CN104830196A - 单组分高成膜性能水性涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单组分高成膜性能水性涂料及其制备方法，该涂料按照重量份包括丙烯酸改性水性聚氨酯乳液40份-60份、水性氨基树脂乳液5份-10份、填料11份-40份、基材润湿剂0.1份-1份、分散剂2份-5份、消泡剂0.1份-1份、润湿分散剂0.1份-0.5份、成膜助剂3份-5份以及水1份-25份。本发明所述涂料可以在较短时间内成膜，且能够快速得到理想的成膜性能。

Description

单组分高成膜性能水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种单组分高成膜性能水性涂料及其制备方法。
背景技术
我国环境污染日益严重，“雾霾”等空气污染现象愈加严重，针对我国环境现状，各地政府相继出台环保政策，国家更是制定了一系列环保法规限定有害物质的排放。涂料工业这一关系日常生活方方面面的化工行业正面临着大的变革，以零或者无VOC的水性涂料代替传统溶剂型涂料是涂料发展的必然趋势。
水性涂料可广泛应用于各种基材，单组分水性涂料是通过乳胶粒子堆叠融合缓慢成膜，水性乳液交联密度相对较低，且水分挥发较慢，成膜所需时间长，涂料膜的理化性能只有在完全干燥后才能体现出来，施工工期较长。目前新开发的一些双组分水性聚氨酯涂料在这些方面取得了较好的效果，但是其成本较高，施工要求多。如何改善单组分水性涂料的成膜性能，并降低涂料成本，是化工涂料领域要研究的一大方向。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种单组分高成膜性能水性涂料，其可以在较短时间内成膜，且能够快速得到理想的成膜性能。
本发明还提供一种单组分高成膜性能水性涂料的制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种单组分高成膜性能水性涂料，其包括如下重量份的组分：
优选地，所述的单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
在其中一个实施例中，所述的单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
在其中一个实施例中，所述的单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
在其中一个实施例中，所述丙烯酸改性水性聚氨酯乳液的固含量为40％-80％，制备方法是：将丙烯酸单体滴加到水性聚氨酯树脂中，丙烯酸作为种子乳液，通过互穿网络的方式与聚氨酯合成为核壳结构的改性聚氨酯，将改性聚氨酯分散成乳液。
在其中一个实施例中，所述水性氨基树脂乳液的固含量为70％-85％。
在其中一个实施例中，所述成膜助剂由三丙二醇正丁醚与乙醇以5-10：1的比例混合而成。
本发明还采用如下技术方案：一种单组分高成膜性能水性涂料的制备方法，所述的单组分高成膜性能水性涂料包括如下重量份的组分：
按照如下步骤制备：将配方量的水、丙烯酸改性水性聚氨酯乳液、碳酸钙、白色颜料、基材润湿剂、润湿分散剂以及分散剂混合在一起；搅拌分散20-60min；待分散完全后加入水性氨基树脂乳液、消泡剂以及成膜助剂，再搅拌分散5-30min。
在其中一个实施例中，在所述加入水性氨基树脂乳液、消泡剂以及成膜助剂，再搅拌分散5-30min的步骤之后，还具有：加入pH调节剂，调节pH值至7.5-8的步骤。
在其中一个实施例中，所述的单组分高成膜性能水性涂料的制备方法中，所述单组分高成膜性能水性涂料还包括如下重量份的组分：流平剂0.1份-0.4份，在加入所述水性氨基树脂乳液、消泡剂以及成膜助剂的同时加入所述流平剂。
本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，其相比现有技术的有益效果是：
1)本发明使用两种水性树脂乳液作为成膜物质，丙烯酸改性聚氨酯乳液中含有羟基、酯基和羧基基团，水性氨基树脂中含有醚链和氨基基团，两种乳液在多种助剂的作用下相互配合，随着水分和pH调节剂的挥发，体系pH值发生变化，两种树脂相互作用干燥速度大大提高，且交联密度大大增加，兼有丙烯酸的快干、耐化学性强、硬度高，聚氨酯的低温固化、高光泽、韧性好，氨基树脂的耐磨性、耐水性优异等综合优势，使本发明在成膜过程中能有效提高成膜速率，降低完全干燥所用时间，快速达到高的成膜性能；同时交联反应使体系的固含量在一定程度上提高，具有较高的交联密度，形成致密涂膜；本发明还应用两种润湿剂配合，可以提高涂料对基材及颜填料的润湿，保证涂料的成膜性及体系的稳定性，防止底材中水分、油脂的挥发导致底材开裂。
2)成膜助剂采用三丙二醇正丁醚和乙醇混合在一起，可以在一定程度降低成膜温度，提高成膜速率，在低温高湿下成膜，进一步减少成膜时间。
具体实施方式
为能进一步理解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明所述的单组分高成膜性能水性涂料，是采用两种成膜物质加上助剂混合而成，该涂料包括如下重量份的组分：
其中，填料可以包括碳酸钙、钛白粉和/或滑石粉，碳酸钙含量为1份-10份，钛白粉5份-15份，滑石粉5份-15份。还可以加入适量增稠剂。
其中，成膜助剂可由如下重量份的组分混合而成：三丙二醇丁醚60％-90％、醇酯-1210％-40％；三丙二醇甲醚60％-90％、DALPAD D 10％-40％；三丙二醇甲醚60％-90％、三丙二醇丁醚10％-40％；DALPAD H 20％-50％；丙二醇50％-80％；二乙二醇丁醚与乙二醇以3:1的比例复合；丙二醇丁醚与二乙二醇丁醚以2:1的比例复合；
或：单组分的DALPAD H；DALPAD D；DALPAD C；丙二醇甲醚；丙二醇丁醚等。
又如，所述的单组分高成膜性能水性涂料包括如下重量份的组分：
丙烯酸改性水性聚氨酯乳液的改性方法为：将丙烯酸单体滴加到水性聚氨酯树脂中，丙烯酸作为种子乳液，通过互穿网络的方式与聚氨酯合成为核壳结构的改性聚氨酯，将改性聚氨酯在水中高速分散成乳液状即可。
进一步地，为使本发明的技术方案更加精确地达到所述的目的，该单组分高成膜性能水性涂料包括如下重量份的组分：
该单组分高成膜性能水性涂料的制备方法为：将水、丙烯酸改性水性聚氨酯乳液、碳酸钙、白色颜料、基材润湿剂、润湿分散剂以及分散剂混合在一起；以1400-1600r/min(rpm)的速度搅拌分散20-60min；待分散完全后加入水性氨基树脂乳液、流平剂、消泡剂、增稠剂以及成膜助剂，再以1400-1600r/min的速度搅拌分散5-30min；视情况加入pH调节剂调节pH值至7.5-8，得到所述单组分高成膜性能水性涂料。
其中的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液固含量为80％，制备方法为：将丙烯酸单体滴加到水性聚氨酯树脂中，丙烯酸作为种子乳液，通过互穿网络的方式与聚氨酯合成为核壳结构的改性聚氨酯，将改性聚氨酯在水中高速分散成乳液状即可。水性氨基树脂乳液为上海辰达美螺丝氨基树脂，固含量80％。钛白粉为金红石型钛白粉；滑石粉为1250目优质滑石粉；碳酸钙为粒度约400目的重质碳酸钙。
基材润湿剂为美国气体产品公司消烦恼104；分散剂为COADIS 123K；消泡剂为BYK-028；pH调节剂为AMP-95；润湿分散剂为BYK-190；增稠剂为聚氨酯增稠剂COAPUR 6050；流平剂为BYK333。
上述配方使用两种水性树脂乳液作为成膜物质，丙烯酸改性聚氨酯乳液中含有羟基、酯基和羧基基团，水性氨基树脂中含有醚链和氨基基团，两种乳液优化成一定的配比，又在多种助剂的作用下相互配合，两种树脂相互作用干燥速度大大提高，且交联密度大大增加，兼有丙烯酸的快干、耐化学性强、硬度高，聚氨酯的低温固化、高光泽、韧性好，氨基树脂的耐磨性、耐水性优异等综合优势，使本发明在成膜过程中能有效提高成膜速率，降低完全干燥所用时间，快速达到高的成膜性能。经试验，上述各物质的组分在此范围内时，较易达到上述技术效果，且可以防止因成膜物过量，造成分散体系不均匀。
下面再给出几个具体的实施例。
实施例1：
本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
利用该配方制备上述单组分高成膜性能水性涂料的方法为：按照上述配方中各组分的含量，依次将水、丙烯酸改性水性聚氨酯乳液、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、基材润湿剂、润湿分散剂以及分散剂加入搅拌罐中，以1500r/min的速度搅拌30min，待分散完全后依次加入水性氨基树脂乳液、流平剂、消泡剂、增稠剂以及由三丙二醇正丁醚与乙醇以5：1的比例混合而成的成膜助剂，再以1500r/min的速度搅拌分散15min，最后加入pH调节剂调节pH值至7.5-8，即可得到本发明所述的涂料。
其中的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液固含量为80％，制备方法为：将丙烯酸单体滴加到水性聚氨酯树脂中，丙烯酸作为种子乳液，通过互穿网络的方式与聚氨酯合成为核壳结构的改性聚氨酯，将改性聚氨酯在水中高速分散成乳液状即可。水性氨基树脂乳液为上海辰达美螺丝氨基树脂，固含量80％。钛白粉为金红石型钛白粉；滑石粉为1250目优质滑石粉；碳酸钙为粒度约400目的重质碳酸钙。
基材润湿剂为美国气体产品公司消烦恼104；分散剂为COADIS 123K；消泡剂为BYK-028；pH调节剂为AMP-95；润湿分散剂为BYK-190；增稠剂为聚氨酯增稠剂COAPUR 6050；流平剂为BYK333。成膜助剂为三丙二醇甲醚60％、DALPAD D 40％复配而成。
实施例2：
本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
利用该配方制备上述单组分高成膜性能水性涂料的方法为：按照上述配方中各组分的含量，依次将水、丙烯酸改性水性聚氨酯乳液、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、基材润湿剂、润湿分散剂以及分散剂加入搅拌罐中，以1400r/min的速度搅拌60min，待分散完全后依次加入水性氨基树脂乳液、流平剂、消泡剂、增稠剂以及三丙二醇正丁醚与乙醇以10：1的比例混合而成的成膜助剂，再以1400r/min的速度搅拌分散30min，最后加入pH调节剂调节pH值至7.5-8，即可得到本发明所述的涂料。
其中的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液固含量为40％；水性氨基树脂乳液为上海辰达美螺丝氨基树脂，固含量85％。钛白粉为金红石型钛白粉；滑石粉为1250目优质滑石粉。基材润湿剂为K12润湿剂；分散剂为COADIS 123K；消泡剂为BYK-028；pH调节剂为AMP-95；润湿分散剂为BYK-190；增稠剂为聚氨酯增稠剂COAPUR 6050；流平剂为BYK333。成膜助剂为三丙二醇甲醚70％、DALPAD H 30％复配而成。
实施例3：
本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
利用该配方制备上述单组分高成膜性能水性涂料的方法为：按照上述配方中各组分的含量，依次将水、丙烯酸改性水性聚氨酯乳液、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、基材润湿剂、润湿分散剂以及分散剂加入搅拌罐中，以1600r/min的速度搅拌20min，待分散完全后依次加入水性氨基树脂乳液、流平剂、消泡剂、增稠剂以及三丙二醇正丁醚与乙醇以6：1的比例混合而成的成膜助剂，再以1600r/min的速度搅拌分散10min，最后加入pH调节剂调节pH值至7.5-8，即可得到本发明所述的涂料。
其中的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液的固含量为50％；水性氨基树脂乳液为上海辰达美螺丝氨基树脂，固含量70％。钛白粉为金红石型钛白粉；滑石粉为1250目优质滑石粉；碳酸钙为粒度约400目的重质碳酸钙。基材润湿剂为BYK公司基材润湿剂；分散剂为5040；消泡剂为BYK-028；pH调节剂为碳酸氢二钠；润湿分散剂为BYK-190；增稠剂为聚氨酯增稠剂COAPUR 6050；流平剂为BYK333。成膜助剂由丙二醇丁醚与二乙二醇丁醚以2:1的比例复配而成。
实施例4：
本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
利用该配方制备上述单组分高成膜性能水性涂料的方法为：按照上述配方中各组分的含量，依次将水、丙烯酸改性水性聚氨酯乳液、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、基材润湿剂、润湿分散剂以及分散剂加入搅拌罐中，以1500r/min的速度搅拌30min，待分散完全后依次加入水性氨基树脂乳液、流平剂、消泡剂、增稠剂以及三丙二醇正丁醚与乙醇以8：1的比例混合而成的成膜助剂，再以1500r/min的速度搅拌分散20min，最后加入pH调节剂调节pH值至7.5-8，即可得到本发明所述的涂料。
其中的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液固含量为60％；水性氨基树脂乳液为上海辰达美螺丝氨基树脂，固含量80％。钛白粉为金红石型钛白粉；滑石粉为1250目优质滑石粉。
基材润湿剂为美国气体产品公司消烦恼104；分散剂为5040；消泡剂为BYK-028；pH调节剂为AMP-95；润湿分散剂为BYK-190；增稠剂为聚氨酯增稠剂COAPUR 6050；流平剂BYK333。成膜助剂由丙二醇丁醚与二乙二醇丁醚以2:1的比例复配而成。
实施例5：
与实施例1不同的是，本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
其中，成膜助剂由二乙二醇丁醚与乙二醇以3:1的比例复配而成。
实施例6：
与实施例1不同的是，本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
其中，成膜助剂由丙二醇丁醚与二乙二醇丁醚以2:1的比例复配而成。
实施例7：
与实施例1不同的是，本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
其中，成膜助剂由丙二醇丁醚与二乙二醇丁醚以2:1的比例复配而成。
实施例8：
与实施例1不同的是，本发明所述单组分高成膜性能水性涂料，包括如下重量份的组分：
其中，成膜助剂由三丙二醇甲醚60％、DALPAD H 40％复配而成。
为了对比本发明各个实施例所述的涂料的性能与现有技术的水性涂料的性能，进行如下检验：
对比例1
目前较通用的单组分水性涂料配方1，包括如下重量份的组分：
对比例2
目前较通用的单组分水性涂料配方2，包括如下重量份的组分：
检测上述对比例的成膜时间以及成膜性能，得到表一所述结果。
表一
由表一可以看出，本发明所述涂料成膜时间大大减少，成膜性能均优于现有技术。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单组分高成膜性能水性涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的单组分高成膜性能水性涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
3.根据权利要求2所述的单组分高成膜性能水性涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
4.根据权利要求2所述的单组分高成膜性能水性涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
5.根据权利要求1～4任一项所述的单组分高成膜性能水性涂料，其特征在于，所述丙烯酸改性水性聚氨酯乳液的固含量为40％-80％，制备方法是：将丙烯酸单体滴加到水性聚氨酯树脂中，丙烯酸作为种子乳液，通过互穿网络的方式与聚氨酯合成为核壳结构的改性聚氨酯，将改性聚氨酯分散成乳液。
6.根据权利要求1～4任一项所述的单组分高成膜性能水性涂料，其特征在于，所述水性氨基树脂乳液的固含量为70％-85％。
7.根据权利要求1～4任一项所述的单组分高成膜性能水性涂料，其特征在于，所述成膜助剂由三丙二醇正丁醚与乙醇以5-10：1的比例混合而成。
8.一种单组分高成膜性能水性涂料的制备方法，其特征在于，所述的单组分高成膜性能水性涂料包括如下重量份的组分：
该涂料按照如下步骤制备：
将所述水、丙烯酸改性水性聚氨酯乳液、碳酸钙、白色颜料、基材润湿剂、润湿分散剂以及分散剂混合在一起；
搅拌分散20-60min；
待分散完全后加入水性氨基树脂乳液、消泡剂以及成膜助剂，再搅拌分散5-30min。
9.根据权利要求8所述的单组分高成膜性能水性涂料的制备方法，其特征在于，在所述加入水性氨基树脂乳液、消泡剂以及成膜助剂，再搅拌分散5-30min的步骤之后，还具有：加入pH调节剂调节pH值至7.5-8的步骤。
10.根据权利要求8所述的单组分高成膜性能水性涂料的制备方法，其特征在于，所述单组分高成膜性能水性涂料还包括如下重量份的组分：流平剂0.1份-0.4份；在加入所述水性氨基树脂乳液、消泡剂以及成膜助剂的同时加入所述流平剂。
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