少含有一种羧酸。上述制备方法中，是采用粒径为10-200nm、表面带羟基或/和烷氧基、粒径为10-200nm的无机纳米氧化物中的1-3种。如纳米二氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化铁、纳米氧化锆、纳米氧化锌。纳米粒子含量占纳米复合聚酯树脂总重量的1～15wt％。上述制备方法中，酸与醇(包括二羟基羧酸)的摩尔比为COOH∶OH＝1∶2～1∶1.1。上述制备方法中，多元醇是分子量为60-1000的二元醇或三元醇，采用其中的1-5种。所用二元醇如乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、1，6-己二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、一缩二乙二醇、2-乙基-2-丙基-1，3-丙二醇、1，4-环己二醇、环己烷二甲醇、聚乙二醇、聚醚二元醇，所用三元醇如丙三醇、三羟甲基丙烷、聚醚三元醇等。上述制备方法中，二羟基羧酸为二羟基烷酸、二羟基芳香酸中的一种，用量为多元醇和二羟基羧酸混合物摩尔总量的1-40％。所用二羟基羧酸如二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、9，10-二羟基十八酸、2，4-二羟基苯甲酸等。上述制备方法中，(1)采用的多元醇为分子量60-1000的二元醇或/和三元醇，用量为多元醇摩尔总量的20-100％；纳米粒子用量为多元醇总量的2-60wt％。上述水性纳米复合聚酯树脂的制备方法中，羧酸为脂肪族二元羧酸、脂环族二元羧酸、芳族二元羧酸、酸酐、己内酯中的1-5种。如丁二酸、己二酸、壬二酸、庚二酸、辛二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十八碳二元酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸酐、对苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、1，4-环己烷二甲酸、ε-己内酯等。上述水性纳米复合聚酯树脂的制备方法中，熔融聚合反应中优选使用催化剂，催化剂为锑系、锗系、钛系、锡系中的任何一种，如醋酸锑、乙二醇锑、醋酸锗、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、四异丙基钛酸酯、乙二醇钛等，用量为醇和酸总量的0.01％-0.5wt％。上述水性纳米复合聚酯树脂的制备方法中，熔融聚合反应温度为100-240℃，反应时间2-12小时。上述水性纳米复合聚酯树脂的制备方法中，碱为金属氢氧化物、氨、伯胺、仲胺、叔胺中的一种。如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氨，伯胺如异丙基胺、丁胺、乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、仲胺如吗啉、二乙胺、N-甲基乙醇胺、二乙醇胺，叔胺如三甲胺、N，N-二甲基乙醇胺、三乙胺、三乙丙基胺、N，N-二乙基乙醇胺、N-乙基吗啉。上述水性纳米复合聚酯树脂的制备方法中，碱的用量是使纳米复合聚酯树脂中酸的中和度达到70-120％。本专利技术的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料中，所用的水性氨基树脂为甲醚化三聚氰胺树脂。本专利技术还提供了上述涂层材料的制备方法。即水性纳米复合聚酯树脂与水性氨基树脂在100-280℃加热交联固化，即得到水性纳米复合聚酯树脂涂层材料，其中聚酯树脂与氨基树脂的质量比＝90/10～40/60。本专利技术的涂层材料制备方法中，所用的水性纳米复合聚酯树脂的固含量为20-55wt％，其中纳米复合聚酯树脂分子量为1000-50000、酸值20-70mgKOH/g、羟值60-250mgKOH/g，纳米粒子含量占纳米复合聚酯树脂总重量的1～15wt％。本专利技术的涂层材料制备方法中，水性氨基树脂为甲醚化三聚氰胺树脂。本专利技术的涂层材料制备方法中，水性纳米复合聚酯树脂与水性氨基树脂优选在100-280℃加热10-120分钟交联固化。本专利技术的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料稳定、透明性好、硬度高，制备的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层光泽高、硬度大、耐磨性好，具有极佳的施工性能。本专利技术制备的水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料涂层光泽大于90％(60o)，与未添加纳米粒子的水性纳米复合聚酯树脂涂层材料相比，硬度提高30-150％，达到H-4H，耐磨性可以提高20-70％，具有明显的紫外屏蔽效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性纳米复合聚酯氨基树脂涂层材料，其特征在于，该涂层材料是将质量比为９０／１０～４０／６０的水性纳米复合聚酯树脂与水性氨基树脂在１００－２８０℃加热１０－１２０分钟交联固化而得。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游波，武利民，廖慧敏，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]