CN104164181A - 高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆及其制备方法，所述面漆包括主漆和固化剂，所述主漆包括以下重量份的原料：KG-1树脂65-70份、润湿分散剂0.3-0.5份、有机膨润土0.3-0.5份、颜料25-30份、助剂0.6-1.2份、金属催干剂1-2份、有机锡0.1-0.2份、改性填料4-6份、仲丁酯2-3份。本发明与传统聚氨酯漆相比，该面漆具有低VOC、涂膜丰满度高、鲜映性好、抗划伤性好、毒性小、价格低，符合或超过HG/T4339-2012(其他面漆)的技术要求，是一种环境友好型功能性双组份涂料。

Description

高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工涂料技术领域，具体涉及一种高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆及其制备方法。

背景技术

传统聚氨酯漆固化后的涂膜具有优越的耐化学药品性，并且耐酸、碱、盐液及石油产品，因此在化工防腐、车辆、木器等领域有广泛应用。但聚氨酯漆存在价格高，有效施工固体份低，VOC排放较高的缺陷。随着我国机械行业涂装性价比要求的提高及环保意识不断加强，使得传统的聚氨酯漆很难满足现代涂装需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种VOC排放低、涂膜丰满度高、鲜映性、抗划伤性好，硬度高、毒性小，并且价格低廉的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆及其制备方法。

本发明提供的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，包括主漆和固化剂，所述主漆包括以下重量份的原料：KG-1树脂65-70份、润湿分散剂0.3-0.5份、有机膨润土0.3-0.5份、颜料25-30份、助剂0.6-1.2份、金属催干剂1-2份、有机锡0.1-0.2份、改性填料4-6份、仲丁酯2-3份。

其中，所述KG-1树脂包括以下重量份的原料：甘油20-40份、邻苯二甲酸酐30-40份、顺丁烯二酸酐3-6份、苯甲酸4-6份、不饱和植物油酸40-50份、二甲苯40-60份、BPO0.7-1份、苯乙烯25-30份。

其中，所述改性填料包括以下重量份的原料：高岭土100-150份、碳酸钙120-130份、沸石10-12份、纳米碳1-2份、三氧化钨1-2份、氧化镧2-3份、薄荷精油2-3份、过硼酸钠1-2份、氧化铝2-3份、沉淀法硫酸钡30-34份、茶多酚3-4份、柠檬酸三乙酯1-2份、钛酸酯偶联剂TMC-TTS4-6份、玉石粉1-2份。

其中，所述颜料为酞菁蓝、钛白粉、淡黄色粉三种颜料物质构成，三者的重量比为4-4.2:25-27:0.1-0.3。

其中，所述助剂包括消泡剂、流平剂、防结皮剂，其中消泡剂为海明斯消泡剂5500，按照重量百分比计，用量为主漆总重量的0.3-0.5％；流平剂为BYK-306，用量为主漆总重量的0.2-0.4％；防结皮剂为841，用量为主漆总重量的0.1-0.3％。

其中，所述的固化剂与主漆的质量比为1:5，固化剂包括以下重量份的原料：乙酸正丁酯59.3份、脱水剂0.7份、多异氰酸酯40份。

本发明提供的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将65-70份KG-1树脂加入配料罐内，开启搅拌在500-800r/min加入0.3-0.5份润湿分散剂搅匀，再依次加入0.3-0.5份有机膨润土、25-30份颜料、4-6份改性填料，再提升搅拌转速至1000-1200r/min搅拌30min，用80目筛网过滤进入砂磨机循环研磨，出口物料温度≤70℃，细度控制≤20μm；

(2)、将细度研磨合格的漆浆进入兑稀罐中，开启搅拌在100-200r/min用色浆调色到符合要求，再0.6-1.2份助剂、1-2份金属催干剂及0.1-0.2份有机锡搅匀；

(3)、搅匀后用2-3份仲丁酯调整粘度至80-100(S)/涂-4，用200目振动筛过滤、包装，即得到主漆。

(4)、将固化剂加入到主漆中混合均匀，再用稀释剂稀释后即得。

其中，所述KG-1树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将20-40份甘油、30-40份邻苯二甲酸酐、3-6份顺丁烯二酸酐、4-6份苯甲酸、40-50份不饱和植物油酸、少量二甲苯加入反应釜中，关闭反应釜盖，用1-2h升温至180±2℃保持酯化2h，再用1-2h升温至200±2℃保持酯化至酸值≤20mgKOH/g，然后降温至140℃以下加入余下的二甲苯兑稀，得到基础醇酸树脂备用；

(2)、将0.7-1份BPO、25-30份苯乙烯加入配料罐中，混合均匀备用；

(3)、将混合均匀的单体加入步骤(1)制得的基础醇酸树脂中，升温至140±2℃保持共聚3-4h，期间每间隔1小时取样1次，测转化率，当转化率≥98时降温，过滤出料得KG-1树脂。

其中，所述改性填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将100-150份高岭土、120-130份碳酸钙、10-12份沸石在450-480℃下煅烧4-5h，冷却至室温，取出后，加入3-4的氢氧化钠溶液中研磨1-2小时，然后，加入12-15的盐酸溶液，调节PH值为4-5，陈化10-15小时，再加氢氧化钠溶液调节研磨液pH为中性，过滤，烘干得到填料粉末；

(2)、将上述所得粉末与1-2份纳米碳、1-2份三氧化钨、2-3份氧化镧、2-3份薄荷精油、1-2份过硼酸钠、2-3份氧化铝、30-34份沉淀法硫酸钡、3-4份茶多酚、1-2份柠檬酸三乙酯、4-6份钛酸酯偶联剂TMC-TTS、1-2份玉石粉混合，并以8000-10000转/分的高速分散均匀，即得。

其中，所述固化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将59.3份乙酸正丁酯投入干净的配料罐内，开启搅拌在300-500r/min的转速下加入0.7份脱水剂，搅拌5min后关闭搅拌，开始计时静置；

(2)、静置4h后，开启搅拌在300-500r/min的转速下加入40份多异氰酸酯，搅拌10min搅拌均匀后关闭并撤下搅拌；

(3)、检测合格后用200目筛网过滤包装。

本发明通过利用具有高固低粘、低VOC、高丰满度、耐化学腐蚀、抗划伤、硬度高、易施工等优点的KG-1树脂，与传统聚氨酯漆相比，该面漆具有低VOC、涂膜丰满度高、鲜映性、抗划伤性好、毒性小、价格低的优势，符合或超过HG/T4339-2012(其他面漆)的技术要求，是一种环境友好型功能性双组份涂料。

其中，

1、基础醇酸树脂中选择不饱和植物油酸，利用不饱和植物油酸中的-C＝C-，为涂膜的氧化交联干燥提供反应基团。

2、采用顺丁烯二酸酐代替部分苯酐，确保醇酸树脂中共轭双键的数量，提高反应活性点。

3、用苯甲酸调节基础醇酸树脂的分子量，使础醇酸树脂的分子量分布均匀、相对分子量更低，为后期与苯乙烯共聚奠定良好的基础，并且提高树脂固体份，降低树脂粘度，最终降低VOC。

4、利用基础醇酸树脂中醇超所保留的-OH，可与-NCO交联反应。

5、-C＝C-的氧化交联干燥、-OH与-NCO的交联干燥，使得涂膜干燥方式属于双交联干燥，最终使涂膜形成网状体型交联结构，提高涂膜交联密度。

6、基础醇酸树脂酯化反应温度低，降低了能耗。

7、整体简化了树脂合成工艺，缩短了生产台时，降低了能耗。

8、合成KG-1树脂所需原料都是工业品，原料易得，合成工艺简单。

9、合成KG-1树脂，将苯乙烯直接加入到基础醇酸树脂中共聚，用的是低聚物共聚法，使得共聚物分子量分布更均匀、相对分子量更低，制得的树脂具有高固低粘、低VOC。

10、采用KG-1树脂为成膜物，降低了涂料的VOC，提高了涂膜的丰满度、鲜映性、抗划伤性、耐候性，并且降低了成漆的生产成本，制得了环境友好型涂料。

具体实施方式

以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。

高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，包括主漆和固化剂，

主漆包括以下重量份的原料：

KG-1树脂65-70份、润湿分散剂0.3-0.5份、有机膨润土0.3-0.5份、颜料25-30份、助剂0.6-1.2份、金属催干剂1-2份、有机锡0.1-0.2份、改性填料4-6份、仲丁酯2-3份。

所述KG-1树脂，其组分见下表，

KG-1树脂的制备方法为：

(1)、按上表所示的重量份分别称取组份一、组份二中的各种原料；

(2)、将组份一中的甘油、邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、苯甲酸、不饱和植物油酸、少量二甲苯加入反应釜中，关闭反应釜盖，用1-2h升温至180±2℃保持酯化2h，再用1-2h升温至200±2℃保持酯化至酸值≤20mgKOH/g，然后降温至140℃以下加入余下的二甲苯兑稀，得到基础醇酸树脂备用；

(3)、将组份二中的BPO、苯乙烯加入配料罐中，混合均匀备用；

(4)将混合均匀的单体加入步骤(2)制得的基础醇酸树脂中，升温至140±2℃保持共聚3-4h，期间每间隔1小时取样1次，测转化率，当转化率≥98时降温，过滤出料得KG-1树脂。

KG-1树脂具有高固低粘、低VOC、高丰满度、耐化学腐蚀、抗划伤、硬度高、易施工等优点，因此本发明用KG-1树脂为成漆基料。KG-1树脂是制漆的关键材料，基础醇酸树脂结构的设计、苯乙烯改性量的确定、共聚反应温度的控制、引发剂用量、共聚方式、干燥方式，是树脂性能好坏的关键所在，有效控制能使KG-1树脂的分子量分布较窄、降低相对分子量，从而获得高固低粘型、低VOC树脂，主要通过以下途径解决。

在基础醇酸树脂中，选择不饱和植物油酸，利用不饱和植物油酸中的-C＝C-，为涂膜的氧化交联干燥提供反应基团；采用顺丁烯二酸酐代替部分苯酐，确保基础醇酸树脂中共轭双键数量，提高反应活性点；用苯甲酸进行调节，使基础醇酸树脂分子量分布均匀、相对分子量更低，为后期与苯乙烯共聚制备高固低粘型、低VOC树脂奠定良好的基础。

苯乙烯改性量直接影响涂膜的硬度、干燥时间、抗划伤性、重涂性，通过反复试验确定苯乙烯改性重量百分比为总体系的25-30％，即可满足要求。

共聚反应温度直接影响KG-1树脂的分子量分布、相对分子量的大小，通过实验确定140±2℃为最佳的共聚反应温度。

引发剂的用量也影响着KG-1树脂的分子量分布、相对分子量大小，通过实验确定引发剂重量百分比为总体系的0.7-1％，可满足要求。

共聚方式也同样影响着KG-1树脂的分子量分布、相对分子量大小，通过实验确定采用低聚物共聚法，可制得高固低粘型、低VOC树脂。

KG-1树脂中含有-C＝C-及-OH，即能氧化交联干燥，也可与-NCO交联干燥，属于双交联干燥方式，最终使涂膜形成网状体型交联结构。

所述改性填料，其组分见下表，

序号	原料名称	规格	重量份
				1	高岭土	工业合格	100-150
2	碳酸钙	工业合格	120-130

3	沸石	工业合格	10-12
				4	纳米碳	工业合格	1-2
5	三氧化钨	工业合格	1-2
				6	氧化镧	工业合格	2-3
7	薄荷精油	工业合格	2-3
				8	过硼酸钠	工业合格	1-2
9	氧化铝	工业合格	2-3
				10	沉淀法硫酸钡	工业合格	30-34
11	茶多酚	工业合格	3-4
				12	柠檬酸三乙酯	工业合格	1-2
13	钛酸酯偶联剂TMC-TTS	工业合格	4-6
				14	玉石粉	工业合格	1-2

改性填料的制备方法为：

(1)、按上表所示的重量份分别称取各种原料；

(2)、将高岭土、碳酸钙、沸石在450-480℃下煅烧4-5h，冷却至室温，取出后，加入3-4的氢氧化钠溶液中研磨1-2小时，然后，加入12-15的盐酸溶液，调节PH值为4-5，陈化10-15小时，再加氢氧化钠溶液调节研磨液pH为中性，过滤，烘干得到填料粉末；

(3)、将上述所得粉末与其它剩余成分混合，并以8000-10000转/分的高速分散均匀，即得。

所述颜料由酞菁蓝、钛白粉、淡黄色粉三种颜料物质构成，三者的重量比为4-4.2:25-27:0.1-0.3。选择耐光性3-4级、耐候性5-6级的颜料，可提高涂膜的抗变色性

所述助剂包括消泡剂、流平剂、防结皮剂，其中消泡剂为海明斯消泡剂5500，按照重量百分比计，用量为主漆总重量的0.3-0.5；流平剂为BYK-306，用量为主漆总重量的0.2-0.4；防结皮剂为841，用量为主漆总重量的0.1-0.3。

制备主漆的其余原料为本行业人员公知材料，故在此段中不予赘述。

主漆的制备方法为：

(1)将65-70份KG-1树脂加入配料罐内，开启搅拌在500-800r/min加入0.3-0.5份润湿分散剂搅匀，再依次加入0.3-0.5份有机膨润土、25-30份颜料、4-6份改性填料，再提升搅拌转速至1000-1200r/min搅拌30min，用80目筛网过滤进入砂磨机循环研磨，出口物料温度≤70℃，细度控制≤20μm；

(2)将细度研磨合格的漆浆进入兑稀罐中，开启搅拌在100-200r/min用色浆调色到符合要求，再0.2-0.9份助剂、1-2份金属催干剂及0.1-0.2份有机锡搅匀；

(3)搅匀后用2-3份仲丁酯调整粘度至80-100(S)/涂-4，用200目振动筛过滤、包装，即得到主漆。

主漆制备完成后，将固化剂加入到主漆中混合均匀，再用稀释剂稀释后即得高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆。

实施例1

本实施例提供的主漆，配方如下：

本实施例提供的主漆，制备方法如下：

(1)将74kg的KG-1树脂加入配料罐内，开启搅拌在500-800r/min加入0.4kg润湿分散剂搅匀，再依次加入0.3kg有机膨润土、由4.1kg酞菁蓝、20kg钛白粉、0.5kg淡黄色粉构成的颜料、5kg改性填料，再提升搅拌转速至1000-1200r/min搅拌30min，用80目筛网过滤进入砂磨机循环研磨，出口物料温度≤70℃，细度控制≤20μm；

(2)将细度研磨合格的漆浆进入兑稀罐中，开启搅拌在100-200r/min用色浆调色到符合要求，再加入由0.3kg流平剂、0.4kg消泡剂、0.2kg防结皮剂构成的助剂，与1kg金属催干剂、0.1kg有机锡搅匀；

(3)搅匀后用2kg仲丁酯调整粘度至80-100(S)/涂-4，用200目振动筛过滤、包装，即得到主漆。

实施例2

本实施例提供的固化剂，配方如下：

序号	原料名称	规格	重量份
				1	乙酸正丁酯	工业合格	59.3
2	脱水剂	工业合格	0.7
				3	多异氰酸酯	工业合格	40

本实施例提供的固化剂，制备方法如下：

(1)、按上表所示的重量份分别称取各种原料；

(2)、将乙酸正丁酯投入干净的配料罐内，开启搅拌在300-500r/min的转速下加入脱水剂，搅拌5min后关闭搅拌，开始计时静置；

(3)、静置4h后，开启搅拌在300-500r/min的转速下加入多异氰酸酯，搅拌10min搅拌均匀后关闭并撤下搅拌；

(4)、检测合格后用200目筛网过滤包装。

采用耐光性、耐候性好的多异氰酸酯为固化剂，该固化剂性能优于其他异氰酸酯固化剂。OH/NCO当量比对涂膜的综合性能影响很大，若固化剂过多交联密度增加，涂膜硬度高，耐磨性增强，但涂膜较脆，不耐冲击；若固化剂太少，则有-OH残留，亲水性增强，漆膜渗透性提高，同时漆膜硬度也随之降低，综合各方面的性能，并经反复实验确定以OH/NCO＝1-1.2为佳。

实施例3

按主漆:固化剂＝5:1配漆测试各项性能，实测结果汇总于下：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，包括主漆和固化剂，其特征在于：所述主漆包括以下重量份的原料：KG-1树脂65-70份、润湿分散剂0.3-0.5份、有机膨润土0.3-0.5份、颜料25-30份、助剂0.6-1.2份、金属催干剂1-2份、有机锡0.1-0.2份、改性填料4-6份、仲丁酯2-3份。

2.根据权利要求1所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，其特征在于：所述KG-1树脂包括以下重量份的原料：甘油20-40份、邻苯二甲酸酐30-40份、顺丁烯二酸酐3-6份、苯甲酸4-6份、不饱和植物油酸40-50份、二甲苯40-60份、BPO0.7-1份、苯乙烯25-30份。

3.根据权利要求1所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，其特征在于：所述改性填料包括以下重量份的原料：高岭土100-150份、碳酸钙120-130份、沸石10-12份、纳米碳1-2份、三氧化钨1-2份、氧化镧2-3份、薄荷精油2-3份、过硼酸钠1-2份、氧化铝2-3份、沉淀法硫酸钡30-34份、茶多酚3-4份、柠檬酸三乙酯1-2份、钛酸酯偶联剂TMC-TTS4-6份、玉石粉1-2份。

4.根据权利要求1所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，其特征在于：所述颜料为酞菁蓝、钛白粉、淡黄色粉三种颜料物质构成，三者的重量比为4-4.2:25-27:0.1-0.3。

5.根据权利要求1所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，其特征在于：所述助剂包括消泡剂、流平剂、防结皮剂，其中消泡剂为海明斯消泡剂5500，按照重量百分比计，用量为主漆总重量的0.3-0.5％；流平剂为BYK-306，用量为主漆总重量的0.2-0.4％；防结皮剂为841，用量为主漆总重量的0.1-0.3％。

6.根据权利要求1所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆，其特征在于：所述的固化剂与主漆的重量比为1:5，固化剂包括以下重量份的原料：乙酸正丁酯59.3份、脱水剂0.7份、多异氰酸酯40份。

7.制备权利要求1～6任意一项所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、将65-70份KG-1树脂加入配料罐内，开启搅拌在500-800r/min加入0.3-0.5份润湿分散剂搅匀，再依次加入0.3-0.5份有机膨润土、25-30份颜料、4-6份改性填料，再提升搅拌转速至1000-1200r/min搅拌30min，用80目筛网过滤进入砂磨机循环研磨，出口物料温度≤70℃，细度控制≤20μm；

(2)、将细度研磨合格的漆浆进入兑稀罐中，开启搅拌在100-200r/min用色浆调色到符合要求，再0.6-1.2份助剂、1-2份金属催干剂及0.1-0.2份有机锡搅匀；

(3)、搅匀后用2-3份仲丁酯调整粘度至80-100(S)/涂-4，用200目振动筛过滤、包装，即得到主漆。

(4)、将固化剂加入到主漆中混合均匀，再用稀释剂稀释后即得。

8.根据权利要求7所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆的方法，其特征在于：其中，所述KG-1树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将20-40份甘油、30-40份邻苯二甲酸酐、3-6份顺丁烯二酸酐、4-6份苯甲酸、40-50份不饱和植物油酸、少量二甲苯加入反应釜中，关闭反应釜盖，用1-2h升温至180±2℃保持酯化2h，再用1-2h升温至200±2℃保持酯化至酸值≤20mgKOH/g，然后降温至140℃以下加入余下的二甲苯兑稀，得到基础醇酸树脂备用；

(2)、将0.7-1份BPO、25-30份苯乙烯加入配料罐中，混合均匀备用；

(3)、将混合均匀的单体加入步骤(1)制得的基础醇酸树脂中，升温至140±2℃保持共聚3-4h，期间每间隔1小时取样1次，测转化率，当转化率≥98时降温，过滤出料得KG-1树脂。

9.根据权利要求7所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆的方法，其特征在于：其中，所述改性填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将100-150份高岭土、120-130份碳酸钙、10-12份沸石在450-480℃下煅烧4-5h，冷却至室温，取出后，加入3-4的氢氧化钠溶液中研磨1-2小时，然后，加入12-15的盐酸溶液，调节PH值为4-5，陈化10-15小时，再加氢氧化钠溶液调节研磨液pH为中性，过滤，烘干得到填料粉末；

(2)、将上述所得粉末与1-2份纳米碳、1-2份三氧化钨、2-3份氧化镧、2-3份薄荷精油、1-2份过硼酸钠、2-3份氧化铝、30-34份沉淀法硫酸钡、3-4份茶多酚、1-2份柠檬酸三乙酯、4-6份钛酸酯偶联剂TMC-TTS、1-2份玉石粉混合，并以8000-10000转/分的高速分散均匀，即得。

10.根据权利要求7所述的高固低粘型双酸改性快干聚氨酯面漆的方法，其特征在于：其中，所述固化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将59.3份乙酸正丁酯投入干净的配料罐内，开启搅拌在300-500r/min的转速下加入0.7份脱水剂，搅拌5min后关闭搅拌，开始计时静置；

(2)、静置4h后，开启搅拌在300-500r/min的转速下加入40份多异氰酸酯，搅拌10min搅拌均匀后关闭并撤下搅拌；

(3)、检测合格后用200目筛网过滤包装。