一种适用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂的制造与用途技术领域
本发明涉及一种带蓝相的水性黑色丙烯酸涂料的制备，尤其涉及一种适用于高色
素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂的合成与应用。
背景技术
目前工业漆、汽车漆普遍使用的是传统的溶剂型涂料，VOC含量极高，对人体造成
巨大伤害，同时也危及大气环境，因此涂料行业面临的环保压力也越来越大。而水性涂料含
有大量的水，有机溶剂仅做为成膜助剂存在，VOC含量极低，甚至可以做到零污染，是涂料行
业目前的发展趋势。
黑度是指色素炭黑所具有的黑色呈现强度，可用国际照明委员会(CIE)的Lab系统
表示黑度。L值代表涂料的黑度，而a值、b值代表涂料的色相。当a为正值时表示色相为红相，
当b值为负值时表示色相为蓝相。黑色涂料在工业领域应用极为广泛，例如汽车OEM涂装及
汽车修补涂料，五金装饰漆对黑度及色相都有着很高的要求，特别需要既带有蓝相，又具有
高黑度的黑色涂料。为达到黑色涂料的应用要求，首先要选用高色素炭黑，例如FW200、
1600，1800，而高色素炭黑通常具有原生粒径非常小的特性，一般属于纳米级别，分散极为
困难，同时细小的炭黑粒子容易聚集在一起，导致黑色涂料在储存过程中容易产生“返粗”
现象。鉴于炭黑的这种特性，炭黑研磨树脂对炭黑的润湿分散和后期储存稳定性尤其重要。
因此，合成一种适用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂并开发一种带蓝相的水性黑色丙
烯酸涂料有重大的实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了制备一种带蓝相的水性黑色丙烯酸涂料。本发明提供一种适
用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂及使用其制备的带蓝相的水性黑色丙烯酸涂料，既
具有高黑度，同时又带有蓝相。
本发明技术解决方案是提供一种适用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂的制
造与用途，它利用分子间范德华力紧紧吸附在炭黑粒子表面，又有活性基团可以与后添加
的超分散剂锚定基团相结合，充分发挥超分散剂的作用，使用其制备的水性黑色丙烯酸涂
料，具有高黑度的同时又带有蓝相。
本发明提供了一种适用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂的制备方法：
⑴含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物的合成
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中，加入20-30重量份的丙二醇甲醚，通入氮
气升温至回流温度；在此温度下滴加15-25重量份的甲基丙烯酸甲酯、10-20重量份的甲基
丙烯酸羟乙酯、5-10重量份的甲基丙烯酸、5-10重量份的丙烯腈、3-5重量份的二羟甲基丙
酸、5-10重量份的酞菁衍生物，1-2重量份引发剂，在2-2.5h内滴加完毕，保温0.5-1h，之后
再补加0.5-1重量份的引发剂，保温1-2h，即可得到含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物。
⑵含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物的水性化
将上述得到的含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物真空蒸馏脱除部分溶剂，使溶剂的
用量在树脂中的含量为5％以下；将脱除部分溶剂的树脂溶液倒入容器中，待树脂温度降至
70℃时，缓慢加入中和剂，在高速篮式砂磨分散机下以2000r/min进行中和反应，调节pH至
7.2-7.5，反应时间为1-2h；中和反应后，缓慢滴加去离子水，以2500r/min速度进行分散1-
1.5h，得到最终分散体，控制最终分散体产品的固含为45-47％，所述最终分散体为水性酞
菁蓝衍生物丙烯酸树脂。
以上(1)项所述装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中，加入22重量份的丙二醇甲
醚，通入氮气升温至回流温度；在此温度下滴加20重量份的甲基丙烯酸甲酯、14重量份的甲
基丙烯酸羟乙酯、5重量份的甲基丙烯酸、7重量份的丙烯腈、3重量份的二羟甲基丙酸、8重
量份的酞菁衍生物，1.5重量份引发剂，在2.5h内滴加完毕，保温1h，之后再补加0.8重量份
的BPO，保温1.5h，得到含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物。
本发明所述的含酞菁衍生物为铜酞菁磺酰胺衍生物。
上述引发剂为：BPO过氧化苯甲酰或AIBN偶氮二异丁腈。
上述的中和剂为：三乙胺或二甲基乙醇胺。
本发明包括一种带蓝相的水性黑色丙烯酸涂料。
本发明的积极效果体现于以下三个优点：
(1)本发明合成了提供一种适用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂，既可利用
分子间范德华力紧紧吸附在炭黑粒子表面，又有活性基团可以与后添加的超分散剂锚定基
团相结合，充分发挥超分散剂的作用，使用其制备的水性黑色丙烯酸涂料，具有高黑度的同
时又带有蓝相。
(2)制得的水性黑色丙烯酸涂料VOC含量低，具有环保特性。
(3)纳米级硫酸钡的加入有利于增强炭黑颜料研磨时的剪切力，使得炭黑粒子更
细更均匀；同时，有效延长了炭黑粒子在储存过程中因为布朗运动产生的碰撞而重新絮凝
成大的颗粒或者延长絮凝返粗产生的时间。
具体实施方式
实施例1
本发明的实施案例1-树脂的合成
(1)含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物的合成：
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中，加入22重量份的丙二醇甲醚，通入氮气
升温至回流温度；在此温度下滴加20重量份的甲基丙烯酸甲酯、14重量份的甲基丙烯酸羟
乙酯、5重量份的甲基丙烯酸、7重量份的丙烯腈、3重量份的二羟甲基丙酸、8重量份的铜酞
菁磺酰胺衍生物，1.5重量份偶氮二异丁腈，在2.5h内滴加完毕，保温1h，之后再补加0.8重
量份的过氧化苯甲酰，保温1.5h，得到含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物。
(2)含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物的水性化：
将上述得到的含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物真空蒸馏脱除部分溶剂，使溶剂的
用量在树脂中的含量为4％；将脱除部分溶剂的树脂溶液倒入容器中，待树脂温度降至70℃
时，缓慢加入二甲基乙醇胺，在高速篮式砂磨分散机下以2000r/min进行中和反应，调节pH
至7.5，反应时间为2h；中和反应后，缓慢滴加去离子水，以2500r/min速度进行分散1.5h，得
到最终分散体，控制最终分散体产品的固含为45.5％，所述最终分散体为本发明的水性含
酞菁蓝衍生物丙烯酸树脂预聚物。
实施例2
同实施例1，仅只在(1)项内的重量上可为：
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中，加入20重量份的丙二醇甲醚，通入氮气
升温至回流温度；在此温度下滴加15重量份的甲基丙烯酸甲酯、10重量份的甲基丙烯酸羟
乙酯、8重量份的甲基丙烯酸、5重量份的丙烯腈、4重量份的二羟甲基丙酸、5重量份的铜酞
菁磺酰胺衍生物，1重量份BPO，在2h内滴加完毕，保温0.5h，之后再补加1重量份的BPO，保温
1h，得到含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物。
实施例3
同实施例1，仅只在(1)项内的重量上可为：
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中，加入30重量份的丙二醇甲醚，通入氮气
升温至回流温度；在此温度下滴加25重量份的甲基丙烯酸甲酯、20重量份的甲基丙烯酸羟
乙酯、10重量份的甲基丙烯酸、10重量份的丙烯腈、5重量份的二羟甲基丙酸、10重量份的铜
酞菁磺酰胺衍生物，2重量份BPO，在2.2h内滴加完毕，保温0.7h，之后再补加0.5重量份的
AIBN偶氮二异丁腈，保温2h，得到含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物。
实施例4
一种适用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂用途，包括带蓝相的水性黑色丙烯
酸涂料，各成分配比及制法如下：
在本发明中的水性丙烯酸树脂中添加超分散剂、消泡剂、纳米级硫酸钡、高色素炭
黑、水，其中各组分的添加量如下：
以上材料于搅拌情况下缓慢加入，分散均匀后，研磨至细度〈10微米，然后再依次
按量加入以下材料
水性丙烯酸树脂 400
破泡聚硅氧烷混合物 1
疏水基改性的乙氧基聚氨酯水溶性聚合物，缩写为HEUR 2
以上原材料均为搅拌情况下缓慢加入，并高速分散30分钟。最后获得带蓝相的水
性黑色丙烯酸涂料成品，即组份A。
将亲水改性的多异氰酸酯与PMA按照4：1的比例混合均匀，即为组份B
将组分A与组分B按照A：B：水＝5：1：1的重量比例混合均匀，即可进行施工喷涂。
使用涂料领域中常用测试方法，获得该涂料相关性能如下表所示：
表一 蓝相水性黑色丙烯酸涂料性能指标
使用多角度测色仪测试黑度及色相，数据如下：
表二 蓝相水性黑色丙烯酸涂料Lab值
本发明实践检测数据：
1、研磨100KG黑浆时间约1h，可以达到10微米。
2、组份A带蓝相的水性黑色丙烯酸涂料成品在50℃时，至少可以储存一个月。
3、组份A+组份B含水性酞菁蓝衍生物丙烯酸树脂预聚物+水后，已经是施工状态，
由于组份B是固化剂，约6h后开始固化，24h后会变成固体状态。在施工状态未固化之前，细
度可以维持在10微米。