CN101654589A

CN101654589A - 水性双组分聚氨酯有色涂料

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Publication number: CN101654589A
Application number: CN200910092733A
Authority: CN
Inventors: 史立平; 孔志元; 何庆迪; 殷武; 蔡青青
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd; CNOOC Changzhou Paint and Coatings Industry Research Institute Co Ltd
Current assignee: CNOOC Energy Technology and Services Ltd; CNOOC Changzhou Paint and Coatings Industry Research Institute Co Ltd
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: CN101654589B

Abstract

本发明涉及一种水性双组分聚氨酯有色涂料，其羟基组分的各组分以质量份计：水4～12，分散树脂3～6，颜料2～30，消泡剂0.1～0.5，丙烯酸羟基乳液50～90，润湿流平剂0.1～0.5，增滑剂0.1～0.3，杀菌剂0.1～0.5，增稠剂0.1～1；其丙烯酸羟基乳液为硬核软壳结构，羟基含量2.5～3.0质量％，均为伯羟基且均分布在壳层；合成乳液时所用乳化剂为反应型乳化剂；固化剂为固体含量100质量％的水中自乳化型脂肪族异氰酸酯；使用时，羟基组分与固化剂按质量份之比6～8∶1混合；本发明涂料VOC含量远低于现有水性双组分聚氨酯涂料，涂膜硬度和韧性兼顾，耐磨性、耐化学性优良。

Description

水性双组分聚氨酯有色涂料

技术领域

本发明涉及一种水性双组分聚氨酯有色涂料，用作木器、金属、塑料等表面装饰和保护材料。

背景技术

随着世界各国法规的健全和人们健康意识的提高，溶剂型涂料的使用越来越受到限制。近年随着石油价格的不断上涨，更推动了涂料水性化的发展。溶剂型聚氨酯涂料由于性能优异发展较快，但是，与溶剂型聚氨酯涂料的优异性能相比，水性单组分聚氨酯涂料的性能相距甚远，水性双组分聚氨酯涂料通过使用水性异氰酸酯作为固化剂，交联固化后，大大提高了涂膜的交联密度，因此，比单组分水性聚氨酯涂料的性能有了较大的改进。但是，目前的水性双组分聚氨酯涂料在配制涂料时，还要加入适量的成膜助剂，而且涂膜硬度较低、耐化学介质性能差。中国发明专利申请20071014847475.5公开了一种水性双组分聚氨酯有色涂料及其制备方法，为了分散涂料中的颜料和填料，使用了常规颜料分散剂，它对涂膜的光泽、耐化学介质性均有影响，而且在涂料中有时仍要配入适量成膜助剂，这也会增加涂料中的挥发性有机化合物(VOC)含量，对环境和人体均有影响。

发明内容

本发明的目的是：提供一种挥发性有机化合物含量远低于现有水性双组分聚氨酯涂料，涂膜硬度和韧性可以兼顾，耐磨性强而且耐化学介质性能优良的水性双组分聚氨酯有色涂料。

实现本发明目的的技术方案是：一种水性双组分聚氨酯有色涂料，由羟基组分和固化剂组成，其特征在于，羟基组分的组成及各组分的质量份为：水4～12，分散树脂3～6，颜料2～30，聚硅氧烷-聚醚类消泡剂0.1～0.5，丙烯酸羟基乳液50～90，聚硅氧烷-聚醚类润湿流平剂0.1～0.5，硅酮类增滑剂0.1～0.3，杂环类杀菌剂0.1～0.5，非离子聚氨酯缔合型增稠剂0.1～1；

所述丙烯酸羟基乳液的分散相具有核壳结构且核硬壳软，软壳是由玻璃化转变温度为0～5℃的混合单体形成，硬核是由玻璃化转变温度为80～105℃的混合单体形成，核/壳单体用量的质量比为1∶1～1∶3；乳液的羟基含量为2.5～3.0质量％，乳液的羟基均为伯羟基且均分布在壳层；合成乳液时所用乳化剂为反应型乳化剂；

所述分散树脂是丙烯酸类单体或丙烯酸酯类单体经共聚而得，以水为分散介质，固体含量为20～40质量％，羟基含量为2.5～3.0质量％，所含羟基为伯羟基；

固化剂为固体含量100质量％的水中自乳化型脂肪族异氰酸酯；

使用时，羟基组分与固化剂按质量份之比6～8∶1混合。

上述水性双组分聚氨酯有色涂料按以下步骤制备其羟基组分：

①按下述配方准备羟基组分的原料，其用量为质量份：

水4～12，分散树脂3～6，颜料2～30，聚硅氧烷-聚醚类消泡剂0.1～0.5，丙烯酸羟基乳液50～90，聚硅氧烷-聚醚类润湿流平剂0.1～0.5，硅酮类增滑剂0.1～0.3，杂环类杀菌剂0.1～0.5，非离子聚氨酯缔合型增稠剂0.1～1；

②按配方量将水、分散树脂、颜料、消泡剂搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为40～60分钟，制得颜料浆；

③在容器中加入配方量的丙烯酸羟基乳液，在搅拌条件下加入步骤②制得的颜料浆、润湿流平剂、增滑剂、杀菌剂，搅拌速度为300～400转/分，搅拌时间为10～20分钟；

④在搅拌条件下，将配方量的增稠剂加入到步骤③得到的混合物中，控制加入时间为3～5分钟，加完后再搅拌15～30分钟，搅拌速度为300～400转/分；

⑤用180目的绢布滤网过滤、包装即得羟基组分。

上述水性双组分聚氨酯有色涂料中，所述颜料为钛白粉、碳黑、铁黑、酞菁蓝、铁红中的一种或几种。

本发明的技术效果是：本发明技术方案确定的水性双组分聚氨酯有色涂料具有下述有益效果：其一本发明涂料的羟基组分中采用了具有恰当性能的的丙烯酸羟基乳液，确保涂膜具有优异性能。由于本发明采用的丙烯酸羟基乳液的分散相粒子具有核壳结构且核硬壳软，核壳比例恰当，因此，该乳液所形成的涂膜克服了现有技术中涂膜的硬度和韧性不可兼得的弊病。核硬壳软的核壳结构也提供了好的成膜性，无需加入成膜助剂即可成膜，大大降低了涂料中的VOC含量，使得涂料更符合环保要求，此外，本发明采用的丙烯酸羟基乳液所含羟基均为伯羟基，反应活性高，而且所有羟基全部分布在乳液的壳部分，从而增大了与水性异氰酸酯固化剂的接触机率，提高了涂膜的交联密度，因而涂膜的硬度、耐化学介质性得到明显提高。本发明采用的丙烯酸羟基乳液合成时使用反应型乳化剂，体系中不含小分子乳化剂，因此乳液具有低起泡性，可以提高涂膜的耐水性和光泽；其二本发明涂料的羟基组分中采用含2.5～3.0质量％羟基的分散树脂分散颜料，该分散树脂不仅使颜料分散均匀，更重要的是该分散树脂以水为分散介质，降低了涂料中的VOC含量，而且该分散树脂含有的羟基使得它与丙烯酸羟基乳液及水性异氰酸酯的混容性好，不影响涂膜的光泽，在涂料施工成膜时，分散树脂所含羟基官能团可以和丙烯酸羟基乳液一起与水性异氰酸酯固化剂固化交联，因而可以赋予涂膜较好的耐化学介质性能，而现有技术所采用的常规颜料分散剂不含能参与交联固化的官能团，当涂料固化成膜时，该分散剂以游离的形式存在于涂膜中，影响了涂膜的耐化学介质等性能；其三本发明涂料的固化剂采用能在水中自乳化型的脂肪族异氰酸酯，保持了原溶剂型异氰酸酯固化剂高耐候、高保光、高保色、对光稳定的户外优异耐黄变性能，不含有游离的甲苯二异氰酸酯，毒性低，VOC含量极低，具有优越的环保性能；其四本发明所确定的涂料各组分的配比恰当，既能保证各组分充分发挥作用，又能保证相互协同作用的实现，确保达到水性双组分聚氨酯有色涂料的各种性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行具体描述，但不受此限制。

实施例中所用原料，除另有说明外，均为涂料用工业品，可以从市场购得。所涉及的设备均为涂料工业常规设备。

实施例1～3制备本发明涂料的羟基组分

(一)原材料及规格

1、丙烯酸羟基乳液：中海油常州涂料化工研究院生产，型号HAE-120(s)，分散相具有核壳结构且核硬壳软，软壳是由玻璃化转变温度为0～5℃的混合单体形成，硬核是由玻璃化转变温度为80～105℃的混合单体形成，核/壳单体用量的质量比为1∶1～1∶3；乳液固体含量43质量％，羟基含量2.8质量％；

2、分散树脂：中海油常州涂料化工研究院生产，型号AHF-100，固体含量25质量％，羟基含量2.6质量％；

3、颜料：钛白粉，美国杜邦公司生产，牌号R-706；碳黑，德固萨公司，牌号Printex U；酞菁蓝，江苏双乐公司生产，牌号BGS；

4、消泡剂：聚硅氧烷-聚醚共聚物类消泡剂，德国毕克化学公司生产，牌号BYK-093；也可以用其他聚硅氧烷-聚醚共聚物类消泡剂代替，如德国毕克化学公司生产的BYK-022、BYK-024、BYK-028；德国汉高公司生产的FoamStar A32、FoamStar A34、FoamStar A36、Defom W-052、Dehydran 1293；日本桑诺普科公司生产的SN-399、SN-1310，其效果等同；

5、润湿流平剂：聚硅氧烷-聚醚共聚物类润湿流平剂，德国汉高公司生产，牌号H-140；也可使用该公司的其他牌号，如H-110、H-120，或德国汉高公司生产的BYK-345、BYK-346等代替，其效果等同；

6、增滑剂：陶氏化学公司，牌号DC51；

7、杀菌剂：杂环类杀菌剂，英国捷利康公司生产，牌号XL-2；也可以用美国罗门哈斯公司生产的LXE代替，其效果等同；

8、增稠剂：非离子聚氨酯缔合型增稠剂，日本旭电化公司生产的UH-450；也可以用日本桑诺普科公司生产的SN-612；美国维乐斯公司生产的R-288等代替，其效果等同；

9、水：符合GB6682-92中三级水规定。

(二)配制羟基组分

①按下述配方准备羟基组分的原料，其用量为质量份：

水4～12，分散树脂3～6，颜料2～30，聚硅氧烷-聚醚类消泡剂0.1～0.5，丙烯酸羟基乳液50～90，聚硅氧烷-聚醚类润湿流平剂0.1～0.5，硅酮类增滑剂0.1～0.3，杂环类杀菌剂0.1～0.5，非离子聚氨酯缔合型增稠剂0.1～1；具体配方见表1。

表1

②按表1配方量将水、分散树脂、颜料、消泡剂搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为60分钟，制得颜料浆；

③在容器中加入配方量的丙烯酸羟基乳液，在搅拌条件下加入步骤②制得的颜料浆、润湿流平剂、增滑剂、杀菌剂，搅拌速度为300～400转/分，搅拌时间为20分钟；

④在搅拌条件下，将配方量的增稠剂加入到步骤③得到的混合物中，控制加入时间为4分钟，加完后再搅拌30分钟，搅拌速度为300～400转/分；

⑤用180目的绢布滤网过滤、包装即分别制得实施例1～3的羟基组分。

配制对比例1～2的羟基组分

①按下述配方分别准备对比例1和2的羟基组分的原料(用量均为质量份)：

对比例1：(采用不含羟基官能团的SN-5040作为分散剂)

水11，分散剂SN-5040 0.5，钛白粉R-706 20，消泡剂BYK-0930.5，丙烯酸羟基乳液HAE-120(s)67.4，润湿流平剂H-140 0.2，增滑剂DC51 0.1，杀菌剂XL-2 0.1，增稠剂UH-450 0.3；

对比例2：(采用不含羟基官能团的SN-5040作为分散剂，丙烯酸羟基乳液为HAE-02并采用成膜助剂)

水11，分散剂SN-5040 0.5，钛白粉R-706 20，消泡剂BYK-093 0.5丙烯酸羟基乳液HAE-02 67.4，成膜助剂3，润湿流平剂H-140 0.2，增滑剂DC51 0.1，杀菌剂XL-2 0.1，增稠剂UH-450 0.3；

上述SN-5040是日本桑诺普科公司的羧酸型分散剂，不含有羟基官能团；HAE-02是中海油常州涂料化工研究院生产的丙烯酸羟基乳液，其分散相的丙烯酸(酯)单体总组成成分及比例与HAE-120(s)相同，合成时，使用常规小分子乳化剂，不具有核壳结构；

②按上述配方量将水、分散剂、颜料、消泡剂搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为60分钟，制成颜料浆；

③在容器中加入配方量的丙烯酸羟基乳液，在搅拌条件下加入步骤①制得的颜料浆、(对比例2需加成膜助剂)、润湿流平剂、增滑剂、杀菌剂，搅拌时间为20分钟；

⑤用180目的绢布滤网过滤、包装即分别制得对比例1和对比例2的羟基组分。

检测涂膜性能

(一)用实施例1～3的羟基组分和对比例1～2羟基组分分别配制双组分涂料：

所用固化剂均为脂肪族水中自乳化型异氰酸酯固化剂，德国拜耳公司生产，牌号Bayhydur2655，也可以用德国拜耳公司生产的Bayhydur2487-1，其效果等同；

实施例1羟基组分与固化剂的质量份比为8∶1，实施例2羟基组分与固化剂的质量份比均为6∶1，实施例3的羟基组分与固化剂的质量份比均为7∶1，对比例1和对比例2的羟基组分与固化剂的质量份比均为8∶1，按此比例分别将实施例1～3和对比例1～2的羟基组分与固化剂混合均匀，分别制得实施例1～3和对比例1～2涂料。

用上述涂料分别涂覆样板，涂膜在标准条件下放置7天后测试性能，测试结果见表2。

表2

由表2的结果可以说明，本发明的涂料(实施例1～3涂料)与对比涂料1和2比较，由于其丙烯酸羟基乳液具有核壳结构且核硬壳软，核壳比例恰当，同时兼顾了涂膜的硬度和韧性及成膜性，而且与水性异氰酸酯固化剂交联反应充分，涂膜的综合性能优秀，涂料中的VOC含量极低，使得涂料更符合环保要求；与用常规颜料分散剂的对比涂料1和对比涂料2比较，本发明由于采用含羟基的分散树脂，其涂膜的光泽、耐化学介质(乙醇)等性能明显得到提高；对比涂料2由于使用了成膜助剂，其VOC含量升高。

Claims

1、一种水性双组分聚氨酯有色涂料，由羟基组分和固化剂组成，其特征在于，羟基组分的组成及各组分的质量份为：水4～12，分散树脂3～6，颜料2～30，聚硅氧烷-聚醚类消泡剂0.1～0.5，丙烯酸羟基乳液50～90，聚硅氧烷-聚醚类润湿流平剂0.1～0.5，硅酮类增滑剂0.1～0.3，杂环类杀菌剂0.1～0.5，非离子聚氨酯缔合型增稠剂0.1～1；

使用时，羟基组分与固化剂按质量份之比6～8∶1混合。

2、根据权利要求1所述的水性双组分聚氨酯有色涂料，其特征在于，按以下步骤制备其羟基组分：

①按下述配方准备羟基组分的原料，其用量为质量份：

⑤用180目的绢布滤网过滤、包装即得羟基组分。

3、根据权利要求1或2所述的水性双组分聚氨酯有色涂料，其特征在于，所述颜料为钛白粉、碳黑、铁黑、酞菁蓝、铁红中的一种或几种。