CN105838223A - 一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法。水性双组份聚氨酯涂料包括水性树脂和油性固化剂；所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、非离子型助剂和水。将各原料混合搅匀即得水性树脂，与油性固化剂配合，即得。本发明从“摒弃掉水性异氰酸酯固化剂，改用油性异氰酸酯固化剂”的发明构思出发，抛弃传统的pH值调节剂，采用乳酸作为pH值调节剂，同时配合非离子型助剂，得到pH值在8.5左右的可以使用油性固化剂作为固化剂的水性树脂。在固化过程中，异氰酸酯固化剂对水性含羟基树脂破乳进行固化，而不与水反应。因此，本发明的涂料对单次喷涂的涂层的厚度没有限制，无需通过多次喷涂的方式实现厚膜的涂层。

Description

一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性聚氨酯涂料技术领域，尤其涉及一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术
目前，水性双组份聚氨酯涂料将双组分溶剂型聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC含量相结合，使其具备很多优异的性能，如，优异的耐磨性、优良的耐化学品和耐油性、低温固化性能以及高装饰性能等。因此，水性双组份聚氨酯涂料成为涂料工业的研究热点。
但是，现有的水性双组份聚氨酯涂料(不管运用于金属、木器漆、玻璃等)均存在极限膜厚的限制，一般控制单次喷涂膜厚不得超过40μm。一旦单次喷涂膜厚超过40μm时就会出现挥发孔，导致涂层失效。而且，由于极限膜厚的限制，导致在喷涂施工过程中，需要严格控制喷涂工艺，导致施工操作复杂。且目前一般采取分多次喷涂的方式喷涂得到厚膜，但是这种施工方式即废工又废料。而且水性固化剂的价格非常高，导致现有水性双组份聚氨酯涂料的生产成本很高。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法。解决现有水性双组份聚氨酯涂料的单次喷涂厚度有极限值，大多数涂层厚度不可超过40μm，超过该厚度时涂层会出现挥发孔的技术问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，包括水性树脂和油性固化剂；其中，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂400份-500份、乳酸8份-10份、非离子型助剂5份-10份和水250份-350份。
优选地，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂420份-480份、乳酸9份-10份、非离子型助剂6份-9份和水280份-320份。
优选地，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂450份、乳酸10份、非离子型助剂8份和水300份。
进一步地，所述阳离子型水性含羟基树脂采用固含量为60％-80％，羟值为130-150的阳离子型水性含羟基树脂。
优选地，所述阳离子型水性含羟基树脂采用固含量为70％，羟值为140的阳离子型水性含羟基树脂。
具体地，所述阳离子型水性含羟基树脂中的含羟基树脂为含羟基丙烯酸树脂、含羟基醇酸树脂、含羟基聚酯树脂、含羟基聚醚树脂或者含羟基环氧树脂等。其中优选选用阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂。采用市售产品，或者采用现有公开方法制备得到均可。
本发明中，为了配合阳离子型水性含羟基树脂，助剂需要选用非离子型助剂，所采用的助剂种类没有特别限定，采用本领域中常采用的助剂种类即可。例如，分散剂、流平剂、消泡剂等。
进一步地，本发明提供了一种具体的非离子型助剂的组成和含量，具体如下：按重量份，所述非离子型助剂包括分散剂2份、流平剂2份、基材润湿剂2份、消泡剂2份和聚氨酯类增稠剂2份。采用该组合的非离子型助剂，能够更好地配合阳离子型水性含羟基树脂，使得到的水性树脂性能更优。
具体地，所述分散剂采用市售产品，例如，BYK-190分散剂。
所述流平剂采用市售产品，例如，BYK-346流平剂。
所述基材润湿剂采用市售产品，例如，TEGO 280基材润湿剂。
所述消泡剂采用市售产品，例如，TEGO 810消泡剂。
所述聚氨酯类增稠剂采用市售产品，例如，TPA-90。
本发明优选的技术方案为，限定了水性树脂和油性固化剂的用量比例，以更优化地对水性树脂进行固化。进一步地，所述水性树脂和油性固化剂的质量比为1﹕0.2-0.5。
优选地，所述水性树脂和油性固化剂的质量比为1﹕0.2-0.3。
最佳地，所述水性树脂和油性固化剂的质量比为1﹕0.25。
进一步地，所述油性固化剂采用异氰酸酯预聚物。具体可以采用名称为拜耳或DIC或旭化成的油性异氰酸酯预聚物。
进一步地，按重量份，所述水性树脂中还包括颜料150份-200份。
优选地，按重量份，所述水性树脂中还包括颜料160份。
进一步地，所述颜料为钛白粉和/或碳黑粉。当为两者的混合物时，可以依据颜色要求进行混合比例的调整，例如，钛白粉和碳黑粉的质量比为25-30﹕1。
进一步地，按重量份，所述水性树脂中还包括填料400份-500份。优选为，填料420份。
具体地，所述填料选用硫酸钡粉。优选纳米级硫酸钡粉。
本发明的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述水性双组份聚氨酯涂料的组分及用量，称取各组分；
步骤二、制备水性树脂：将阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合，搅拌均匀，得到水性树脂；
即完成水性双组份聚氨酯涂料的制备。
进一步地，当步骤一中的水性双组份聚氨酯涂料的水性树脂中还包括颜料时，步骤二水性树脂的制备过程如下：a、将阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂分别分为两份；b、将其中一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合后，再加入颜料，然后研磨混合至固体颗粒的粒径小于15μm，得到预混合物；c、再将另一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂加入预混合物中，混匀，即得水性树脂。
进一步地，步骤二的b步骤中，预混合物中包括阳离子型水性含羟基树脂200份、乳酸4份、非离子型助剂3份、水120份和步骤一称取的所有的颜料。
进一步地，当步骤一中水性双组份聚氨酯涂料的水性树脂中还包括填料时，步骤二水性树脂的制备中，直接将填料添加至阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合得到的水性树脂中即可；或者，在同时水性树脂中包括颜料的制备方法的基础上，在步骤二的c步骤中将填料加入预混合物中，研磨混匀，即得水性树脂。
本发明分析得到，现有水性双组份聚氨酯涂料易出现挥发孔的原因是，在水性双组份聚氨酯中使用了水性异氰酸酯固化剂，它与水中的羟基反应，所以出现挥发孔。本发明从该原因出发，从“摒弃掉水性异氰酸酯固化剂，改用油性异氰酸酯固化剂”的发明构思出发，抛弃传统用DMEA、或AMP-95做pH值调节剂的手段，采用乳酸作为pH值调节剂，同时配合非离子型助剂，得到pH值在8.5左右的可以使用油性固化剂作为固化剂的水性树脂。在固化过程中，油性异氰酸酯固化剂对水性含羟基树脂破乳进行固化，而不与水反应，保证了固化成型过程的发生。因此，本发明的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料对单次喷涂的涂层的厚度没有限制，可以为任意所需的涂层厚度，无需通过多次喷涂的方式实现厚膜的涂层。解决了现有水性双组份聚氨酯涂料的喷涂厚度有极限值的技术问题，使得本发明的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的单次涂覆厚度能够达到120μm以上，也不会出现挥发孔，实现无极限膜厚涂层的制备。
本发明的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料喷涂得到的涂层，无论涂层的厚度大或者小，都不会出现挥发孔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实施例6的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的成膜的宏观外观图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料中，是通过研发出一种能够采用油性固化剂作为固化剂的水性树脂，从而摒弃掉水性异氰酸酯固化剂，进而解决了现有以水性异氰酸酯作为固化剂的水性双组份聚氨酯涂料的单次喷涂厚度有极限值，大多数涂层厚度不可超过40μm，超过该厚度时涂层会出现挥发孔的技术问题。
实施例1
本发明实施例1的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，包括水性树脂和油性固化剂；其中，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂500份、乳酸10份、非离子型助剂10份和水350份。
所述油性固化剂采用异氰酸酯预聚物。具体可以采用名称为拜耳的油性异氰酸酯预聚物。
其中，所述阳离子型水性含羟基树脂采用固含量为80％，羟值为150的阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂。例如，北京阳光汇德环保科技有限公司生产的型号为AC278的树脂。
所述非离子型助剂，按重量份包括分散剂2份、流平剂2份、基材润湿剂2份、消泡剂2份和聚氨酯类增稠剂2份。
具体地，所述分散剂采用市售产品，例如，BYK-190分散剂。
所述流平剂采用市售产品，例如，BYK-346流平剂。
所述基材润湿剂采用市售产品，例如，TEGO 280基材润湿剂。
所述消泡剂采用市售产品，例如，TEGO 810消泡剂。
所述聚氨酯类增稠剂采用市售产品，例如，TPA-90。
本实施例1的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照上述实施例1的水性双组份聚氨酯涂料的组分及用量，称取各组分；
步骤二、制备水性树脂：将阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合，搅拌均匀，得到水性树脂；
即完成水性双组份聚氨酯涂料的制备。
使用时，将水性树脂和异氰酸酯预聚物固化剂按一定比例混合后喷涂在基材上即可。本实施例1中，控制水性树脂和异氰酸酯预聚物固化剂的质量比为1﹕0.2-0.5即可，当两者以该比例混合时，能够快速地固化成膜，成膜厚度可达到120μm，且不会出现挥发孔。优选为，1﹕0.2-0.3。最佳的是，1﹕0.25。
实施例2
本发明实施例2的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，包括水性树脂和油性固化剂；其中，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂450份、乳酸10份、非离子型助剂10份和水300份。
所述油性固化剂采用异氰酸酯预聚物。具体可以采用名称为拜耳的油性异氰酸酯预聚物。
其中，所述阳离子型水性含羟基树脂采用固含量为70％，羟值为140的阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂。例如，北京阳光汇德环保科技有限公司生产的型号为AC278的树脂。
所述非离子型助剂采用上述实施例1中采用的具体组分和用量的非离子型助剂。
本实施例2的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法同实施例1中记载的制备方法相同。
本实施例2中，使用时，控制水性树脂和异氰酸酯预聚物固化剂的质量比为1﹕0.2-0.5即可，当两者以该比例混合时，能够快速地固化成膜，成膜厚度可达到151μm，且不会出现挥发孔。优选为，1﹕0.2-0.3。最佳的是，1﹕0.25。
实施例3
本发明实施例3的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，包括水性树脂和油性固化剂；其中，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂400份、乳酸8份、非离子型助剂5份和水250份。
所述油性固化剂采用异氰酸酯预聚物。具体可以采用名称为拜耳的油性异氰酸酯预聚物。
其中，所述阳离子型水性含羟基树脂采用固含量为60％，羟值为130的阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂。例如，北京阳光汇德环保科技有限公司生产的型号为AC278的树脂。
所述非离子型助剂采用上述实施例1中采用的具体组分和用量的非离子型助剂。
本实施例3的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法同实施例1中记载的制备方法相同。
本实施例3中，使用时，控制水性树脂和异氰酸酯预聚物固化剂的质量比为1﹕0.2-0.5即可，当两者以该比例混合时，能够快速地固化成膜，成膜厚度可达到132μm，且不会出现挥发孔。优选为，1﹕0.2-0.3。最佳的是，1﹕0.25。
实施例4
本实施例4是在上述实施例1至实施例3的基础上，在水性树脂中增加了硫酸钡粉填料。硫酸钡粉填料的用量为400-500重量份。优选为，420重量份。
本实施例4的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，是在实施例1的基础上，在步骤二中，将填料添加至阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合得到的水性树脂中即可。当选用的硫酸钡粉填料的粒径较大时，可以增加砂磨机研磨的步骤。
因此，硫酸钡粉填料优选为纳米级硫酸钡填料，可以省略研磨步骤，而且纳米级硫酸钡粉的分散性更好，更均匀地分散在水性树脂中。
实施例5
本实施例5是在上述实施例1至实施例4的基础上，在水性树脂中增加了颜料，以调整涂料的颜色。具体地，按重量份，所述水性树脂中还包括颜料150份-200份。优选为，160份。所述颜料为钛白粉和/或碳黑粉。当为两者的混合物时，可以依据颜色要求进行混合比例的调整即可。
具体地，本实施例5提供了一种具体的包括颜料的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料(简记为涂料5-1)，包括水性树脂和油性固化剂；其中，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂450份、乳酸10份、非离子型助剂10份、颜料160份和水300份。所述颜料为钛白粉和碳黑粉的混合物，两者的混合质量比为28﹕1。非离子型助剂采用实施例1中记载的组合非离子型助剂。
涂料5-1的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述水性双组份聚氨酯涂料的组分及用量，称取各组分；
步骤二、制备水性树脂：
a、将阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂分别分为两份。其中一份(即预混合物)的组成为：阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂200份、乳酸4份、非离子型助剂3份、水120份和步骤一称取的所有的颜料160份。另一份的组成为：阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂250份、乳酸6份、非离子型助剂7份和水180份。
b、将其中一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合后，再加入颜料，然后研磨混合至固体颗粒的粒径小于15μm，得到预混合物；
c、再将另一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂加入预混合物中，混匀，即得水性树脂。
即完成水性双组份聚氨酯涂料的制备。
使用本实施例5的水性双组份聚氨酯涂料时，控制水性树脂和异氰酸酯预聚物固化剂的质量比为1﹕0.2-0.5即可，当两者以该比例混合时，能够快速地固化成膜，成膜厚度可达到156μm，且不会出现挥发孔。优选为，1﹕0.2-0.3。最佳的是，1﹕0.25。
实施例6
本实施例6提供了一种具体的包括颜料和填料的无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，包括水性树脂和油性固化剂；其中，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂450份、乳酸10份、非离子型助剂10份、颜料160份、纳米硫酸钡粉420份和水300份。所述颜料为钛白粉和碳黑粉的混合物，两者的混合质量比为28﹕1。非离子型助剂采用实施例1中记载的组合非离子型助剂。
本实施例6的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述水性双组份聚氨酯涂料的组分及用量，称取各组分；
步骤二、制备水性树脂：
a、将阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂分别分为两份。其中一份(即预混合物)的组成为：阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂200份、乳酸4份、非离子型助剂3份、水120份。另一份的组成为：阳离子型水性含羟基丙烯酸树脂250份、乳酸6份、非离子型助剂7份和水180份。
b、将其中一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合后，再加入颜料160份，然后研磨混合至固体颗粒的粒径小于15μm，得到预混合物；
c、再将另一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂，以及纳米级硫酸钡粉填料420份，加入预混合物中，混匀，即得水性树脂。
即完成水性双组份聚氨酯涂料的制备。
使用本实施例6的水性双组份聚氨酯涂料时，控制水性树脂和异氰酸酯预聚物固化剂的质量比为1﹕0.2-0.5即可，当两者以该比例混合时，能够快速地固化成膜，成膜厚度可达到165μm，且不会出现挥发孔，如图1所示。优选为，1﹕0.2-0.3。最佳的是，1﹕0.25。
本发明中，无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的涂层厚度采用膜厚测试仪进行检测。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，其特征在于，包括水性树脂和油性固化剂；其中，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂400份-500份、乳酸8份-10份、非离子型助剂5份-10份和水250份-350份。
2.根据权利要求1所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，其特征在于，按重量份，所述水性树脂包括阳离子型水性含羟基树脂450份、油性异氰酸酯预聚物10份、乳酸10份、非离子型助剂8份和水300份。
3.根据权利要求1或者2所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，其特征在于，所述阳离子型水性含羟基树脂采用固含量为60％-80％，羟值为130-150的阳离子型水性含羟基树脂。
4.根据权利要求1或者2所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，其特征在于，按重量份，所述非离子型助剂包括分散剂2份、流平剂2份、基材润湿剂2份、消泡剂2份和聚氨酯类增稠剂2份。
5.根据权利要求1或者2所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性树脂和油性固化剂的质量比为1﹕0.2-0.5。
6.根据权利要求1或者2所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，其特征在于，按重量份，所述水性树脂中还包括颜料150份-200份。
7.根据权利要求1或者2所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料，其特征在于，按重量份，所述水性树脂中还包括填料400份-500份。
8.一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按照上述水性双组份聚氨酯涂料的组分及用量，称取各组分；
步骤二、制备水性树脂：将阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合，搅拌均匀，得到水性树脂；
即完成水性双组份聚氨酯涂料的制备。
9.根据权利要求8所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，当步骤一中的水性双组份聚氨酯涂料的水性树脂中还包括颜料时，步骤二水性树脂的制备过程如下：a、将阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水、非离子型助剂和颜料分别分为两份；b、将其中一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合后，再加入颜料，然后研磨混合至固体颗粒的粒径小于15μm，得到预混合物；c、再将另一份的阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂加入预混合物中，混匀，即得水性树脂。
10.根据权利要求8或者9所述的一种无极限膜厚的水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，当步骤一中水性双组份聚氨酯涂料的水性树脂中还包括填料时，步骤二水性树脂的制备中，直接将填料添加至阳离子型水性含羟基树脂、乳酸、水和非离子型助剂混合得到的水性树脂中即可；
或者，在水性树脂中包括颜料的制备方法的基础上，在步骤二的c步骤中将填料加入预混合物中，研磨混匀，即得水性树脂。
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