一种用于金属涂料环保水性树脂及其制备方法技术领域
本发明涉及一种用于金属涂料的水性树脂及该树脂的制备方法，
特别是一种船体、集装箱、室外机器外壳用的采用自乳化为主，兼顾
交联、反应型为辅的环保水性树脂及其制备方法。
背景技术
水性树脂是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型树脂体系。与
水融合，形成溶液，待水挥发后，形成树脂模材料。水性树脂包括三
大类：水溶性高分子、高吸水树脂和水性涂料，是自70年代发展起
来的高分子学科新领域。由于其具有一系列独特的无可替代的功能，
随着科研生产的不断发展，产品的工业化，现已形成一个独立的行业，
属精细化工的范畴。由于水性树脂具有极其广泛的用途，以极高附加
值，多年来一直被列为化工行业发展的重点。
船体、集装箱、室外机器等外壳用漆是应用于处于外部环境中
的金属设备或部件的外表涂层，因事故损伤、外部环境侵蚀或使用多
年老化(如涂层开裂、变色、失光、粉化等)，需要针对各种复杂情
况进行修补或重新涂装，俗称补漆。具体讲,它与一般工厂的涂装生
产线不同，无单一的作业，被涂的车型、形状、颜色都各不相同，多
数不能按规定的工序顺序进行作业，而且烘烤温度最高不能超过60
摄氏度，否则会破坏塑料等附件，因此，对船体、集装箱、室外机器
等外壳用修补漆的性能要求是很高的。此些设备或部件的原漆要求漆
膜有较好的光泽、快干、良好的耐水性、耐溶剂性和耐老化性。修补
漆除了要达到这些性能以外，还必须能够低温固化，然而现有用于船
体、集装箱、室外机器等的修补漆的水性树脂多不能平衡各方面的
性能要求，且现有水性树脂多使用了挥发性有机化合物(VOC)作为
溶剂,因此对环境造成了严重危害。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种用于金属涂料环
保水性树脂及其制备方法，解决了现有用于船体、集装箱、室外机器
等的修补漆技术中的水性树脂高VOC挥发的缺陷，并提高了其耐汽
油、耐高温、耐温变等性能，具有超强的漆膜柔韧性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于金属涂料环保水性树脂，其原料主要包括如下重量份
的组分：
环碳酸酯10～15份，聚氨酯丙烯酸酯树脂30～40份，聚甲基丙烯
酸甲酯5～8份，苯乙烯15～20份，丙烯酸20～25份，丙烯酸丁酯5～10
份，丙烯酸羟乙酯15～20份，二元胺基化合物15～20份，N-甲基二乙
醇胺20～30份，氟烷基丙烯酸酯20～25份，聚乙二醇20～25份，过硫
酸铵5～10份，过氧化异丙苯15～20份。
优选的，所述二元胺基化合物为乙二胺、丁二胺、环己二胺中的
一种。
优选的，一种用于金属涂料环保水性树脂，其原料主要包括如下
重量份的组分：
环碳酸酯15份，聚氨酯丙烯酸酯树脂35份，聚甲基丙烯酸甲酯
6份，乙二胺20份，丙烯酸20份，丙烯酸丁酯8份，丙烯酸羟乙酯
15份，N-甲基二乙醇胺25份，苯乙烯15份，氟烷基丙烯酸酯25份，
聚乙二醇22份，过硫酸铵8份，过氧化异丙苯18份。
一种上述用于金属涂料环保水性树脂的制备方法，包括按顺序进
行的如下步骤：
步骤一：将相应量的环碳酸酯、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚甲基丙
烯酸甲酯加入烧瓶中混合均匀，在氮气保护下机械搅拌，同时升温至
80℃，搅拌5～10分钟后滴加相应重量份的丙烯酸，关键的，滴加完
毕后保温，保温期间将苯乙烯、丙烯酸丁酯及丙烯酸羟乙酯混合在一
起并搅拌均匀，保温20分钟后将乙烯、丙烯酸丁酯及丙烯酸羟乙酯
的混合体一次性加入，升温至90℃，搅拌状态下继续保温反应4小
时；
步骤二：降温至40℃，加入相应重量份的二元胺基化合物，继
续反应2小时；
步骤三：将N-甲基二乙醇胺与去离子水按重量比为1:5的比例混
溶，然后在800rpm搅拌速度下加入到步骤二的反应体系中，40℃下
继续保温3小时，得到预乳化液A；
步骤四：将相应重量份的氟烷基丙烯酸酯加入到预乳化液A中
高速分散1小时，升温至80℃，加入相应重量份的聚乙二醇，同时
滴加过硫酸铵，滴加完毕后保温半小时，继续滴加过氧化异丙苯，滴
加完毕后保温反应1小时，然后冷却，过滤出料，即得所述用于金属
涂料环保水性树脂。
优选的，所述步骤三中N-甲基二乙醇胺与去离子水的混溶液的
加入方式为：先快速一次性加入一半量，另一半采用滴加方式加入。
优选的，步骤四中过硫酸铵的滴加速度大于过氧化异丙苯的滴加
速度。
本发明的积极效果：本发明与传统金属涂料用的水性树脂相比，
不含有异氰酸酯等有害物质，其VOC的挥发量极低，产品配方绿色
环保。为制备对环境友好的用于船体、集装箱、室外机器等修补漆的
环保水性树脂，本发明以环碳酸酯、聚氨酯丙烯酸酯树脂、N-甲基二
乙醇胺(N-MDEA)、苯乙烯、二元胺基化合物和丙烯酸羟乙酯、氟烷
基丙烯酸酯等为主要原料，集渗透型，转化型，稳定型三者为一体的
独特配方和工艺，采取了渗透转化机理为主导，兼顾稳定惰性屏蔽化
为辅的配方方案，其卓越的物理性能比传统的水性树脂有了很大提
高。本发明制备的水性树脂具有很好的保光保色性,基于本发明所述
水性树脂的漆膜硬度较高,干燥快,耐水耐热性好,可满足船体、集
装箱、室外机器等表面涂装的要求。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细说明。
实施例1
本发明优选实施例1提供一种用于金属涂料环保水性树脂，其原
料主要包括如下重量份的组分：
环碳酸酯10份，聚氨酯丙烯酸酯树脂30份，聚甲基丙烯酸甲酯
5份，苯乙烯15份，丙烯酸20份，丙烯酸丁酯5份，丙烯酸羟乙酯
15份，二元胺基化合物15份，N-甲基二乙醇胺20份，氟烷基丙烯
酸酯20份，聚乙二醇20份，过硫酸铵5份，过氧化异丙苯15份。
所述二元胺基化合物为乙二胺、丁二胺、环己二胺中的一种。
上述用于金属涂料环保水性树脂的制备方法，包括按顺序进行的
如下步骤：
步骤一：将相应量的环碳酸酯、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚甲基丙
烯酸甲酯加入烧瓶中混合均匀，在氮气保护下机械搅拌，同时升温至
80℃，搅拌5～10分钟后滴加相应重量份的丙烯酸，关键的，滴加完
毕后保温，保温期间将苯乙烯、丙烯酸丁酯及丙烯酸羟乙酯混合在一
起并搅拌均匀，保温20分钟后将乙烯、丙烯酸丁酯及丙烯酸羟乙酯
的混合体一次性加入，升温至90℃，搅拌状态下继续保温反应4小
时；
步骤二：降温至40℃，加入相应重量份的二元胺基化合物，继
续反应2小时；
步骤三：将N-甲基二乙醇胺与去离子水按重量比为1:5的比例混
溶，然后在800rpm搅拌速度下加入到步骤二的反应体系中，40℃下
继续保温3小时，得到预乳化液A；
步骤四：将相应重量份的氟烷基丙烯酸酯加入到预乳化液A中
高速分散1小时，升温至80℃，加入相应重量份的聚乙二醇，同时
滴加过硫酸铵，滴加完毕后保温半小时，继续滴加过氧化异丙苯，滴
加完毕后保温反应1小时，然后冷却，过滤出料，即得所述用于金属
涂料环保水性树脂。
所述步骤三中N-甲基二乙醇胺与去离子水的混溶液的加入方式
为：先快速一次性加入一半量，另一半采用滴加方式加入。
步骤四中过硫酸铵的滴加速度大于过氧化异丙苯的滴加速度。
实施例2
本发明优选实施例2提供一种用于金属涂料环保水性树脂，其原
料主要包括如下重量份的组分：
环碳酸酯15份，聚氨酯丙烯酸酯树脂35份，聚甲基丙烯酸甲酯
6份，乙二胺20份，丙烯酸20份，丙烯酸丁酯8份，丙烯酸羟乙酯
15份，N-甲基二乙醇胺25份，苯乙烯15份，氟烷基丙烯酸酯25份，
聚乙二醇22份，过硫酸铵8份，过氧化异丙苯18份。
制备方法同实施例1.
实施例3
本发明优选实施例3提供一种用于金属涂料环保水性树脂，其原
料主要包括如下重量份的组分：
环碳酸酯15份，聚氨酯丙烯酸酯树脂40份，聚甲基丙烯酸甲酯
8份，苯乙烯20份，丙烯酸25份，丙烯酸丁酯10份，丙烯酸羟乙
酯20份，二元胺基化合物20份，N-甲基二乙醇胺30份，氟烷基丙
烯酸酯25份，聚乙二醇25份，过硫酸铵10份，过氧化异丙苯20份。
所述二元胺基化合物为环己二胺。
实施例4(对比例)
本发明优选实施例4提供一种用于金属涂料水性树脂，其原料主
要包括如下重量份的组分：
(1)含多个不饱和基的单体，如乙二醇二丙烯酸酯、己二醇二
丙烯酸酯、三羟基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯；(2)带螯
合基团的单体，如乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯；(3)丙烯酸酯类单体
和乙烯基苯类单体；(4)带亲水基团的单体，如丙烯酸、甲基丙烯酸
(5)乳化剂，主要为阴离子型乳化剂，如十二烷基磺酸钠、烷基磺酸
酯盐；非离子型乳化剂为壬基苯基聚氧乙基醚、缩水山梨糖醇硬脂酸
酯；(6)引发剂，偶氮二异丁腈。
实施例1至4中所制备的UV涂料，其性能检测结果见表1.
表1
其中，耐磨性能采用泰伯尔CS17法测试，负载1000g，旋转2000周，测定
漆膜失重(即磨耗值)。对于黄变等级的测试，在自然光的照射下，通过目测法
对漆膜的黄变等级进行评价。对于耐腐蚀性测试，在35℃下对各实施例产品制
得的修补漆喷雾5％重量食盐水72小时，目视观察有无产生白锈。
由表1可见，本发明水性树脂具有环保无毒的优点，且其附着力
以及耐磨性、耐腐蚀性等性能都相比现有应用于船体、集装箱、室外
机器等修补漆的水性树脂具有显著的提升，市场应用前景广阔。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施
例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限
定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修
改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。