CN107434948A - 一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料制备技术领域,特别涉及一种丙烯酸聚氨酯涂料及其制备方法。本发明的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，它包括A、B组分，A组分为水性丙烯酸树脂漆，B组分为水性聚氨酯固化剂；其中A组分以重量份计由50‑70份水性丙烯酸树脂、0.1‑0.3份中和剂、0.2‑0.6份分散剂、0.3‑0.8份消泡剂、0.1‑0.3份流平剂，10‑20份颜料、10‑30份填料、0.2‑1.0份增稠剂组成；所述水性丙烯酸树脂为具有核壳结构的丙烯酸树脂水分散体，并采用分步溶液聚合法合成。本发明的双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料储存稳定性好，VOC含量低，高固低粘，耐水性好，防腐性能优异，光泽高，耐候性好。

Description

一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料制备技术领域,特别涉及一种丙烯酸聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

目前，由于环保法规的日益完善和人们健康意识的逐渐增强，传统的溶剂型涂料受到了前所未有的挑战，环境友好型的水性涂料成为了当前涂料行业的发展趋势。双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料既具有溶剂型双组分丙烯酸聚氨酯涂料的高性能，又兼有水性涂料的环保优势，已成为涂料水性化技术研究的热点。双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料由水性羟基树脂和水性异氰酸酯固化剂组成，其中水性羟基树脂是决定涂膜性能的关键因素之一。目前，应用于双组份水性聚氨酯涂料的水性羟基树脂主要有羟基丙烯酸分散体和羟基丙烯酸乳液两大类，但都存在一定的缺点。水分散型羟基丙烯酸树脂都是通过在丙烯酸混合单体中引入一定量的羧基单体来提供树脂的水溶性，为了提高树脂的储存稳定性和好的水分散性，通常需要引入较多的羧基，但这使水性羟基丙烯酸树脂的耐水、耐碱、耐油方面性能下降，而且，此种方法制备的羟基丙烯酸树脂一般粘度大，固含量低，涂膜光泽不够高；而用乳液聚合制备的水性羟基丙烯酸树脂，由于乳化剂的存在导致涂膜的光泽等性能达不到要求，且破乳成本较高，乳化剂难以除尽。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种储存稳定性好，VOC含量低，高固低粘，耐水性好，防腐性能优异，光泽高，耐候性好的双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料。

为了达到上述目的，本发明的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，它包括A、B组分，A组分为水性丙烯酸树脂漆，B组分为水性聚氨酯固化剂；其中A组分以重量份计由50-70份水性丙烯酸树脂、0.1-0.3份中和剂、0.2-0.6份分散剂、0.3-0.8份消泡剂、0.1-0.3份流平剂，10-20份颜料、10-30份填料、0.2-1.0份增稠剂组成；

所述水性丙烯酸树脂为具有核壳结构的丙烯酸树脂水分散体，并采用分步溶液聚合法合成，首先由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、过氧化苯甲酸特丁酯、巯基乙醇组成的混合单体溶液，通过自由基溶液聚合制备不含羧基的树脂核，然后在不含羧基的树脂核存在的条件下由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸、过氧化苯甲酸特丁酯、巯基乙醇组成的混合单体溶液，通过自由基溶液聚合制备含有羧基的树脂壳，最后加中和剂中和后经水分散均匀得到。

作为优选，所述中和剂为氨水、二甲基乙醇胺、三乙胺等中的一种。

作为优选，所述分散剂为非离子型丙烯酸类高分子聚合物。

作为优选，所述消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物溶液，如聚醚硅氧烷等。

作为优选，所述流平剂为氟改性丙烯酸酯溶液、聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液等。

作为优选，所述颜料为酞菁蓝、钛白粉、碳黑、中铬黄、氧化铁红、DPP红等。

作为优选，所述填料为沉淀硫酸钡、双飞粉、磷酸锌、三聚磷酸铝等，改善漆膜机械强度，提高固体含量。

作为优选，所述增稠剂为水性非离子缔合型聚氨酯增稠剂。

作为优选，所述水性聚氨酯固化剂为基于HDI、TDI、IPDI的亲水改性脂肪族异氰酸酯固化剂。

本发明的另一目的是提供一种上述双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备方法，包括如下步骤：

一、制备水性丙烯酸树脂

在反应器中投入6-8份乙二醇丁醚，升温至121℃±2℃，匀速滴加2-4份甲基丙烯酸甲酯、8-12份苯乙烯、8.5-12.5份甲基丙烯酸羟乙酯、5-7份甲基丙烯酸丁酯、1-2份丙烯酸丁酯、1-2份丙烯酸-2-乙基己酯、1-2份甲基丙烯酸十二烷基酯、5-8份过氧化苯甲酸特丁酯、0.2-0.4份巯基乙醇的混合单体溶液，用1.5-2.5h滴完，滴加完成后，在121℃±2℃保温1h，再匀速滴加1-4份甲基丙烯酸甲酯、0.6-1份苯乙烯、3.5-5.5份甲基丙烯酸羟乙酯、1-2份甲基丙烯酸丁酯、1.5-2.5份丙烯酸丁酯、1.5-2.5份丙烯酸-2-乙基己酯、1-2份甲基丙烯酸十二烷基酯、1-2份甲基丙烯酸、0.2-0.5份过氧化苯甲酸特丁酯、1-3份巯基乙醇的混合单体溶液，用1-2h滴完，滴加完成后，在121℃±2℃保温2h，然后降温至80℃-90℃，加入1.5-2份中和剂中和20-40min，最后，在高剪切力下经水分散均匀后得到；

二、制备双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料

在分散釜中，以重量份计投入50-70份水性丙烯酸树脂,在搅拌下依次加入0.1-0.3份中和剂、0.2-0.6份分散剂、0.3-0.8份消泡剂、0.1-0.3份流平剂，分散5min后，在搅拌下依次加入10-20份颜料、10-30份填料，高速分散均匀后，砂磨至细度小于25μm为合格，再加入0.2-1.0份增稠剂搅拌均匀，过滤后即得到水性丙烯酸树脂漆，最后将其与水性聚氨酯固化剂配合使用制备漆膜。

本发明的关键技术和有益效果在于：

一、采用分步溶液聚合法合成具有核壳结构的丙烯酸树脂水分散体，第一步为自由基溶液聚合制备树脂核，制备的核不含羧基，且玻璃化温度较高，这一步聚合用去单体总量的60％-80％(质量百分比，以下同)；第二步为在核存在的条件下自由基溶液聚合制备树脂壳，制备的壳含有羧基，且玻璃化温度较低，这一步聚合时所用单体约占单体总量的20％-40％，最后加中和剂中和后经水分散均匀即得水性丙烯酸树脂分散体。该树脂分散体进水前固含量可达85％，VOC含量低，符合环保要求，进水后固含在41％左右，格式管粘度为(5-30)S，实现高固低粘，且由于该分散体具有核壳结构，贮存稳定性好,用其制备的涂料光泽高、耐候性好、耐水性好、防腐性能优异且具有较高的硬度，可以广泛应用于金属防腐领域。

二、本发明聚合反应采用的反应温度是根据所用引发剂半衰期为0.1h-3.5h的温度而定，最佳反应温度是引发剂半衰期为0.5h-1.5h时的温度。

三、在丙烯酸混合单体中加入了一定量的甲基丙烯酸十二烷基酯作为功能性单体，可以显著提高双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料的耐水、耐碱、耐油性能。

具体实施方式

实施例1

本发明水性丙烯酸树脂的合成：在一个装有搅拌器、冷凝器、加热器的反应器中投入60g乙二醇丁醚，升温至121℃±2℃，匀速滴加30g甲基丙烯酸甲酯、80g苯乙烯、85g甲基丙烯酸羟乙酯、50g甲基丙烯酸丁酯、10g丙烯酸丁酯、10g丙烯酸-2-乙基己酯、15g甲基丙烯酸十二烷基酯、5.6g过氧化苯甲酸特丁酯、3g巯基乙醇的混合单体，用1.5-2.5h滴完，滴加完成后，在121℃±2℃保温1h，再匀速滴加10g甲基丙烯酸甲酯、6g苯乙烯、35g甲基丙烯酸羟乙酯、10g甲基丙烯酸丁酯、20g丙烯酸丁酯、20g丙烯酸-2-乙基己酯、15g甲基丙烯酸十二烷基酯、14g甲基丙烯酸、2.4g过氧化苯甲酸特丁酯、1.2g巯基乙醇的混合单体，用1-2h滴完，滴加完成后，在121℃±2℃保温2h，然后降温至80℃-90℃，加入17g二甲基乙醇胺中和20-40min左右，在高剪切力下加入490g去离子水进水分散均匀，得到外观白色细腻有蓝光的乳液状树脂水分散体。所得树脂水分散体进水前固含量为(85±2)％，进水后固含量为(41±2)％，固体羟基3.8％，格式管粘度为(5-30)S，PH＝7-8。

实施例2

普通水性丙烯酸树脂的合成：在一个装有搅拌器、冷凝器、加热器的反应器中投入140g乙二醇丁醚，升温至121℃±2℃，匀速滴加10g甲基丙烯酸甲酯、65g苯乙烯、85g甲基丙烯酸羟乙酯、50g甲基丙烯酸丁酯、16g丙烯酸丁酯、39g丙烯酸-2-乙基己酯、10g甲基丙烯酸、11g过氧化苯甲酸特丁酯、4.7g巯基乙醇的混合单体，(1.5-2.5h)滴完，滴加完成后，保温1h，再匀速滴加35g甲基丙烯酸羟乙酯、40g丙烯酸丁酯、20g丙烯酸-2-乙基己酯、20g甲基丙烯酸、4.7g过氧化苯甲酸特丁酯、2g巯基乙醇的混合单体，1h左右滴完，滴加完成后，保温2h，然后降温至(80-90)℃，加入34g二甲基乙醇胺中和30min左右，在高剪切力下加入360g去离子水进行分散，出料。所得双组份水性丙烯酸树脂进水前固含量为(70±2)％，进水后固含量为(41±2)％，固体羟基3.8％，格式管粘度为(10-40)S，PH＝7-8。

实施例3

双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备：在分散釜中，投入600g实施例1中的水性丙烯酸树脂、1g二甲基乙醇胺、5g分散剂、3g消泡剂、1g流平剂，分散5min后，在搅拌下依次加入150g钛白粉、100g沉淀硫酸钡，高速分散均匀后，砂磨至细度小于25μm为合格，再加入5g增稠剂搅拌均匀，过滤后即得到水性丙烯酸树脂漆，作为水性丙烯酸聚氨酯涂料的A组分，最后将其与日本迪爱生公司的水性异氰酸酯固化剂DIC 5500配合使用制备漆膜。

实施例4：

双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备：在分散釜中，投入600g实施例2中的水性丙烯酸树脂、1g二甲基乙醇胺、5g分散剂、3g消泡剂、1g流平剂，分散5min后，在搅拌下依次加入150g钛白粉、100g沉淀硫酸钡，高速分散均匀后，砂磨至细度小于25μm为合格，再加入5g增稠剂搅拌均匀，过滤后即得到水性丙烯酸树脂漆，作为水性丙烯酸聚氨酯涂料的A组分，最后将其与日本迪爱生公司的水性异氰酸酯固化剂DIC 5500配合使用制备漆膜。

实施例5

双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备：在分散釜中，投入600g实施例1中的水性丙烯酸树脂、1g二甲基乙醇胺、5g分散剂、3g消泡剂、1g流平剂，分散5min后，在搅拌下依次加入150g钛白粉、100g沉淀硫酸钡，高速分散均匀后，砂磨至细度小于25μm为合格，再加入5g增稠剂搅拌均匀，过滤后即得到水性丙烯酸树脂漆，作为水性丙烯酸聚氨酯涂料的A组分，最后将其与德国拜耳公司的水性异氰酸酯固化剂Bayhydur 304配合使用制备漆膜。

实施例6：

双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备：在分散釜中，投入600g实施例2中的水性丙烯酸树脂、1g二甲基乙醇胺、5g分散剂、3g消泡剂、1g流平剂，分散5min后，在搅拌下依次加入150g钛白粉、100g沉淀硫酸钡，高速分散均匀后，砂磨至细度小于25μm为合格，再加入5g增稠剂搅拌均匀，过滤后即得到水性丙烯酸树脂漆，作为水性丙烯酸聚氨酯涂料的A组分，最后将其与德国拜耳公司的水性异氰酸酯固化剂Bayhydur 304配合使用制备漆膜。

将上述实施例3-6的双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料进行性能测试，结果如下：

Claims (10)

1.一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：包括A、B组分，A组分为水性丙烯酸树脂漆，B组分为水性聚氨酯固化剂；其中A组分以重量份计由50-70份水性丙烯酸树脂、0.1-0.3份中和剂、0.2-0.6份分散剂、0.3-0.8份消泡剂、0.1-0.3份流平剂，10-20份颜料、10-30份填料、0.2-1.0份增稠剂组成；

所述水性丙烯酸树脂为具有核壳结构的丙烯酸树脂水分散体，并采用分步溶液聚合法合成，首先由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、过氧化苯甲酸特丁酯、巯基乙醇组成的混合单体溶液，通过自由基溶液聚合制备不含羧基的树脂核，然后在不含羧基的树脂核存在的条件下由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸、过氧化苯甲酸特丁酯、巯基乙醇组成的混合单体溶液，通过自由基溶液聚合制备含有羧基的树脂壳，最后加中和剂中和后经水分散均匀得到。

2.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述中和剂为氨水、二甲基乙醇胺、三乙胺中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述分散剂为非离子型丙烯酸类高分子聚合物。

4.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物溶液。

5.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述流平剂为氟改性丙烯酸酯溶液或聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液。

6.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述颜料为酞菁蓝、钛白粉、碳黑、中铬黄、氧化铁红或DPP红。

7.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述填料为沉淀硫酸钡、双飞粉、磷酸锌或三聚磷酸铝。

8.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述增稠剂为水性非离子缔合型聚氨酯增稠剂。

9.根据权利要求1所述的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料，其特征在于：所述水性聚氨酯固化剂为基于HDI、TDI、IPDI的亲水改性脂肪族异氰酸酯固化剂。

10.一种双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

一、制备水性丙烯酸树脂

在反应器中投入6-8份乙二醇丁醚，升温至121℃±2℃，匀速滴加2-4份甲基丙烯酸甲酯、8-12份苯乙烯、8.5-12.5份甲基丙烯酸羟乙酯、5-7份甲基丙烯酸丁酯、1-2份丙烯酸丁酯、1-2份丙烯酸-2-乙基己酯、1-2份甲基丙烯酸十二烷基酯、5-8份过氧化苯甲酸特丁酯、0.2-0.4份巯基乙醇的混合单体溶液，用1.5-2.5h滴完，滴加完成后，在121℃±2℃保温1h，再匀速滴加1-4份甲基丙烯酸甲酯、0.6-1份苯乙烯、3.5-5.5份甲基丙烯酸羟乙酯、1-2份甲基丙烯酸丁酯、1.5-2.5份丙烯酸丁酯、1.5-2.5份丙烯酸-2-乙基己酯、1-2份甲基丙烯酸十二烷基酯、1-2份甲基丙烯酸、0.2-0.5份过氧化苯甲酸特丁酯、1-3份巯基乙醇的混合单体溶液，用1-2h滴完，滴加完成后，在121℃±2℃保温2h，然后降温至80℃-90℃，加入1.5-2份中和剂中和20-40min，最后，在高剪切力下经水分散均匀后得到；

二、制备双组份水性丙烯酸聚氨酯涂料

在分散釜中，以重量份计投入50-70份水性丙烯酸树脂,在搅拌下依次加入0.1-0.3份中和剂、0.2-0.6份分散剂、0.3-0.8份消泡剂、0.1-0.3份流平剂，分散5min后，在搅拌下依次加入10-20份颜料、10-30份填料，高速分散均匀后，砂磨至细度小于25μm为合格，再加入0.2-1.0份增稠剂搅拌均匀，过滤后即得到水性丙烯酸树脂漆，最后将其与水性聚氨酯固化剂配合使用制备漆膜。