CN101883802B - 水基聚氨酯涂料 - Google Patents

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Abstract

提供了水基聚氨酯涂料组合物。一种示例性的水基涂料组合物包含基本上无水的基础组分和活化剂组分。所述基本上无水的基础组分至少包含亲水性多元醇，所述活化剂组分至少包含疏水性异氰酸酯。

Description

水基聚氨酯涂料
关于联邦资助的研究的声明
本发明根据美国空军给予的合同号FA8650-05-C-5010由政府扶持而完成。美国政府可以拥有本发明的某些权利。
发明领域
本发明涉及水基聚氨酯涂料组合物。更具体地，本发明涉及尤其适合用于航空航天应用的具有减少的挥发性有机组分的水基聚氨酯涂料组合物。
背景技术
多种制品诸如航空和航天飞行器经常被涂覆以实现诸如耐溶剂性、耐燃料和液压流体性、耐候性、耐磨性、硬度和/或美学特性的性能。为此，已经使用了一般包含活化剂、基础组分和稀释剂的聚氨酯涂料。典型地，所述活化剂为有机多异氰酸酯，所述基础组分为含羟基的聚合物树脂，所述稀释剂为溶剂混合物。为了实现高性能，例如为航空航天应用所需的，使用大量的溶剂来平衡膜性能与外观和美学特性。然而，这样大量溶剂的使用会产生大量的挥发性有机组分(“VOC”)，即按照美国环境保护署的计算方法在典型的溶剂基配制物中大约420g/L。出于生态和经济原因，以及为了遵守不断变化的政府标准，减少这些配制物中所用的VOC的量是希望的。因此，已经努力用水替代溶剂基聚氨酯涂料组合物中的有机溶剂。
为了减少聚氨酯涂料中的VOC的量，已经开发了水基聚氨酯涂料。然而，迄今为止，水基聚氨酯涂料还不能与溶剂基涂料的高性能相比。由于水基聚氨酯涂料中所用的水基多元醇树脂在与活化剂合并之前被分散在水中用于储存，因此该水基聚氨酯涂料的性能遭受损失。水基多元醇树脂往往具有低分子量和许多酯键，使得它易于随着时间的逝去而水解。水解会降低该树脂的整体分子量，产生显示出不良的抗冲击性、有效期、光泽等的较低分子量产物。另外，水解速率在不同条件例如批次数、pH和储存时间下是难以控制的，从而导致膜性能的显著变动。
另外，经常通过高剪切混合水基多元醇树脂与亲水性异氰酸酯制备水基聚氨酯涂料。需要高剪切能量以密切混合该亲水性异氰酸酯与多元醇树脂。为了克服所述多元醇树脂胶体与所述异氰酸酯之间的屏障，使用高剪切能量促进所述异氰酸酯迁移到所述多元醇树脂的胶束中。因此固化反应发生在新胶束内部以形成水基聚氨酯涂料组合物。然而，高剪切混合使用需要高压和高剪切能量以密切混合所述异氰酸酯和多元醇组分的设备，例如溶解器混合机和射流分散喷枪(jetdispersing spray gun)。这种设备对于许多应用而言是不可得的；例如，该设备对于例如汽车以及航空和航天飞行器的快速现场修补而言是不可得的。
最后，常规水基聚氨酯涂料的多元醇组分包括多元醇在水中的分散体。如上所述，由于多元醇可能水解成小分子，这类分散体产生不稳定的多元醇组分。此外，多元醇在水中的分散体使得高剪切混合是必要的。另外，多元醇组分经常包含在储存条件下在水相中不稳定的颜料和其他添加剂、例如铝粉。这些颜料和添加剂可能与水反应，从而限制水基涂料的发展和不利地影响涂料的性能。
发明概述
本发明提供了水基聚氨酯涂料组合物，其在一种实施方案中包含基本上无水的基础组分、活化剂和水。所述基本上无水的基础组分包括多元醇树脂，所述活化剂包括异氰酸酯。异氰酸酯组分与多元醇组分的组合是刚好足够亲水的以被分散在水相中并且形成稳定的分散体用于耐水性。如果所述组分过于亲水，则固化的涂层的耐水性将会过高而且不适合于高性能涂料应用。
所述基本上无水的基础组分至少包含亲水性多元醇树脂，其可以是任何亲水性多元醇树脂。非限制性实例包括亲水性聚酯多元醇、亲水性聚醚多元醇、亲水性聚氨酯多元醇、亲水性醇酸树脂多元醇、亲水性己内酯类多元醇、和亲水性丙烯酸类多元醇。按照另一实施方案，所述基本上无水的基础组分包括疏水性和亲水性多元醇树脂的混合物。在该实施方案中，所述亲水性多元醇树脂可以在所述基础组分中以至少约10wt％的量存在。
所述活化剂可以是任何合适的异氰酸酯。例如，在一种实施方案中，所述活化剂至少包含疏水性异氰酸酯组分。在另一实施方案中，所述活化剂包含疏水性和亲水性异氰酸酯组分的混合物。当使用疏水性和亲水性异氰酸酯组分的混合物时，疏水性异氰酸酯组分以至少约30wt％的量存在。
本发明的涂料组合物在某些实施方案中是三组分体系，其中所述基本上无水的基础组分、活化剂和水被分别储存并且直至施涂前不久才合并。由于所述多元醇基础组分被储存在基本上无水的环境中，多元醇树脂不会水解，由此延长贮存稳定性和提高涂料质量。为了产生上述涂料组合物，首先将多元醇基础组分与活化剂组分混合。在彻底混合所述基础组分和活化剂组分之后加入水以促进这两种组分的反应。基础组分和活化剂组分的彻底混合改善了固化和成膜作用，并且赋予与溶剂基聚氨酯涂料组合物相当的性能特性。
尽管水稀释所述组合物，但是其主要目的在于分散基础组分的多元醇和活化剂的异氰酸酯以促进这些组分的反应。在混合基础组分、异氰酸酯和水之后，可以添加另外的稀释剂以调节涂料的粘度从而使得容易施涂成为可能。该另外的稀释剂可以是溶剂或更多的水，尽管使用溶剂的话，期望仅至多使用在其下所述涂料组合物中的VOC含量保持低水平的溶剂量，即VOC含量在一种实施方案中低于约100g/L，在另一实施方案中低于约70g/L，以及在另一实施方案中低于约50g/L。为了使所述涂料组合物中的VOC含量进一步最小化，可以将水用作所述稀释剂。
根据本发明某些实施方案的水基涂料组合物显示出远优于先前的水基组合物并且与它们的溶剂基对应物相当的性能特性。另外，本发明水基涂料组合物的某些实施方案具有显著减少的VOC并且可以被手动混合，从而消除了对高剪切混合的需求。
发明详述
提供了例如可用于航空、航天、汽车、工业和建筑应用的水基聚氨酯涂料组合物。所述组合物具有低VOC并且显示与溶剂基聚氨酯涂料组合物相当的性能特性。在一种实施方案中，水基聚氨酯涂料组合物是包括基本上无水的基础组分、活化剂和水的三组分体系。所述基本上无水的基础组分包括一种或多种多元醇树脂，和所述活化剂组分包括一种或多种异氰酸酯。在一种实施方案中，所述一种或多种多元醇树脂是基本上无水的，但是在可供选择的实施方案中，所述一种或多种多元醇树脂是完全无水的。本文使用的术语“基本上无水”是指所述基础组分中的成分不被分散在水中。术语“三组分体系”是本领域已知的并且指在施涂之前基础组分和活化剂的分别储存。所述混合物的三组分直到施涂之前不久才被合并。
所述涂料的基本上无水的基础组分至少包含亲水性多元醇树脂。然而在可供选择的实施方案中，所述基本上无水的基础组分包含亲水性多元醇树脂的混合物或者亲水性和疏水性多元醇树脂的混合物。当基本上无水的基础组分包含亲水性和疏水性多元醇树脂的混合物时，亲水性多元醇树脂基于该基础组分的总重量可以以至少约10wt％的量存在于基础组分中。例如，在一种实施方案中，所述亲水性多元醇树脂的存在量基于该基础组分的总重量为约10-80wt％，所述疏水性多元醇树脂的存在量基于该基础组分的总重量为约20-90wt％。
在一种实施方案中，所述亲水性多元醇包含使得该多元醇树脂可水分散的亲水性基团。这类亲水性多元醇是本领域公知的，所述亲水性基团可以是水分散性离子基团或水分散性非离子基团。该水分散性离子基团可以是阴离子基团、非离子基团、或阴离子基团与非离子基团的组合。在有些情况下也可以使用阳离子基团。合适的水分散性阴离子基团的非限制性实例包括羧基、膦酸基、磺酸基、及其组合。合适的水分散性非离子基团的非限制性实例包括聚环氧烷基团，例如聚环氧乙烷基团。一种示例性的水溶性树脂为具有羧基的树脂，但是所述基团必须被中和成碱金属盐以使它在水中可溶。如果使用水分散性阴离子基团和水分散性非离子基团的组合，可能不需要中和。所述多元醇树脂含有足够浓度的结合的水分散性的亲水性基团以使得该低聚物可自水分散。然而，为了防止危害最终涂料制品的水敏感性，将水分散基团的浓度保持在该低聚物将具有不可接受高的水溶性的水平以下。
所述亲水性多元醇树脂可以是任何合适的亲水性树脂，和包含羟基和羧基两者。合适的亲水性多元醇树脂的非限制性实例包括聚酯、聚醚、醇酸树脂、聚氨酯、己内酯类(caprolactones)和丙烯酸类多元醇。在某些实施方案中，所述亲水性多元醇树脂具有每克试样约20-120mg KOH、例如每克试样约30-100mg KOH的OH(羟基)数。另外，在某些实施方案中，所述亲水性多元醇树脂具有每克试样约10-90mg KOH、例如每克试样约20-80mg KOH、或者有些情况下约30-70mgKOH/g的酸值。
在某些实施方案中，由两步工艺制备所述亲水性多元醇，该工艺包括首先制备OH数为每克试样约50-300mg KOH、例如每克试样约100-250mg KOH的疏水性含羟基多元醇。所述疏水性含羟基多元醇在某些实施方案中还具有每克试样小于约5mg KOH的酸值。该疏水性含羟基多元醇与酸酐反应以产生OH值为每克试样约20-120mg KOH和酸值为每克试样约10-90mg KOH的期望的亲水性多元醇。所述酸酐的用量足以产生具有期望的酸值的多元醇。可以使用通常用于上述反应的任何酸酐。合适的酸酐的非限制性实例包括六氢化邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、四氢化邻苯二甲酸酐、琥珀酸酐、以及它们的混合物。在一种实施方案中，所述酸酐为脂环族多元羧酸的酸酐，例如六氢化邻苯二甲酸酐。作为与羧酸酐反应的替代方案，可以使用二羟甲基丙酸或类似物在所述多元醇中引入酸基。
使用时，所述疏水性多元醇树脂可以是任何合适的疏水性多元醇树脂，其非限制性实例包括含有羟基和酸基的聚酯、聚醚、聚氨酯、醇酸树脂、己内酯类和丙烯酸类多元醇。在某些实施方案中，所述疏水性多元醇树脂具有每克试样约50-300mg KOH、例如每克试样约100-200mg KOH的OH数。另外，所述疏水性多元醇树脂在某些实施方案中具有每克试样约0-5mg KOH的酸值。
尽管在与活化剂组分合并之前被储存时所述基础组分的成分不是分散在水中的，但是该基础组分必须是可水分散的以便与活化剂适当地反应而形成涂料组合物。为了使基本上无水的基础组分在水中可分散，用叔胺、无机碱或氨中和所述亲水性基团。合适的叔胺的非限制性实例包括三乙胺、N，N-二乙基乙醇胺、三甲胺、和N，N-二甲基乙醇胺。合适的无机碱的非限制性实例包括碱金属氢氧化物和碳酸盐，例如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸氢钠。
当疏水性多元醇树脂和亲水性多元醇树脂的混合物用作所述基本上无水的基础组分时，通过混合该疏水性多元醇树脂与亲水性树脂以提供期望的多元醇混合物而制备所述基础组分。除了多元醇基料之外，所述基础组分可以进一步包括溶剂、催化剂、颜料、添加剂等。除了加入到基础组分中之外，如同下文进一步论述的，溶剂可以加入到所述活化剂中。
当溶剂加入到基础组分或活化剂中时，经常期望的是仅仅使用相对较少的量以便使所得涂料组合物中的VOC最小化。加入的溶剂常用于降低粘度，控制成膜，和/或消除某些膜缺陷。例如，加入的溶剂可以润湿底漆表面，降低涂料的表面张力，溶解涂料的基料树脂，促进混合，控制成膜，提供用于固化反应的环境，和/或调节所得涂料的施涂时间和有效期。合适的有机溶剂的非限制性实例包括脂族烃类、芳族烃类、酮类和酯类。合适的脂族烃类的非限制性实例包括己烷、庚烷、辛烷等。合适的芳族烃类的非限制性实例包括苯、甲苯、二甲苯等。合适的酮类的非限制性实例包括甲基异丁基酮、二异丁基酮、甲基乙基酮、甲基己基酮、乙基丁基酮等。合适的酯类的非限制性实例包括乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸戊酯、乙酸2-乙基己酯等。可以使用溶剂混合物以优化涂料特性例如附着力和外观性能。使用时，溶剂的存在量有时基于所述涂料组合物的总重量为约1-3wt％，例如约1-2wt％。
所述涂料组合物可以进一步包含用于涂料组合物的常规添加剂，例如颜料、填料、UV吸收剂、流动助剂、流变学控制剂、和固化反应用催化剂。催化剂促进固化反应而且可以是叔胺、金属化合物催化剂、或它们的组合。合适的叔胺催化剂的非限制性实例包括三乙胺、N-甲基吗啉、三亚乙基二胺、吡啶、甲基吡啶等。合适的金属化合物催化剂的非限制性实例包括铅、锌、钴、钛酸酯、铁、铜和锡的化合物。例如，所述金属化合物催化剂可以是2-乙基己酸铅、2-乙基己酸锌、环烷酸钴、钛酸四异丙酯、环烷酸铁、环烷酸铜、二乙酸二丁基锡、二辛酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡等。
使用时，所述催化剂以基于所述涂料组合物中树脂固体的总重量的约0.001-0.05wt％的总量存在。例如，催化剂的存在量基于所述涂料组合物中树脂固体的总重量可以是约0.005-0.02wt％。
术语“颜料”包括填料和增量剂以及常规颜料。颜料是赋予最终涂料组合物颜色或不透明性的颗粒材料。增量剂和填料通常是可以用于减少配制物成本或者改变其性能的无机材料。合适的颜料的非限制性实例包括炭黑、二氧化钛、碳酸钙、氧化铁、硅酸铝、硫酸钡、和彩色颜料。使用时，颜料的存在量基于所述涂料组合物的全部固体重量有时为约10-50wt％，例如约20-40wt％。
所述活化剂至少包含疏水性异氰酸酯。然而，在可供选择的实施方案中，所述活化剂可以包含亲水性异氰酸酯和疏水性异氰酸酯的混合物。疏水性异氰酸酯具有两个或更多个异氰酸酯基团，即该异氰酸酯可以选自二聚体、三聚体、加合物、聚合型异氰酸酯和预聚型异氰酸酯。疏水性异氰酸酯可以包括芳族异氰酸酯、脂族异氰酸酯、或它们的组合。合适的芳族异氰酸酯的非限制性实例包括甲苯2，4-二异氰酸酯、甲苯2，6-二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、聚亚甲基二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、间亚苯基二异氰酸酯、萘1，5-二异氰酸酯、萘2，4-二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、对二甲苯二异氰酸酯等。合适的脂族异氰酸酯的非限制性实例包括异佛尔酮二异氰酸酯、1，4-环己烷二异氰酸酯、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、双(异氰酸基甲基)环己烷、四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯等。这些异氰酸酯中的许多可从诸如Bayer Corporation、BASF、ICI、Dow、Huntsman和Degussa的公司购得。
合适的亲水性异氰酸酯的非限制性实例包括含聚环氧乙烷基团、磺酸盐基团或类似物的异氰酸酯。这些异氰酸酯也可以选自二聚体、三聚体、加合物、聚合型异氰酸酯和预聚型异氰酸酯。合适的亲水性异氰酸酯可从诸如Bayer Corporation、BASF、ICI、Dow、Huntsman和Degussa的公司购得。例如，合适的市售产品包括Bahydur 302、XP7156、VPLS2319、VPLS2336、XP2570，它们全都可购自BayerCorporation。
如上所述，可以将少量有机溶剂加入到所述活化剂组分中以调节粘度。适合该目的的溶剂与上面关于所述基础组分列出的那些相同。使用时，溶剂在活化剂组分中的存在量至多为足以使得涂料组合物的VOC量在一种实施方案中小于约100g/L，在另一实施方案中小于约70g/L，以及在另一实施方案中小于约50g/L。在一种实施方案中，例如，溶剂在所述活化剂组分中的存在量基于多异氰酸酯的总重量可以是约0.5-1wt％。
选择所述涂料组合物中的基础组分和活化剂组分的量以使得异氰酸酯基与羟基的比率为约3∶1-1∶1，例如约2∶1-1∶1。
除了所述基本上无水的基础组分和活化剂组分之外，在一些实施方案中所述水基聚氨酯涂料进一步包含稀释剂。稀释剂用于调节施涂粘度以及提供用于成膜和固化的环境。在一种实施方案中，稀释剂至少含有流变学控制添加剂。然而，如果期望的话，所述稀释剂也可以包含辅助物质和添加剂、一种或多种丙烯酸类多元醇乳液、和有机溶剂。
为了制备水基聚氨酯涂料组合物，通过简单的机械混合工艺或者通过人工混合将所述基础组分和活化剂组分、以及如果使用的话所述稀释剂混合。各组分分别保存直到施涂之前不久。首先混合活化剂组分和基础组分，接着当使用稀释剂时加入该稀释剂，从而产生含异氰酸酯和多元醇两者的乳液胶束。
本发明的涂料组合物可以使用任何合适的涂覆方法施涂，而且可以施涂至任何合适的干膜厚度。
例如，在某些实施方案中，将所述涂料组合物施涂至约1-6密尔的干膜厚度。在一种实施方案中，将所述涂料组合物施涂至约2-4密尔的干膜厚度。
本发明的涂料组合物可以通过刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、流涂等施涂。施涂之后，成膜可以在加热或不加热的情况下实现。所述涂料组合物在环境温度下固化至少约一周、或者在60℃固化约24小时之后显示优异的膜性能。在某些实施方案中，所述涂料组合物在约8-24小时内带触干(dry to tape)。
本发明的涂料组合物可以施涂于任何合适的基材，往往在底漆上施涂而且可以用作面涂层、底涂层或透明涂层。或者，所述涂料组合物可以用作单涂层体系，从而消除对单独的面涂层、底涂层和/或透明涂层的需求。
合适的基材不限制地包括金属和聚合物基材。合适的金属基材包括但不限于由例如冷轧钢、不锈钢以及用金属锌、锌化合物和锌合金中的任一种表面处理的钢(包括电镀锌钢、热浸镀锌钢、GALVANNEAL钢和镀锌合金的钢)构成的箔、片或工件，还可以使用铜、镁、以及它们的合金、铝合金、锌-铝合金例如GALFAN、GALVALUME、镀钢的铝和镀钢的铝合金基材。另外，合适的金属基材包括银、金、及其合金。
合适的聚合物基材的实例为聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、三聚氰胺树脂、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚氨酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮以及相应的共聚物和嵌段共聚物、可生物降解的聚合物和天然聚合物-例如明胶。
如同将会理解的那样，本发明还涉及至少部分涂有由本发明涂料组合物沉积的涂层的基材，以及使用本发明的涂料组合物涂覆基材的相关方法。
实施例
下列非限制性实例说明本发明的水基聚氨酯涂料组合物的示例性组成。在实施例和对比例中，下表1中列出的原料可以被描述成如所示那样：
表1
  原料   描述   供应商
  Lexorez 1405-65   酸聚酯多元醇树脂   Inolex Chemical Company
  K-Flex 188   聚酯多元醇   King Industries
  K-Flex XMA308   聚酯多元醇   King Industries
  CAPA 4101   己内酯多元醇   Solvay Caprolactones
  Desmophen 365   丙烯酸类多元醇树脂   Bayer Material Science
  Bayhydrol XP2470   水基丙烯酸类多元醇   Bayer Material Science
  Bayhydrol XP7093   水基聚酯多元醇   Bayer Material Science
  Desmodur XP2410   疏水性多异氰酸酯   Bayer Material Science
  Bayhydur VP LS2319   亲水性多异氰酸酯   Bayer Material Science
  Bayhydur XP2570   亲水性多异氰酸酯   Bayer Material Science
  三乙胺   胺   Aldrich
  丙酮   豁免溶剂   Aldrich
  乙酸叔丁酯   豁免溶剂   Lyondell
  Proglyde DMM   溶剂   Dow Chemical Company
甲基丙基酮 溶剂   Eastman ChemicalCompany
  甲基戊基酮   溶剂   Eastman Chemical
  Baysilone Additive3468   流动添加剂   Lanxess Corporation
  Tinuvin 1130   UV稳定剂   Ciba Specialty Chemical
  Tinuvin 292   UV稳定剂   Ciba Specialty Chemical
  Surfynol 104BC   润湿添加剂   Airproducts
  Byk-345   润湿添加剂   BYK-Chemie
  原料   描述   供应商
  Borchi Gel PW25   流变学添加剂   Lanxess Corporation
  Ti-Pure R706   TiO2   DuPont
  Aerosil R942   SiO2   Degussa Corporation
对比例
通过分别预备和储存基础组分、活化剂组分和稀释剂，制备以下对比例1和2的水基涂料组合物。在涂料组合物施涂之前不久，使用高剪切混合设备将基础组分与活化剂组分混合。然后加入稀释剂并且再次混合该混合物。通过例如经由HVLP(大容量，低压)喷枪喷射所得的组合物将它施涂于用出自PRC-DeSoto Int.，Inc的CA7700底漆涂覆的铝基材上。
对比例1
制备具有表2所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有99.66g/L的VOC水平和49.96％的非挥发性物质(“NVM”)水平。
表2
  基础组分   重量％
  DI水   5.49
  BYK-011   0.65
  DisperBYK-190   1.83
  Ti-Pure R706   20.33
  Aerosil R942   0.09
  Byk-345   0.51
  Borchigel PW25   0.13
  Baysilone Additive 3468   0.46
  Bayhydrol XP2470   33.18
  DI水   3.04
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   6.00
  Bayhydur XP2570   7.02
  Proglyde DMM   0.51
  稀释剂   重量％
  DI水   20.78
对比例2
制备具有表3所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有24.46g/L的VOC水平和49.45％的NVM水平。
表3
  基础组分   重量％
  DI水   5.29
  BYK-011   0.58
  DisperBYK-190   3.23
  Ti-Pure R706   20.58
  Baysilone Additive 3468   0.40
  Bayhydrol XP2470   1.70
  Bayhydrol XP7093   39.58
  DI水   9.04
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   6.81
  Bayhydur XP2570   7.12
  稀释剂   重量％
  DI水   5.65
实施例
通过分别预备和储存基础组分、活化剂组分和稀释剂，制备以下实施例1至7的水基涂料组合物。在涂料组合物施涂于基材上之前不久，例如使用抹刀将基础组分与活化剂组分手动混合。然后加入稀释剂并且再次手动混合该混合物。通过例如经由HVLP(大容量，低压)喷枪喷射每一所得组合物将它施涂于用出自PRC-DeSoto Int.，Inc的CA7700底漆涂覆的铝基材上。施涂的涂层接着在环境温度下固化约一周。
实施例1
制备具有表4所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有43.50g/L的VOC水平和66.5％的NVM水平。
表4
  基础组分   重量％
  Lexorez 1405-65   11.51
  K-Flex XMA308   11.51
  三乙胺   1.18
  Proglyde DMM   1.55
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   9.43
  Bayhydur XP2570   11.04
  稀释剂   重量％
  DI水   53.75
实施例2
制备具有表5所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有69.60g/L的VOC水平和42.34％的NVM水平。
表5
  基础组分   重量％
  Lexorez 1405-65   11.75
  K-Flex 188   11.75
  三乙胺   1.20
  Proglyde DMM   1.59
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   8.68
  Bayhydur XP2570   10.16
  稀释剂   重量％
  DI水   54.87
实施例3
制备具有表6所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有50.42g/L的VOC水平和62.20％的NVM水平。
表6
  基础组分   重量％
  Lexorez 1405-65   8.18
  K-Flex XMA308   8.18
  三乙胺   0.83
  甲基丙基酮   0.98
  Ti Pure R760   32.72
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   6.04
  Bayhydur XP2570   7.08
  稀释剂   重量％
  DI水   35.99
实施例4
制备具有表7所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有50.44g/L的VOC水平和62.20％的NVM水平。
表7
  基础组分   重量％
  Lexorez 1405-65   8.18
  K-Flex XMA308   8.18
  三乙胺   0.83
  甲基戊基酮   0.98
  Ti Pure R760   32.72
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   6.04
  Bayhydur XP2570   7.08
  稀释剂   重量％
  DI水   35.99
实施例5
制备具有表8所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有49.59g/L的VOC水平和62.00％的NVM水平。
表8
  基础组分   重量％
  Lexorez 1405-65   5.13
  Desmophen 365   2.77
  K-Flex XMA308   10.40
  三乙胺   0.57
  甲基戊基酮   0.35
  Ti Pure R760   26.34
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   7.48
  Bayhydur XP2570   8.77
  稀释剂   重量％
  DI水   38.12
实施例6
制备具有表9所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有70.80g/L的VOC水平和52.80％的NVM水平。
表9
  基础组分   重量％
  Lexorez 1405-65   3.96
  Desmophen 365   2.11
  CAPA 4101   2.64
  K-Flex XMA308   5.28
  三乙胺   0.43
  丙酮   0.99
  Baysilone Additive 3468   0.13
  Surfynol 104BC   0.13
  Ti-Pure R706   7.39
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   9.16
  Bayhydur VP LS2319   12.41
  稀释剂   重量％
  Bayhydrol XP2470   2.43
  Borchi Gel PW25   0.23
  DI水   31.68
实施例7
制备具有表10所示组成的水基聚氨酯涂料。该涂料具有69.60g/L的VOC水平和47.89％的NVM水平。
表10
  基础组分   重量％
  Lexorez 1405-65   3.60
  Desmophen 365   1.58
  Solsperse 39000   0.18
  K-Flex XMA308   5.67
  三乙胺   0.39
  乙酸叔丁酯   4.44
  Tinuvin 1130   0.64
  Tinuvin 292   0.32
  Baysilone Additive 3468   0.10
  Surfynol 104BC   0.10
  Ti-Pure R706   14.79
  活化剂组分   重量％
  Desmodur XP2410   13.56
  K-Kat XC6212   0.14
  稀释剂   重量％
  Bayhydrol XP2470   17.74
  Borchi Gel PW25   0.44
  DI水   36.47
测试与结果
如上述实施例所示，可以通过调节所述基础组分、活化剂组分和稀释剂的用量和含量而控制所得涂料组合物的VOC水平。因此，在一些实施方案中，所述涂料组合物具有小于约100g/L的VOC水平，例如实施例6所示。在其它实施方案中，所述涂料组合物具有小于约70g/L的VOC水平，例如实施例2、3、4和7所示。在另外的实施方案中，所述涂料组合物具有小于约50g/L的VOC水平，例如实施例1和5所示。
测试实施例和对比例以确定多种性能特性，包括粘胶牢度(tapeadhesion)、雾度和镜面光泽(以入射角20°和60°测量)、MEK(甲基乙基酮)耐受性、指触干燥(set-to-touch)时间、抗冲击性、耐热水性和特种液压工作油(skydrol)耐受性。另外，测定每一实施例和对比例的NVM百分比和以g/L计的VOC水平。按照ASTM D2369测定NVM百分比，按照ASTM D 3960测定VOC水平。实施例和对比例的NVM百分比和VOC水平在上文被报道。
粘胶牢度
按照ASTM D3359测定粘胶牢度并且结果报道在表11中。
表11
  试样   粘胶牢度
  对比例1   5B
  对比例2   5B
  实施例1   5B
  实施例2   5B
  实施例3   5B
  实施例4   5B
  实施例5   5B
  实施例6   5B
  实施例7   5B
雾度和镜面光泽
使用BYK-Gardner雾度光泽仪按照ASTM E430和D523测定雾度和镜面光泽并且结果报道在表12中。
表12
  试样   雾度   20°   60°
  对比例1   29.1   77.5   87.3
  对比例2   36.8   77.9   87.0
  实施例1   8.4   83.0   89.9
  实施例2   8.8   83.1   90.7
  实施例3   16.1   80.5   90.5
  实施例4   3.6   82.8   92.8
  实施例5   4.6   85.1   93.8
  实施例6   6.3   84.2   93.4
  实施例7   2.8   83.7   92.4
MEK耐受性
按照ASTM D5402经过200次MEK往返擦洗测定MEK耐受性并且结果报道在表13中。
表13
  试样   MEK耐受性
  对比例1   合格
  对比例2   合格
  实施例1   合格
  实施例2   合格
  实施例3   合格
  实施例4   合格
  实施例5   合格
  实施例6   合格
  实施例7   合格
指触干燥时间
按照ASTM D1640测定指触干燥时间并且结果报道在表14中。
表14
  试样   指触干燥时间
  对比例1   2小时
  对比例2   8小时
  实施例1   12小时
  实施例2   12小时
  实施例3   12小时
  实施例4   12小时
  实施例5   12小时
  实施例6   4-6小时
  实施例7   4-6小时
抗冲击性
使用BYK-Gardner冲击试验机按照ASTM D2794测定抗冲击性并且结果报道在表15中。
表15
  试样   抗冲击性(正向/反向冲击)
  对比例1   20/10in-lb
  对比例2   80/80in-lb
  实施例1   100/100in-lb
  实施例2   100/100in-lb
  实施例3   100/100in-lb
  实施例4   100/100in-lb
  实施例5   100/100in-lb
  实施例6   100/100in-lb
  实施例7   100/100in-lb
耐热水性
按照ASTM D870测定耐热水性。将每一试样浸没在158℉的去离子水中达24小时。结果报道在表16中。
表16
  试样   耐热水性
  对比例1   合格
  对比例2   合格
  实施例1   合格
  实施例2   合格
  实施例3   合格
  实施例4   合格
  实施例5   合格
  实施例6   合格
  实施例7   合格
Skydrol耐受性
按照ASTM D870测定skydrol耐受性。将每一试样浸没在158℉的Skydrol LD-4液压流体(出自Solutia，Inc.)中达24小时。结果报道在表17中。
表17
  试样   SKYDROL耐受性
  对比例1   合格
  对比例2   合格
  实施例1   合格
  实施例2   合格
  实施例3   合格
  实施例4   合格
  实施例5   合格
  实施例6   合格
  实施例7   合格
如同从测试结果中看出的那样，实施例1-7的水基涂料组合物与包含在水中分散的基础组分的对比例1相比具有显著减少的VOC水平。另外，实施例1-7的水基组合物具有显著改善的性能特性。例如，实施例1-7的水基组合物令人惊讶地显示出比对比例1和2的组合物更好的抗冲击性和镜面光泽。另外，尽管对比例2的组合物具有较低的VOC含量，但是与实施例1-7的组合物相比它显示出差得多的性能特性。实施例1-7的组合物能够将非常低的VOC水平与优异的性能特性结合，这是先前在水基涂料组合物中实现不了的。
此外，实施例1-7的水基涂料组合物显示与常规的溶剂基涂料组合物相似的性能特性。特别地，一种市售溶剂基涂料组合物为出自PRC-DeSoto Int.，Inc的CA8000。这种溶剂基涂料组合物的雾度和20°镜面光泽10.5/83.6与上文对于实施例1-7的水基组合物所报道的值非常相似。另外，这种溶剂基组合物的抗冲击性100/100in-lb与对于实施例1-7的水基组合物所报道的值相同。因此，本发明的水基组合物不仅具有减少的VOC，而且具有与常规水基组合物相比显著改善的性能特性，最终与它们的溶剂基对应物相当的性能并且满足例如航空航天工业的高性能需求。
已经参照示例性实施方案和方面描述了本发明，但是不限于这些实施方案和方面。本领域技术人员将会理解在不是有意图地脱离本发明的情况下可以进行其他变换和应用。例如，所述涂料组合物被描述成通过简单的机械混合工艺或者通过人工混合来混合。然而，理解的是也可以将其他混合工艺用于混合本发明的涂料组合物。另外，尽管所述涂料组合物被描述成可用于航空航天应用，但是它们也可能用于其他应用。因此，前述的说明不应当理解为限于所述的明确实施方案和方面，而是应当理解与下列权利要求一致并且作为其支持，下列权利要求意图具有其最完整和最合理的范围。
在上下文和权利要求中，有关数值范围的措辞“约”的使用意图同时修饰给出的上限值和下限值，而且反映与测量、有效数字和互换性有关的变化的边缘区域，这些均如同本发明所属领域的普通技术人员所理解的那样。

Claims (14)

1.水基涂料组合物，其包含：
包含亲水性聚酯多元醇树脂和疏水性聚酯多元醇树脂的基本上无水的基础组分，其中该亲水性聚酯多元醇占至少10wt％的该基础组分的总重量；
包含疏水性多异氰酸酯和亲水性多异氰酸酯的活化剂组分，其中该疏水性多异氰酸酯占至少30wt％的活化剂组分；
和
水。
2.权利要求1的水基涂料组合物，其中所述水基涂料组合物包含小于100g/L的挥发性有机组分。
3.权利要求1的水基涂料组合物，其中所述水基涂料组合物包含小于70g/L的挥发性有机组分。
4.权利要求1的水基涂料组合物，其中所述水基涂料组合物包含小于50g/L的挥发性有机组分。
5.权利要求1的水基涂料组合物，其进一步包含稀释剂。
6.权利要求5的水基涂料组合物，其中所述稀释剂为水。
7.权利要求1的水基涂料组合物，其中所述亲水性聚酯多元醇树脂在所述基本上无水的基础组分中的存在量基于该基本上无水基础组分的总重量为10-80wt％，所述疏水性聚酯多元醇树脂在所述基本上无水的基础组分中的存在量基于该基本上无水的基础组分的总重量为20-90wt％。
8.权利要求1的水基涂料组合物，其中所述亲水性聚酯多元醇树脂包含每克试样20-120mg KOH的OH值和每克试样10-90mg KOH的酸值。
9.权利要求1的水基涂料组合物，其中所述疏水性聚酯多元醇树脂包含每克试样50-300mg KOH的OH值和每克试样0-5mg KOH的酸值。
10.水基涂料组合物，其包含：
包含亲水性聚酯多元醇树脂和疏水性聚酯多元醇树脂的基本上无水的基础组分，其中该亲水性聚酯多元醇树脂占至少10wt％的该基础组分的总重量；
包含疏水性多异氰酸酯和亲水性多异氰酸酯的活化剂组分，其中该疏水性多异氰酸酯占至少30wt％的活化剂组分；和
水，
其中所述水基涂料组合物具有小于100g/L的挥发性有机组分含量，
其中所述水基涂料组合物在环境温度下可固化。
11.权利要求10的水基涂料组合物，其中所述水基涂料组合物包含小于70g/L的挥发性有机组分。
12.权利要求10的水基涂料组合物，其中所述水基涂料组合物包含小于50g/L的挥发性有机组分。
13.权利要求10的水基涂料组合物，其进一步包含稀释剂。
14.权利要求10的水基涂料组合物，其中所述亲水性聚酯多元醇树脂在所述基本上无水的基础组分中的存在量基于该基本上无水基础组分的总重量为10-80wt％，所述疏水性聚酯多元醇树脂在所述基本上无水的基础组分中的存在量基于该基本上无水的基础组分的总重量为20-90wt％。
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