CN104530956B - 一种双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料 - Google Patents

一种双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，由主剂和固化剂两部分组成，主剂包括多氨基甲酸酯树脂，C3~C4的单元醇和二甲苯的混合液，填料和功能性助剂；固化剂包括聚缩醛，二甲苯和催化剂；其中，所述多氨基甲酸酯树脂为含有500‑1000 g.eq‑1质量当量氨基甲酸酯基团的丙烯酸树脂。本发明的涂料有效解决了现有NIPU涂料无法室温固化及传统聚氨酯涂料对湿度敏感、含有有毒游离异氰酸酯、固体份低、韧性差等问题，延长了活化期，溶剂挥发后可完成正常交联固化，实现涂料活化期与固化期的分离，交联固化后其网络结构仍为聚氨酯结构，提高了涂料的使用效率和施工效率及安全性。

Description

一种双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料
技术领域
本发明涉及一种双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料。
背景技术
聚氨酯材料是人类日常生活中比较通用的材料，其应用形式有聚氨酯弹性体、聚氨酯胶黏剂、聚氨酯涂料以及聚氨酯泡沫材料等。目前，绝大部分聚氨酯产品都是由异氰酸酯和多元醇反应制得。而异氰酸酯的合成国内外普遍采用光气法，光气是剧毒气体，存在严重的安全隐患、生产安全性差等问题。
随着环保意识不断增强，从20世纪90年代起化学工程界重视无异氰酸酯聚氨酯(简称NIPU)材料的开发和应用，NIPU指不用异氰酸酯为原料合成的聚氨酯。典型NIPU由多元环碳酸酯与多元胺反应合成。然而，多元环碳酸酯与多元胺配制成的NIPU涂料无法在室温固化，极大地限制了其应用领域。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明开发出了一种可室温固化的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，解决了现有NIPU涂料无法室温固化及传统聚氨酯涂料对湿度敏感、含有有毒游离异氰酸酯、固体份低、韧性差等问题。
本发明提供的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，由主剂和固化剂两部分组成，各组分按重量份数计，主剂包括多氨基甲酸酯树脂35~45份；C3~C4的单元醇和二甲苯的混合液8~10份；填料40~50份；功能性助剂5~7份；固化剂包括聚缩醛90~95份，二甲苯4.0~9.5份和催化剂0.5~1份；其中，所述多氨基甲酸酯树脂为含有500-1000 g.eq-1质量当量氨基甲酸酯基团的丙烯酸树脂；主剂和固化剂的用量比为30~36:1。质量当量为多氨基甲酸酯树脂平均分子量除以每一分子所含氨基甲酸酯基团数量的值。在这种配比情况下配制，可使涂层保持光泽(60o)>60，并具有较强的耐候性。
本发明对于作为固化剂成分的聚缩醛并没有特别限定，通过现有公知的任意方法来制造都可以，例如，可以将甲醛单体或其三聚体（三聚甲醛）、四聚体（四聚甲醛）等甲醛的环状低聚物进行均聚而得到的实质上仅有氧亚甲基单元构成的聚缩醛均聚物；使甲醛单体或其三聚体（三聚甲醛）、四聚体（四聚甲醛）等甲醛的环状低聚物与环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷、1,3-二氧戊环、1,4-丁二醇缩甲醛等二醇、二甘醇的环状聚甲醛等环状醚或环状缩甲醛共聚而得到的聚缩醛共聚物；使单官能缩水甘油醚共聚而得到的具有支链的聚缩醛共聚物；使多官能缩水甘油醚共聚而得到的具有交联结构的聚缩醛共聚物；等。也可以直接购买市售聚缩醛商品。其中，聚缩醛优选DOW公司型号为CHDA 88的产品。
作为优选方案，所述C3~C4的单元醇为正丁醇或异丙醇。通过这两种醇类分别与二甲苯混合后，能够更好地屏蔽涂料的固化反应进而增加涂料的使用活化期。C3~C4的单元醇与二甲苯的质量比优选1~10:1，其中以10:1最佳。
作为优选方案，所述催化剂为pKa<1的有机酸。pKa<1的有机酸作为催化剂可以提供克服醛基与胺基反应的所需的活化能，加快反应速度，缩短干燥时间，促进交联速率和密度，使交联反应充分进行，确保产品涂层致密均匀。
作为优选方案，所述催化剂为对甲苯磺酸(pKa=-2.8)、二壬基萘磺酸(pKa= -1.3)和乙二胺四乙酸(pKa= 0.9)中的一种或几种。这几种催化剂均易溶于二甲苯和C3~C4的单元醇溶剂，易于分散，且催化效果好。
作为优选方案，所述填料为钛白粉、硫酸钡、氧化锌和酞菁绿中的一种或几种。钛白粉和硫酸钡均可起到提高涂层的外观性和耐老化性等特征；氧化锌可起到紫外吸收剂的作用；酞菁绿为着色颜料。
作为优选方案，所述功能性助剂包括防沉剂、润湿分散剂、触变剂、流平剂和消泡剂中的一种或几种。润湿分散剂优选为改性聚氨酯或高分子不饱和羧酸盐中的一种或几种；防沉剂优选为蓖麻油衍生物类型；流平剂优选为聚酯改性有机硅类；消泡剂优选为硅酮类型；通过功能性助剂的选择使用可使涂层打到外观平整无气泡，施工性能良好的特性。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1、本发明涂料可实现在无异氰酸存在下，室温固化生成聚氨酯交联网络结构，降低游离异氰酸和其它可挥发性有机物含量，对施工人员及周边环境的影响危害降低。
2、本发明涂料形成的涂层可通过醇类或醚类等易挥发溶剂的加入屏蔽主剂树脂中的活性基团，延长活化期；待溶剂快速挥发后涂料可完成正常交联固化，实现涂料活化期与固化期的分离，涂层在交联固化后其网络结构仍为聚氨酯结构，提高涂料的使用效率。
3、本发明涂料由于其独特的反应机理，可解决传统聚氨酯涂料对湿度敏感易于水反应等缺陷，提高涂料的施工效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明。
以下实施例中，聚缩醛为DOW公司型号为CHDA 88的产品。
实施例1：
主剂采用氨基甲酸酯基团平均质量当量为500 g.eq-1的多氨基甲酸酯树脂35公斤；质量比1:1的二甲苯正丁醇混合溶剂5公斤；钛白粉44公斤；硫酸钡3公斤；氧化锌3公斤；防沉剂Henkel Rilanit HT Extra 2公斤；润湿分散剂Tego Dispers 610 4公斤；流平剂BYK 310 2公斤；消泡剂Tego Airex 931 2公斤；混合后经研磨高速搅拌均匀，细度≤30μm。
固化剂选择聚缩醛90公斤；二甲苯8.5公斤，催化剂二氯乙酸1kg。
施工时，将主剂与固化剂按照质量比30：1进行配比，再加入适量二甲苯正丁醇混合溶剂进行稀释配漆，制备双组分高固体无异氰酸聚氨酯涂料，该涂料在25℃密封条件下的活化期可达到24h。采用氨基甲酸酯质量当量为80克/当量的聚缩醛固化剂时，本实施例的涂料，在施工期间环境湿度超过90%的条件下仍可施工。经检测该涂层VOCs排放为320g/L，体积固体份为67.7%。
实施例2：
主剂采用氨基甲酸酯基团平均质量当量为1000 g.eq-1的多氨基甲酸酯树脂35公斤；异丙醇与二甲苯按质量比5:1组成的混合溶剂6公斤；钛白粉49公斤；酞菁绿1公斤；防沉剂Henkel Rilanit HT Extra 2公斤；润湿分散剂Tego Dispers 610 3公斤；流平剂BYK310 2公斤；消泡剂Tego Airex 931 2公斤；混合后经研磨高速搅拌均匀，细度≤30μm。
固化剂选择聚缩醛树脂 90公斤；二甲苯9公斤；催化剂二壬基萘磺酸1公斤。
施工时，将主剂与固化剂按照质量比36：1进行配比，再加入适量异丙醇与二甲苯按5:1质量比组成的混合溶剂进行稀释配漆，制备双组分高固体无异氰酸聚氨酯涂料，该涂料在25℃密封条件下，其活化期可达到48h。采用氨基甲酸酯质量当量为80克/当量的聚缩醛固化剂时，在施工期间环境湿度超过90%的条件下仍可施工。经检测该涂层VOCs排放为350g/L，体积固体份为69.2%。
实施例3：
主剂采用氨基甲酸酯基团平均质量当量为600 g.eq-1的多氨基甲酸酯树脂40公斤；正丁醇与二甲苯按9:1质量比组成的混合溶剂10公斤；钛白粉40公斤；硫酸钡2公斤；氧化锌2公斤；酞菁绿1公斤；防沉剂Henkel Rilanit HT Extra 1公斤；润湿分散剂TegoDispers 610 1公斤；触变剂1公斤；流平剂BYK 310 1公斤；消泡剂Tego Airex 931 1公斤；混合后经研磨高速搅拌均匀，细度≤30μm。
固化剂选择聚缩醛树脂 92公斤；二甲苯7.2公斤；对甲苯磺酸0.8公斤。
施工时，将主剂与固化剂按照质量比34：1进行配比，再加入适量正丁醇与二甲苯按9:1质量比组成的混合溶剂进行稀释配漆，制备双组分高固体无异氰酸聚氨酯涂料，该涂料在25℃密封条件下，其活化期可达到60h。采用氨基甲酸酯质量当量为80克/当量的聚缩醛固化剂时，在施工期间环境湿度超过90%的条件下仍可施工。经检测该涂层VOCs排放为320g/L，体积固体份为72.3%。
实施例4：
主剂采用氨基甲酸酯基团平均质量当量为800 g.eq-1的多氨基甲酸酯树脂45公斤；异丙醇与二甲苯按质量比8:1组成的混合溶剂9公斤；钛白粉35公斤；硫酸钡3公斤；氧化锌2公斤；防沉剂Henkel Rilanit HT Extra 1公斤；润湿分散剂Tego Dispers 610 1公斤；流平剂BYK 310 1公斤；触变剂1公斤；消泡剂Tego Airex 931 1公斤；混合后经研磨高速搅拌均匀，细度≤30μm。
固化剂选择聚缩醛树脂 90公斤；二甲苯9公斤；催化剂乙二胺四乙酸1公斤。
施工时，将主剂与固化剂按照质量比30：1进行配比，再加入适量异丙醇与二甲苯按8:1质量比组成的混合溶剂进行稀释配漆，制备双组分高固体无异氰酸聚氨酯涂料。该涂料在25℃密封条件下，其活化期可达到50h。采用氨基甲酸酯质量当量为80克/当量的聚缩醛固化剂时，在施工期间环境湿度超过90%的条件下仍可施工。经检测该涂层VOCs排放为330g/L，体积固体份为71.4%。
实施例5：
主剂采用氨基甲酸酯基团平均质量当量为780 g.eq-1的多氨基甲酸酯树脂45公斤；正丁醇与二甲苯按质量比10:1组成的混合溶剂11公斤；钛白粉36公斤；硫酸钡3公斤；氧化锌2公斤；酞菁绿1公斤；防沉剂Henkel Rilanit HT Extra 1公斤；润湿分散剂TegoDispers 610 2公斤；触变剂1公斤；流平剂BYK 310 2公斤；消泡剂Tego Airex 931 1公斤；混合后经研磨高速搅拌均匀，细度≤30μm。
固化剂选择聚缩醛树脂 95公斤；二甲苯4公斤；乙二胺四乙酸1公斤，二壬基萘磺酸0.5公斤。
施工时，将主剂与固化剂按照质量比36：1进行配比，再加入适量正丁醇与二甲苯溶按质量比10:1组成的混合溶剂进行稀释配漆，制备双组分高固体无异氰酸聚氨酯涂料。该涂料在25℃密封条件下，其活化期可达到80h。采用氨基甲酸酯质量当量为80克/当量的聚缩醛固化剂时，在施工期间环境湿度超过90%的条件下仍可施工。经检测该涂层VOCs排放为280g/L，体积固体份为73.4%。
表1 双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料原料组成及用量
采用以上实例1至实施例5所制高固体无异氰酸聚氨酯性能测试结果如下：
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，由主剂和固化剂两部分组成，其特征在于，各组分按重量份数计，
主剂包括：多氨基甲酸酯树脂35~45份；C3~C4的单元醇和二甲苯的混合液8~10份；填料40~50份；功能性助剂5~7份；
固化剂包括：聚缩醛90~95份，二甲苯4.0~9.5份和催化剂0.5~1份；
其中，所述多氨基甲酸酯树脂为含有500-1000 g.eq-1质量当量氨基甲酸酯基团的丙烯酸树脂；
主剂和固化剂的用量比为30~36:1。
2.根据权利要求1所述的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，其特征在于，所述C3~C4的单元醇为正丁醇或异丙醇。
3.根据权利要求2所述的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，其特征在于，所述C3~C4的单元醇与二甲苯的质量比为1~10:1。
4.根据权利要求1所述的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，其特征在于，所述催化剂为pKa<1的有机酸。
5.根据权利要求1所述的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸、二壬基萘磺酸和乙二胺四乙酸中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，其特征在于，所述填料为钛白粉、硫酸钡、氧化锌和酞菁绿中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的双组分高固体无异氰酸酯聚氨酯涂料，其特征在于，所述功能性助剂包括防沉剂、润湿分散剂、触变剂、流平剂和消泡剂中的一种或几种。
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