CN101402822B - 常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系 - Google Patents
常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系，将固化剂、缓聚剂、水性色浆加水调配即可；其中的固化剂配方包括有芳香族多异氰酸酯、多元醇或聚醚、聚碳酸酯二元醇、脂肪胺、杂环类化合物以及溶剂等。本发明施工方便，环保、经济，形成的漆膜具有较好的耐碱、耐盐雾、耐水及综合性能。本发明可广泛应用于汽车、工程机械、农用车等交通工具涂装，五金、电器涂装行业，也可用于户外金属防腐涂装。
Description
技术领域
本发明涉及化工产品及制备方法领域，特别是一种阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系。
背景技术
水性聚氨酯漆相对于溶剂型聚氨酯而言，是以水为分散介质，节能、环保、安全、且水便宜易得，明显降低成本，故越来越引起人们广泛重视。
聚氨酯水性涂料目前主要是利用阴离子型体制原理。非离子型聚氨酯分散体体制原理也在一定范围内应用(见《水分散体涂料》刘国杰主编第152页)。聚氨酯水性涂料众多突出优点在此不做详细叙述，目前它存在的不足之处主要表现在如下的四个方面：
1.由于水蒸发潜热高，涂膜干燥比较慢；
2.施工粘度下，涂料固体份低，因此得到相同厚度需要更高的涂膜厚度；
3.增稠剂、乳化剂的使用对涂膜固化后耐水性影响严重；
4.阴离子型水性聚氨酯体系显碱性，金属涂装需借助防闪锈剂，同时会造成施工活化期短并降低涂膜防腐性。有些阴离子水性聚氨酯需借助pH值调整剂将体系pH值调至涂层最佳交联状态下的pH值范围。
发明内容
为解决或改善现有水性聚氨酯涂料的缺点，本发明的目的是提供一种常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系，其在施工粘度下固体份高，施工适用期(活化期)长，对涂装环境要求不高，并提高涂膜耐水性及综合防腐性能。
本发明的目的是这样实现的：一种常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆，其特征在于按质量份计算，配方包括以下组分：固化剂5-15份，缓聚剂1-3份，水性色浆30-50份；其中的固化剂配方包括以下组分：芳香族多异氰酸酯40-60份，多元醇或聚醚、聚碳酸酯二元醇5-25份，脂肪胺4-8份，杂环类化合物20-40份，溶剂10-20份。
按质量份计算，所述的缓聚剂配方包括以下组分：一种或一种以上改性环氧树脂的混合80-95份，酸5-20份。
按质量份计算，所述的色浆配方包括以下组分：改性环氧树脂20-30份，颜填料40-60份，酸中和剂5-15份，无毒催干剂0.5-1.5份，去离子水20-30份。
一种常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆的制备方法，其包括以下步骤：
①固化剂的制备：按质量份计算，首先将多元醇、聚醚或聚碳酸酯二元醇5-25份、溶剂10-20份投入反应锅，加热并在氮气保护下真空脱水；脱水后冷却降温至50℃以下；加芳香族多异氰酸酯40-60份并在50-85℃下反应1.5-2.5小时；然后滴加脂肪胺4-8份和杂环类化合物20-40份在常温至80℃下反应1.5-2.5小时，即得到具有封端的异氰酸酯固化剂组分；
②喷涂施工用漆液的制备：将步骤①制得的固化剂5-15份在人工搅拌下缓缓加入1-3份缓聚剂中，搅拌5-10分钟后再加适量水搅拌；将搅匀后的混合物在人工搅拌下加进30-50份水性色浆中搅拌5-20分钟；施工时加适量清水调至施工粘度即可。
本发明的优点在于集中了芳香族异氰酸酸的耐溶剂性、硬度、拉伸强度、弹性好，环氧树脂的粘接性和防腐性优，聚酰胺树脂对基材的润湿性、耐水性好，聚醚/聚碳酸酯二元醇的柔韧性好，聚醚胺的触变性、脂肪胺的自乳化性等诸多优点于一身，加上缓聚剂具有抑制固化剂与水反应，控制施工活化期的特点，从而赋予了产品良好的施工性能，漆膜耐碱性、耐盐雾性、耐水性及综合性能优异。本发明的涂料的pH值在6-7之间，无需添加任何助剂就能满足延长水性聚氨酯涂料施工活化期和最佳交联状态的目的，金属涂装无需加防闪锈剂；本发明的水性阳离子树脂和固化剂本身就具有自乳化性和一定的触变性，给高固体份施工并提高涂膜性能带来可能性。本发明可广泛应用于汽车、工程机械、农用车等交通工具涂装，五金、电器涂装行业，也可用于户外金属防腐涂装。
具体实施方式
本发明是一种阳离子型环保水性坏氧-聚氨酯防腐底漆，按质量份计算，包括以下组分：固化剂5-15份，缓聚剂1-3份，水性色浆30-50份。
固化剂按质量份计算包括以下组分：含芳香族多异氰酸酯40-60份，多元醇或聚醚、聚碳酸酯二元醇5-25份，脂肪胺4-8份，杂环类化合物20-40份，溶剂10-20份。含芳香族多异氰酸酯可以是TDI、MDI；多元醇可以是三羟甲基丙烷、新戊二醇、季式四醇、二甘醇、1，4丁二醇；聚醚可以是分子量在400～3000之间的聚丙二醇醚、聚乙二醇醚或混合聚醚；聚碳酸酯二元醇的分子量可以是1000～3000之间；脂肪胺可以是甲基乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二丙胺、二丙醇胺、二正丁胺等等；溶剂可以是丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、二氧五环、吡啶、甲基吡啶等；杂环类化合物可以是咪唑、吡唑、2-噻吩乙酸、二甲基吡唑、N-甲基吡咯烷醇等。
所述的缓聚剂按质量份计算包括以下组分：改性环氧树脂一种或一种以上混合80-95份，酸5-20份。上述改性环氧树脂按质量份计算包括以下组分：环氧树脂25-40份，脂 肪胺或改性聚醚胺其中之一或两种混合2-16份，改性聚酰胺10-25份或聚醚10-25份，醚酮类溶剂20-40份。环氧树脂可以是环氧当量为180-1000之间的双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂；改性聚酰胺可以是胺值在80-380之间的豆油酸或亚油酸制成的聚酰胺；脂肪胺可以是二甲基乙醇胺、二乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二丙醇胺、二正丁胺等；聚醚可以是分子量在400～3000之间的聚丙二醇醚、聚乙二醇醚、混合聚醚；改性聚醚胺可以是分子量在1000-3000之间；溶剂可以是丁酮、甲基异丁基酮、异丙酮、正丁醇、丙二醇甲/乙/丁醚、二丙二醇甲/乙/丁醚、2-羟丙基甲/乙/丁醚、苯甲醇、酯环醇等。所制得的功能型改性环氧树脂的胺值在40-120范围内。酸可以是盐酸、磷酸、硼酸、甲酸、乙酸、丙酸、草酸、乳酸、苯甲酸中的一种或两种以上混合。
所述的色浆按质量份计算包括以下组分：色浆专用型的改性环氧树脂20-30份，颜填料40-60份，酸中和剂5-15份，无毒催干剂0.5-1.5份，去离子水20-30份。色浆专用型的改性环氧树脂胺值可以在90-160之间；颜填料可以是钛白粉、氧化铁红、碳黑、沉淀硫酸钡、水洗高岭土、煅烧高岭土；中和剂可以是甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、草酸等；无毒催干剂为二丁基氧化锡、辛酸亚锡、月桂酸二异丁基锡、各种锆盐类催干剂、稀土催干剂等；分散剂可以是非离子或阳离子分散剂。
制备方法包括以下步骤：
1.固化剂的制备：首先按比例将多元醇、聚醚或聚碳酸酯二元醇、溶剂投入反应锅，加热并在氮气保护下真空脱水，一般脱水温度≤120℃；脱水40-80分钟后冷却降温至50℃以下；加芳香族多异氰酸酯并在50-85℃下反应1.5-2.5小时；然后滴加脂肪胺和杂环类化合物在常温至80℃下反应1.5-2.5小时，即得到具有封端的异氰酸酯固化剂组分。
2.改性环氧树脂的制备：首先将环氧树脂25-40份、醚/酮类溶剂20-40份投入反应锅在50-80℃加热搅拌溶解，环氧树脂当量在180-1000之间；在70-90℃下向已溶解好的环氧树脂溶液加入脂肪胺或改性聚醚胺2-16份并保温1-2小时，再加入改性聚酰胺10-25份并保温1-2小时即可。改性聚醚胺和改性聚酰胺的制备是将其与酮类化合物加热回流脱水反应即可，例如将分子量为2000左右聚醚胺或胺值为80-380之间的聚酰胺60-80份、酮类化合物20-40份加热回流脱水反应直至胺值合格即为改性聚醚胺或改性聚酰胺(酮亚胺树脂)。
3.水性色浆的制备：将配方量的色浆专用改性环氧树脂在转速400-800转/分钟的分散速度下加入无毒催干剂、适量溶剂(例如醇醚类或酮类溶剂)、中和剂分散40-80分钟后，加颜填料在转速800-1300转/分钟下分散40-80分钟，再静置6-10小时后分批次逐步加水分散研磨至细度合格。
4.缓聚剂的制备：将配方量的1种或一种以上功能型改性环氧树脂在常温300-700转/分钟分散下缓缓加入特定的酸，分散20-60分钟即可。
5.喷涂施工方法：将固化剂在人工搅拌下缓缓加入缓聚剂中，搅拌5-10分钟后再加适量水搅拌；将搅匀后的混合物在人工搅拌下加进水性色浆搅拌5-20分钟；施工时加适量清水调至施工粘度即可施工。
实施例1
首先将22.4份三羟甲基丙烷、40份甲基异丁基酮投入反应锅，在氮气保护下搅拌并加热到120℃真空脱水1小时；脱水完成后降温到50℃搅拌保温30分钟，然后升温至80-90℃反应2小时；再降温至50℃以下滴加二乙醇胺17.6份，并在该温度下保温30分钟，然后升温至60-70℃保温1-2小时；在该温度下缓慢加入二甲基吡唑96.2份，搅拌并升温至80-90℃反应2小时，经过滤等处理后得固化剂。
实施例2
首先将丙二醇甲醚73.6份，E20环氧树脂235.1份和丁酮51.6份投入反应锅，加热升温开动搅拌在50-80℃溶解1小时；降温至50℃加二乙醇胺32.1份、异丙醇22.6份入反应锅升温至80℃反应2小时；在75-80℃滴加改性聚醚胺3.7份，改性聚酰胺94.1份(由以下实施例3制得)，滴加完毕升温至90℃反应2小时即得一种改性环氧树脂。
实施例3
投入胺值为200左右的聚酰胺(或聚醚胺)80份，甲基异丁基酮20份于反应锅，开搅拌加热至190℃回流脱水反应，反应8-20小时后抽真空即得改性聚酰胺树脂(或改性聚醚胺树脂)。
实施例4
将实施例2制得的功能型改性环氧树脂80-95份在常温300-700转/分钟分散下缓缓加入盐酸5-20份，分散20-40分钟即可。
实施例5
投入按色浆使用要求配制的改性环氧树脂97.8份、丙二醇甲醚17.8份、阳离子或非离子分散剂3.1份、20％甲酸14.2份、锡催干剂1.7份于反应锅，在700转/分钟下分散30分钟后，再投入高色素炭黑3.2份、水洗高岭土99份、异丙醇13.4份在700-1000转/分钟下分散1小时，静置8小时；投入总量为119份去离子水中的50份分散10分钟后进入砂磨机研磨，以后每遍加适量水研磨直至全部水加完。研磨至细度合格。
实施例6
取2份缓聚剂于施工容器，用干净木棒搅拌同时缓缓加入10份固化剂；加完后继续 搅拌5-10分钟再继续加入1.5份清水搅拌2分钟；将该混合组分直接加入40份水性色浆中搅拌1-2分钟。加27份水搅匀即得涂4杯粘度约19秒的可喷涂漆液，漆液固含量约45.5％，喷涂湿膜不流挂，在30℃下表干8分钟。
检测结果
一、原漆质量
二、漆膜性能
本发明的优点如下：
(1)配好后可直接用清水调至施工粘度，不需添加增稠剂即可一次厚涂达30-40μ，不流挂，施工活化期达16小时，施工粘度下固含≥45％；
(2)无需加防闪锈剂，直接在裸铁板上喷涂不闪锈；
(3)涂膜表干快，在喷涂后8小时即可复涂，与原子灰、中涂涂层有极好的配套性；
(4)环境友好，漆按配比混合后原漆溶剂含量≤10％，不含任何有毒溶剂，不含铅等重金属，也可以不含锡金属；
(5)涂膜综合性能优秀，尤其耐碱性极好；
(6)本发明本身对水性聚氨酯类涂料开发提供了一种新的可行的途径，有着较大的意义。
Claims (4)
1.一种常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系，其特征在于，按质量份计算，配方包括以下组分：固化剂5-15份，缓聚剂1-3份，水性色浆30-50份；
其中，固化剂的配方包括以下组分：芳香族多异氰酸酯40-60份，多元醇或聚醚、聚碳酸酯二元醇5-25份，脂肪胺4-8份，杂环类化合物20-40份，溶剂10-20份；
缓聚剂的配方包括以下组分：胺值在40-120之间的改性环氧树脂一种或一种以上的混合80-95份，酸5-20份；
水性色浆的配方包括以下组分：胺值在90-160之间的色浆专用型改性环氧树脂20-30份，颜填料40-60份，酸中和剂5-15份，无毒催干剂0.5-1.5份，去离子水20-30份；
所述的改性环氧树脂的配方包括以下组分：环氧树脂25-40份，脂肪胺或改性聚醚胺其中之一或两种混合2-16份，改性聚酰胺或聚醚10-25份，醚类或酮类溶剂20-40份；
所述的改性聚醚胺是由聚醚胺与酮类化合物进行脱水反应制得的；而所述的改性聚酰胺是由聚酰胺与酮类化合物进行脱水反应制得的。
2.根据权利要求1所述的常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系，其特征在于：所述的酸为盐酸、磷酸、硼酸、苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、草酸中的一种或两种以上混合，所述的酸中和剂为甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、草酸中的一种或两种以上混合。
3.根据权利要求1所述的常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆体系，其特征在于：所述的无毒催干剂为锆盐类催干剂、锡类催干剂或稀土催干剂。
4.一种常温自干阳离子型环保水性环氧-聚氨酯防腐底漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①固化剂的制备：按质量份计算，首先将多元醇、聚醚或聚碳酸酯二元醇5-25份、溶剂10-20份投入反应锅，加热并在氮气保护下真空脱水；脱水后冷却降温至50℃以下；加芳香族多异氰酸酯40-60份并在50-85℃下反应1.5-2.5小时；然后滴加脂肪胺4-8份和杂环类化合物20-40份在常温至80℃下反应1.5-2.5小时，即得到具有封端的异氰酸酯固化剂组分；
②改性环氧树脂的制备：首先将环氧树脂25-40份、醚类或酮类溶剂20-40份投入反应锅在50-80℃加热搅拌溶解，环氧树脂当量在180-1000之间；在70-90℃下向已溶解好的环氧树脂溶液加入脂肪胺或改性聚醚胺中的一种或两种混合2-16份并保温1-2小时，再加入改性聚酰胺或聚醚10-25份并保温1-2小时；所述的改性聚醚胺和改性聚酰胺是将聚醚胺和聚酰胺与酮类化合物进行加热回流脱水反应制得的；
③缓聚剂的制备：将步骤②制得的改性环氧树脂80-95份在常温300-700转/分钟分散下缓缓加入酸5-20份，分散20-40分钟即可；
④水性色浆的制备：将胺值在90-160之间的色浆专用型改性环氧树脂20-30份在转速400-800转/分钟的分散速度下加入无毒催干剂0.5-1.5份、酸中和剂5-15份、颜填料40-60份，在转速800-1300转/分钟下分散，再静置6-10小时后分批次逐步加入去离子水20-30份分散研磨至细度合格；
⑤喷涂施工用漆液的制备：将步骤①制得的固化剂5-15份在人工搅拌下缓缓加入1-3份步骤③制得的缓聚剂中，搅拌5-10分钟后再加适量水搅拌；将搅匀后的混合物在人工搅拌下加进30-50份步骤④制得的水性色浆中搅拌5-20分钟；施工时加适量清水调至施工粘度即可。
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