一种水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法及应用 (Preparation method and application of water-soluble glycidyl versatate resin ) 是由 张齐恒 张会励 王飞 王祥军 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法及应用,使用二元有机酸、三元有机酸、叔碳酸缩水甘油酯、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、2-咪唑烷酮或N-羟乙基-2-咪唑烷酮、丙二醇甲醚或二丙二醇二甲醚、乙醇或异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚、去离子水,反应生成分子量在1000～2000的留有活性羧基基团、活性缩水甘油醚基团的水溶型聚合物,即水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂。该水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂对颜料有润湿效果,对木质中的单宁酸有抑制作用,在双组分硅氧烷木器清漆中有提高施工固体成分,参加交联反应功能。(The application discloses a preparation method and application of water-soluble glycidyl versatate resin, which comprises the steps of using binary organic acid, ternary organic acid, glycidyl versatate, gamma- (2, 3-epoxypropoxy) propyl trimethoxy silane, 2-imidazolidinone or N-hydroxyethyl-2-imidazolidinone, propylene glycol methyl ether or dipropylene glycol dimethyl ether, ethanol or isopropanol, butanol, propylene glycol methyl ether and deionized water to react to generate a water-soluble polymer which has a molecular weight of 1000-2000 and is provided with an active carboxyl group and an active glycidyl ether group, namely the water-soluble glycidyl versatate resin. The water-soluble tert-carbonic acid glycidyl ester resin has a wetting effect on pigments, has an inhibiting effect on tannic acid in wood, and has a function of improving construction solid components and participating in a crosslinking reaction in the double-component siloxane wood varnish.)
技术领域
本发明属于功能化的水性树脂
技术领域
，特别涉及水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法及应用。背景技术
涂料水性化是解决温室效应减少PM2.5的重要手段，2019年全年木器漆用量为的170万吨左右，其中水性木器比例不到10％，90％的溶剂型木器漆平均每吨有机挥发物(VOC)占50～60％，当年向大气中排放80万吨的有机挥发物。如此严重的污染引起国家的高度重视，从法规逐步限制VOC排放量，从政策上鼓励支持推进涂料水性化进程。国内各大涂料厂大力开展木器漆的水性化工作。传统的油性木器漆，以其高丰满度、高硬度、快干、成本低的特点获得了市场的长期认可，水性化的木器漆必须要达到溶剂型产品的外观效果，才能被市场认可，实现真正意义上的替代，得到广大消费者的青睐。
目前已经进入商业化的水性木器清漆包括聚氨酯固化剂与羟基聚合物组成的水性双组分聚氨酯清漆，丙烯酸乳液、异氰酸酯分散体组成的单组分清漆。综合性能看水性双组分聚氨酯更能被市场接受，无论从外观效果、硬度都不比溶剂型的逊色，不足之处在于施工固体分低、养护时间长、含有受限有机物及游离异氰酸。而丙烯酸乳液、异氰酸酯分散体，总体看不能成为真正意义上的高档木器清漆的替代品，无论从硬度、光泽、耐介质性能上都还有一段距离。本发明的产品是加入到一种双次固化硅氧烷水性木器清漆中，在体系中起到增加固化性、提高施工固体份，润湿木材表面，阻隔单宁酸引起的涨筋现象。该木器清漆(见另一份申请的发明专利)是一种双组分水性木器清漆，产品有机挥发量低，高固体份施工，清漆膜光泽高、硬度高、显象性好、清透；有害物为零，不含异氰酸酯成分，无甲醛、无金属催化剂，无游离异氰酸根；产品干燥快、养护期短、48小时后即可使用。是木器清漆、家装材料的水性化产品。
木材表面的保护与装饰主要采用涂膜的形式实现，木材用途广泛,质地多样使得涂料的需求量大、性能要求高。木质方面包括软木、硬木；实木、复合实木、密度板、胶合板、刨花板、贴皮板，这些木质材料的强度、纹理、油脂，吸水量不同，往往造成涨筋、失光、泛白、返油、塌陷、开裂等涂膜缺欠。由于水对木材的浸湿性极强，在采用水性木器涂料的过程中将这些涂膜缺欠进一步放大，增加了木材涂料水性化的技术难度。涂料水性化通常是通过涂料状态改变，涂料极性改变实现的。状态包括水溶型、乳液型、悬浮型或这三种类型的混合体；极性包括阴离子、阳离子、非离子。这些水性化手段对木材而言都或多或少受到限制，如涨筋、返油、塌陷的缺欠出现的频率更高。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要是提出一种水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法及应用，解决现有技术中存在的隐性环保缺欠、不能形成高清晰度、易玷污，硬度低，施工固体份低等技术问题。
技术方案：
一种水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法，包括如下步骤：
第一步：苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸,中的一种或两种酸，加入丙二醇甲醚或二丙二醇二甲醚，在20～80℃温度范围加入叔碳酸缩水甘油酯与γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；
第二步：升温至120～200℃，反应1～4小时；
第三步：降温至60～90℃加入2-咪唑烷酮或N-羟乙基-2-咪唑烷酮，在60～90℃反应1～3小时；
第四步：加入乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚或去离子水，材料过滤后得水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂。
作为本发明的一种优选技术方案：所述苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸中的一种或两种酸的合计克分子数为1的情况下，叔碳酸缩水甘油酯与γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的加入比例在1～3克分子比例之间，丙二醇甲醚或二丙二醇二甲醚加入量为苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸中的一种或两种酸重量的10-15％。
作为本发明的一种优选技术方案：所述苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸中的一种或两种酸的合计克分子数为1的情况下，2-咪唑烷酮或N-羟乙基-2-咪唑烷酮加入量在0.2～1.5克分子之间。
作为本发明的一种优选技术方案：所述乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚或去离子水的加入量是物料重量的百分之五至百分之十五。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中的反应条件具体为氮气保护条件下120℃保持搅拌10分钟到15分钟，升温至165℃～185℃温度范围内搅拌反应1小时到2小时。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步中的反应条件具体为降温至60～90℃，用0.5～1.5小时滴加入2-咪唑烷酮或N-羟乙基-2-咪唑烷酮，然后再60～90℃范围内搅拌反应1～3小时。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第四步中的反应条件具体为先降温至50～60℃，加入乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚或去离子水。
本发明还公开了上述制备方法制备得到的水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在木器擦色剂、金属表面涂料、抗涂鸦墙面漆、木器清漆中的应用。
作为本发明的一种优选技术方案：所述水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在木器擦色剂中的应用为：
按质量份数配比将水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂80份加入带有搅拌器的容器中，加入物料中加入丙二醇甲醚1.6-3.8份，搅拌速度逐步由慢转快，速度以溅起飞沫为宜，再加入消泡剂024 0.2份，搅拌5分钟，再加入醇溶染料8-15份，搅拌均匀，最后加入乙醇3.2-8份，搅拌均匀，经400目滤网过滤包装；
所述水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在金属表面涂料中的应用为：按质量份数配比在水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂50份中加入二甲基乙醇胺4.3份、消泡剂0.2份、丙二醇甲醚3.2份、乙醇6.6份加入带搅拌的容器中混合，均匀后加入去离子水25.7份继续混合至透明，包装待用，使用时加入异氰酸酯固化剂10份，两者混合后搅拌30分钟后得金属表面涂料，将金属表面清理干净，涂敷金属表面涂料，湿膜厚度在50～70微米，放置12小时后干燥即可；
所述水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在抗涂鸦墙面漆中的应用为：按质量份数配比在水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂50份中加入二甲基二乙氧基硅烷30份、丙二醇甲醚4份，滴加去离子水16份，控制温度在50℃以下搅拌12小时，过滤包装后接喷涂、辊涂、刷涂到建筑墙面上即可；
所述水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在木器清漆中的应用为：按质量份数配比在水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂20-30份中加入改性硅溶胶10-20份、缩水甘油醚5-10份、丙二醇甲醚3-5份混合均匀即可。
作为本发明的一种优选技术方案：所述醇溶染料为醇溶染料-红色精10份或醇溶染料-黄色精15份或醇溶染料-黑色精8份或醇溶染料-蓝色精10份。
有益效果：本申请所述水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本专利技术是加入到一种双层固化硅氧烷体系的双组分水性木器清漆的中，在体系中起到增加固化性、提高施工固体份，润湿木材表面，阻隔单宁酸引起的涨筋现象。这种清漆是由擦色、封底、罩光三层涂膜结构组成，也可以根据实际使用情况单独使用其中的任意一种或任意一种搭配使用。涂膜清晰度高透光率可以提高2％，增强了木质纹理的立体感；涂膜硬度高，可以在硬木上达到3H的铅笔硬度；涂膜表面张力低，有自清洁功能。
2、涂膜克服了目前普遍采用的水性双组分聚氨酯木器清漆含有游离异氰酸根、含有金属催化剂、酮类溶剂的隐性环保缺欠。涂膜克服了目前普遍采用单组分聚氨酯(PUD)不能形成高清晰度的缺欠。涂膜克服了水溶型丙烯酸树脂或丙烯酸乳液制成的木器清漆，易玷污，硬度低，施工固体份低的缺欠。
3、本专利技术产品可以作为擦色剂的展色载体树脂使用，适合木材及金属、玻璃、石材、指甲、部分塑料表面的装饰要求。
具体实施方式
一种水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂的制备方法，包括如下步骤：
第一步：苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸中的一种或两种酸，加入丙二醇甲醚或二丙二醇二甲醚，在20～80℃温度范围加入叔碳酸缩水甘油酯与γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；
第二步：升温至120～200℃，反应1～4小时；
第三步：降温至60～90℃加入2-咪唑烷酮或N-羟乙基-2-咪唑烷酮，在60～90℃反应1～3小时；
第四步：加入乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚或去离子水，材料过滤后得水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂。
所述苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸其中的一种或二种的合计克分子数为1的情况下，叔碳酸缩水甘油酯与γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的加入比例在1～3克分子比例之间。丙二醇甲醚或二丙二醇二甲醚加入量为苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸中的一种或两种酸重量的10-15％；所述苯酐、四氢苯酐、偏苯三酸酐、柠檬酸其中的一种或二种的合计克分子数为1的情况下，2-咪唑烷酮或N-羟乙基-2-咪唑烷酮加入量在0.2～1.5克分子之间。所述乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚或去离子水的加入量是物料重量的百分之五至百分之十五。所述第二步中的反应条件具体为氮气保护条件下120℃保持搅拌10分钟到15分钟，升温至165℃～185℃温度范围内搅拌反应1小时到2小时。所述第三步中的反应条件具体为降温至60～90℃，用0.5～1.5小时滴加入2-咪唑烷酮或N-羟乙基-2-咪唑烷酮，然后再60～90℃范围内搅拌反应1～3小时。所述第四步中的反应条件具体为先降温至50～60℃，加入乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚或去离子水。
实施例1
水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在木器擦色剂中的应用：
按质量份数配比将水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂80份加入带有搅拌器的容器中，加入物料中加入丙二醇甲醚1.6-3.8份，搅拌速度逐步由慢转快，速度以溅起飞沫为宜，再加入消泡剂024 0.2份，搅拌5分钟，再加入醇溶染料8-15份，搅拌均匀，最后加入乙醇3.2-8份，搅拌均匀，经400目滤网过滤包装；
使用方法；
S1：将木材表面清理干净，用抹布蘸擦色剂不断在木材表面擦揉，直至符合要求的颜色为止。
S2：取干净抹布对已经涂抹好的表面进行擦拭至纹理清晰，颜色均匀为止。
S3：放置2-3小时可以干燥。
S4：干燥后的擦色木材可以继续进行表面的罩光清漆涂装，也可以直接使用。
实施例2
水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在金属表面涂料中的应用为：
其中二甲基乙醇胺用量计算：本专利产品固体量*中和度(60)/氢氧化钾毫克当量数*二甲基乙醇胺当量。
按质量份数配比在水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂50份中加入二甲基乙醇胺4.3份、消泡剂024 0.2份、丙二醇甲醚3.2份、乙醇6.6份加入带搅拌的容器中混合，均匀后加入去离子水25.7份继续混合至透明，包装待用，使用时加入异氰酸酯固化剂10份，两者混合后搅拌30分钟后得金属表面涂料，将金属表面清理干净，涂敷金属表面涂料，湿膜厚度在50～70微米，放置12小时后干燥即可。
实施例3
水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在抗涂鸦墙面漆中的应用为：
按质量份数配比在水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂50份中加入二甲基二乙氧基硅烷30份、丙二醇甲醚4份，滴加去离子水16份，控制温度在50℃以下搅拌12小时，过滤包装后接喷涂、辊涂、刷涂到建筑墙面上即可。
实施例4
水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂在木器清漆中的应用为：
所述双组分木器清漆的甲组分：
材料名称
规格
配合量
阳离子型水性硅氧烷低聚物
45-55％
20-30
甲酸
20-40％
3-5
消泡剂
80％
0.1-0.2
润湿剂
100％
0.1-0.2
乙醇
工业级
2-5
去离子水
工业级
15-30
合计
35-55％
按质量份数配比称取阳离子型水性硅氧烷低聚物20-30份、酸催化剂甲酸3-5份、消泡剂0.1-0.2份、润湿剂0.1-0.2份、醇醚类溶剂乙醇2-5份、去离子水15-30份，混合均匀即可。
双组分木器清漆的其中乙组分
按质量份数配比在水溶性叔碳酸缩水甘油酯树脂20-30份中加入改性硅溶胶10-20份、缩水甘油醚5-10份、丙二醇甲醚3-5份混合均匀即可。在甲组分中加入乙组分，搅拌5-10分钟，配成工作液，将工作液过滤，过滤后的工作液搅拌熟化30分钟即得双组分木器清漆。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。