CN106189766A - 涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂料以及该涂料的制备方法和应用，本发明的涂料包括以下组分：90～110重量份的含羧基的阴离子水性树脂、15～40重量份的耐水颜料、5～15重量份的体质颜料、7～12重量份的助剂、2～4重量份的界面附着力增进剂、15～25重量份的去离子水；界面附着力增进剂由金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物反应而成。本发明的涂料与非结晶塑胶基材之间具有优异的界面附着力。

Description

涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种水性单组分涂料，该涂料的制备方法，以及该涂料的用途，属于涂料技术领域。

背景技术

随着人们对环保及能源的日益重视，世界各国都相继制定或正在制定日趋严历的法律法规，严格限制涂料VOC的排放量。我国为了适应经济结构转型和日趋严重的环境问题，明确提出要加快发展高性能、节能、与功能性涂料及配套原料的研究，特别指出要开发水性汽车漆和水性塑料涂料。由于各种塑料及其愈来愈多的衍生复合产品广泛应用于人们日常生活和工业消费品行业，包括汽车塑料件、家电、玩具、手机等电子消费品等主要应用领域，大规模的工业涂装带来了大量的VOC排放，因此，由有机溶剂涂料向水性涂料的转换刻不容缓。

聚氨酯涂料具有较好的耐水性、耐候性、良好的机械性能、高光、耐湿气等优点，而受到广泛地应用。而水性聚氨酯越来越受到重视，特别是近几年水性聚氨酯的制备技术更是突飞猛进。ABS、PVC、PS、HIPS、PC等塑料属于非结晶塑料，由于非结晶塑料的非结晶性，有着较高的表面能及表面极性，因此与涂层附着力较强，在水性树脂选择上有着较大的范围，常见的丙烯酸酯乳液、丙烯酸聚氨酯分散体等均可用于非结晶塑料表面，但是这些都是在上述塑胶基材上单层涂层所体现的良好附着力，如果和UV罩光清漆配套，整个涂层的附着力基本丧失。

专利WO2006093916-A2 介绍了一种水性涂料组合物，它是由包含底漆树脂的有机相、水相和乳化剂组成，可以作为涂料的添加剂，改善涂料的附着力，可以用于木材或 塑料表面。

Michael D. Gerno等研究了链烷醇胺等水性中和剂的添加对塑料用水性涂料附着力的影响，在相同对比试验下，使用不同中和剂的水性涂料对塑料基材的附着力是有差别的。

美国专利US6184281-B2介绍了一种金属离子交联的塑料基材用涂膜，它包括胺中和的多羧基水基分散树脂和提供交联点的复合锌铵盐，涂膜具有良好的柔韧性、高光、耐湿气等优点，主要用于高极性塑料基材的外保护。

欧洲专利EP1159323介绍了一种水性聚氨酯分散体用于塑料涂料，特别是用于汽车塑料零部件上，对塑料基材具有优异附着力、耐水性和耐盐雾性。

中国发明专利CN200610026688.6和中国发明专利CN200610026686.7报道了采用水性纳米复合聚酯树脂制备的水性聚氨酯涂层和水性聚酯-氨基树脂涂层材料，可用于极性塑料表面涂层。

生产水性塑料用树脂及涂料的公司如美国PPG公司、美国Rohm and Haas公司、德国Bayer公司、德国BASF公司、德国Alberdingk公司、日本DIC等，产品主要用于ABS、PVC、PS、PC等塑料表面喷涂；中国科学院成都有机化学公司和恒昌涂料有限公司开发的水性塑胶涂料，主要用于PVC、ABS、PS、HIPS等塑料表面喷涂和皮革涂饰。已有的水性塑料涂料涂膜的硬度、光泽等还有待进一步提高。

水性聚氨酯及丙烯酸改性聚氨酯等水性树脂对于极性塑料表面具有很好的粘接力，但如何开发一种和UV罩光清漆配套，与现有生产流水线配套，将现有的溶剂型涂料转换成水性单组份塑胶涂料是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种与非结晶塑胶基材之间具有优异的界面附着力的涂料，以及这种涂料的制备方法和应用。

本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是：一种涂料，包括以下组分：90～110重量份的含羧基的阴离子水性树脂、15～40重量份的耐水颜料、5～15重量份的体质颜料、7～12重量份的助剂、2～4重量份的界面附着力增进剂、15～25重量份的去离子水；所述界面附着力增进剂由金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物反应而成。

上述金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物在反应中的质量比为3.5～4.5∶1.5～2.5∶1。

上述金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物在反应中的质量比为4∶2∶1。

上述金属有机物是钛酸异丙酯、异丙醇铝、锆酸酯、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮铁中的一种或多种；所述多异氰酸酯是TDI-TMP加成物、TDI三聚体、缩二脲N75或N3390HDI三聚体中的一种或多种；所述含有羟基的低聚物是A81醛酮树脂、固体羟基丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、羟烃基有机硅金额羟基氟树脂中的一种或多种。

上述体质颜料是碳酸钙、硫酸钡、硅酸铝、高岭土、滑石粉中的一种或多种。

上述助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂和成膜助剂；所述分散剂是聚羧酸盐类分散剂；所述润湿剂是二烷基磺基琥珀酸盐、烷基萘磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂酯、烷基吡啶盐氯化物、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、乙炔乙二醇中的一种或多种；所述流平剂是有机硅类流平剂、非离子型聚氨酯流平剂中的一种或多种；所述消泡剂是聚醚类消泡剂、矿物油消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或多种；所述成膜助剂是丙二醇醚、丁二醇醚、酸酯类化合物中的一种或多种；

上述助剂还包括紫外光吸收剂、光稳定剂、防冻剂、防霉剂中的一种或多种。

上述含羧基的阴离子水性树脂是含羧基的阴离子水性聚氨酯树脂、含羧基的阴离子水性丙烯酸改性聚氨酯树脂、含羧基的阴离子水性氟改性聚氨酯树脂、含羧基的阴离子水性硅改性聚氨酯树脂中的一种或多种；所述含羧基的阴离子水性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋50℃；所述含羧基的阴离子水性丙烯酸改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－25～＋80℃；所述含羧基的阴离子水性氟改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋60℃；所述含羧基的阴离子水性硅改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋60℃。

上述耐水颜料是透明氧化铁系、炭黑、钛白、偶氮类颜料、酞菁类颜料、靛蓝类颜料、紫环酮类颜料、苝类颜料、喹吖啶酮类颜料，异吲哚满酮类颜料、金属络合物颜料、表面被钝化铝粉、珠光粉中的一种或多种。

本发明为解决上述技术问题提出的另一种技术方案是：一种上述的涂料的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将含有羟基的低聚物加入反应容器中；

步骤二，加入多异氰酸酯，升温至75～85℃反应1.5h以上，

步骤三，加入金属有机物继续反应1.5h以上；

步骤四，降温至60℃以下，得到界面附着力增进剂；

步骤五，将耐水颜料、含羧基的阴离子水性树脂、助剂、界面附着力增进剂和去离子水混合搅拌15～50min，过滤后得到涂料。

本发明为解决上述技术问题提出的另一种技术方案是：一种上述的涂料的应用，在非结晶塑胶基材上涂覆所述涂料，所述涂料固化形成涂层后，再在所述涂层上涂覆UV罩光清漆，用于提高涂料与非结晶塑胶基材之间的界面附着力，以及涂料与UV罩光清漆之间的界面附着力。

本发明具有积极的效果：

（1）本发明的涂料是水性单组分塑胶涂料，呈乳液状，可用于如ABS、PVC、PS、HIPS、PC等塑料基材的外保护，还可以与UV罩光清漆配套使用。界面附着力增进剂由金属有机物、含有羟基的低聚物和多异氰酸酯合成，其充分利用这些原料中的氨酯键、脲键对基材的强吸附作用，并且还利用了铝、钛、锆等有机物中分子中缺电子的强配位作用来提高对非结晶塑胶基材的吸附性，也就是说树脂与基材通过钛、铝、锆等酸酯的架桥作用最终使得涂层的附着力和强度都得到了提高。所以，本发明的涂料可以在非结晶塑胶基材表面不进行增加附着力处理的条件下直接对其喷涂，作为面漆获得良好的附着力，并且与UV罩光清漆配套仍能保持优异的附着力。

（2）本发明的涂料不含欧盟rohs受限重金属及有机物，形成的涂层具有较好的耐水性、耐候性、良好的机械性能、高光、耐湿气等优点。本发明从脱石油化、减少二氧化碳排放、减少VOC排放、实用等观点考虑，能够大幅度地减轻对环境的负荷。更重要的是将涂料制备成单组份，将溶剂型丙烯酸树脂涂料转换为水性化的单组份塑胶涂料，提高了涂料的使用效能，能够适应生产流水线的要求。

（3）本发明的涂料的涂装方法无特别限定，可以刷涂、滚涂、空气喷涂、高压无空气喷涂、浸涂、静电喷涂等。涂布后，通过常温干燥或加热干燥，可以得到固化涂层。另外，根据涂料的种类和所适用环境的被涂物，可以任意地设定涂布量、涂装顺序、涂层厚度、干燥时间等。

具体实施方式

实施例1

本实施例的涂料的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将A81醛树脂加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。

步骤二，加入TDI三聚体，升温至80℃，反应2h。加入TDI三聚体的同时加入适量的催化剂二月桂酸二丁基锡可以有效地缩短反应时间。

步骤三，加入钛酸异丙酯继续反应2h。

步骤四，降温至60℃以下出料，得到界面附着力增进剂。上述步骤中所加入的钛酸异丙酯、TDI三聚体和A81醛树脂的质量比为4∶2∶1。按这个质量比添加金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物制备得到的界面附着力增进剂最为稳定。

步骤五，将20重量份的炭黑色浆、100重量份的含羧基的阴离子水性聚氨酯树脂、10重量份的助剂、3重量份的界面附着力增进剂和20重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，转速设为700rad/min，搅拌20min。含羧基的阴离子水性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋50℃。其中的助剂采用现有的常用分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂和成膜助剂。如果还需要添加紫外光吸收剂、光稳定剂、防冻剂、防霉剂等其他助剂，可以继续往拉缸中添加，再搅拌30min。最后用120目干净尼龙网过滤，包装，即得到黑色涂料。

本实施例的涂料在基材表面固化后，按照《GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》与未添加界面附着力增进剂的涂料做对照试验。本实施例的涂料形成的涂层，用胶带用力拉百格后，切口的边缘完全光滑，格子边缘没有任何剥落。未添加界面附着力增进剂的涂料形成的涂层，脱落总面积大于65%。

实施例2

本实施例的涂料的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将固体羟基丙烯酸树脂加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。

步骤二，加入TDI-TMP加成物，升温至80℃，反应2h。

步骤三，加入异丙醇铝继续反应2h。

步骤四，降温至60℃以下出料，得到界面附着力增进剂。上述步骤中所加入的异丙醇铝、TDI-TMP加成物和固体羟基丙烯酸树脂的质量比为4∶2∶1。

步骤五，将35重量份的钛白色浆、5重量份的硫酸钡、100重量份的含羧基的阴离子水性丙烯酸改性聚氨酯树脂、8重量份的助剂、3重量份的界面附着力增进剂和20重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，转速设为700rad/min，搅拌20min。含羧基的阴离子水性丙烯酸改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－25～＋80℃。其中的助剂采用现有的常用分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂和成膜助剂。最后用120目干净尼龙网过滤，包装，即得到白色涂料。

本实施例的涂料在非结晶塑胶基材上固化形成涂层后，再在表面喷涂UV罩光清漆，按照《GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》与未添加界面附着力增进剂的涂料，同样固化后喷涂UV罩光清漆做对照试验。本实施例的水性单组分塑胶涂层外的喷涂UV罩光清漆涂层，用胶带用力拉百格后，切口的边缘完全光滑，格子边缘没有任何剥落。未添加界面附着力增进剂的水性单组分塑胶涂层外的喷涂UV罩光清漆涂层，脱落总面积大于65%。

实施例3

本实施例的涂料的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将环氧树脂加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。

步骤二，加入缩二脲N75，升温至80℃，反应2h。

步骤三，加入锆酸酯继续反应2h。

步骤四，降温至60℃以下出料，得到界面附着力增进剂。上述步骤中所加入的锆酸酯、缩二脲N75和环氧树脂的质量比为4∶2∶1。

步骤五，将33重量份的酞菁蓝色浆、100重量份的含羧基的阴离子水性氟改性聚氨酯树脂、10重量份的助剂、3重量份的界面附着力增进剂和20重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，转速设为700rad/min，搅拌20min。含羧基的阴离子水性氟改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋60℃。其中的助剂采用现有的常用分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂和成膜助剂。最后用120目干净尼龙网过滤，包装，即得到蓝色涂料。

实施例4

本实施例的涂料的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将醇酸树脂加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。

步骤二，加入N3390HDI，升温至80℃，反应2h。

步骤三，加入乙酰丙酮铝继续反应2h。

步骤四，降温至60℃以下出料，得到界面附着力增进剂。上述步骤中所加入的乙酰丙酮铝、TN3390HDI和醇酸树脂的质量比为4∶2∶1。

步骤五，将35重量份的钛白色浆、100重量份的含羧基的阴离子水性硅改性聚氨酯树脂、8重量份的助剂、3重量份的界面附着力增进剂和20重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，转速设为700rad/min，搅拌20min。含羧基的阴离子水性硅改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋60℃。其中的助剂采用现有的常用分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂和成膜助剂。最后用120目干净尼龙网过滤，包装，即得到白色涂料。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种涂料，其特征在于，包括以下组分：90～110重量份的含羧基的阴离子水性树脂、15～40重量份的耐水颜料、5～15重量份的体质颜料、7～12重量份的助剂、2～4重量份的界面附着力增进剂、15～25重量份的去离子水；所述界面附着力增进剂由金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物反应而成。

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物在反应中的质量比为3.5～4.5∶1.5～2.5∶1。

3.根据权利要求2所述的涂料，其特征在于：所述金属有机物是钛酸异丙酯、异丙醇铝、锆酸酯、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮铁中的一种或多种；所述多异氰酸酯是TDI-TMP加成物、TDI三聚体、缩二脲N75或N3390HDI三聚体中的一种或多种；所述含有羟基的低聚物是A81醛酮树脂、固体羟基丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、羟烃基有机硅金额羟基氟树脂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述体质颜料是碳酸钙、硫酸钡、硅酸铝、高岭土、滑石粉中的一种或多种。

5.根据权利要求1至4之一所述的涂料，其特征在于：所述助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂和成膜助剂；所述分散剂是聚羧酸盐类分散剂；所述润湿剂是二烷基磺基琥珀酸盐、烷基萘磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂酯、烷基吡啶盐氯化物、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、乙炔乙二醇中的一种或多种；所述流平剂是有机硅类流平剂、非离子型聚氨酯流平剂中的一种或多种；所述消泡剂是聚醚类消泡剂、矿物油消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或多种；所述成膜助剂是丙二醇醚、丁二醇醚、酸酯类化合物中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的涂料，其特征在于：所述助剂还包括紫外光吸收剂、光稳定剂、防冻剂、防霉剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述含羧基的阴离子水性树脂是含羧基的阴离子水性聚氨酯树脂、含羧基的阴离子水性丙烯酸改性聚氨酯树脂、含羧基的阴离子水性氟改性聚氨酯树脂、含羧基的阴离子水性硅改性聚氨酯树脂中的一种或多种；所述含羧基的阴离子水性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋50℃；所述含羧基的阴离子水性丙烯酸改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－25～＋80℃；所述含羧基的阴离子水性氟改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋60℃；所述含羧基的阴离子水性硅改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度（tg）为－50～＋60℃。

8.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述耐水颜料是透明氧化铁系、炭黑、钛白、偶氮类颜料、酞菁类颜料、靛蓝类颜料、紫环酮类颜料、苝类颜料、喹吖啶酮类颜料，异吲哚满酮类颜料、金属络合物颜料、表面被钝化铝粉、珠光粉中的一种或多种。

9.一种如权利要求1所述的涂料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤一，将含有羟基的低聚物加入反应容器中；

步骤二，加入多异氰酸酯，升温至75～85℃反应1.5h以上，

步骤三，加入金属有机物继续反应1.5h以上；

步骤四，降温至60℃以下，得到界面附着力增进剂；

步骤五，将耐水颜料、含羧基的阴离子水性树脂、助剂、界面附着力增进剂和去离子水混合搅拌15～50min，过滤后得到涂料。

10.一种如权利要求1所述的涂料的应用，其特征在于：在非结晶塑胶基材上涂覆所述涂料，所述涂料固化形成涂层后，再在所述涂层上涂覆UV罩光清漆，用于提高涂料与非结晶塑胶基材之间的界面附着力，以及涂料与UV罩光清漆之间的界面附着力。