CN107641450B - 一种高固体分高耐候聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高固体分高耐候聚氨酯涂料及其制备方法，该聚氨酯涂料由甲、乙两组分构成，其中甲组分由以下成分按照质量份数组成：聚酯多元醇树脂20～35份，天冬树脂10～20.5份，润湿分散剂1～3份，触变剂1.5～2.5份，紫外吸收剂1～3份，颜料3～4份，填料35～50份；乙组分由以下成分按照质量份数组成：固化剂20～60份，催化剂0.4～0.6份。本发明提供的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，VOC排放量低，环保无毒，同时具有优异的机械性能和耐候性能，施工适用期良好，常温下固化性能优秀，适用范围广，特别适用于船舶及海洋平台大气区等特殊环境的工业涂装。

Description

一种高固体分高耐候聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯涂料技术领域，特别涉及一种高固体分高耐候聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

随着船舶制造工业中节能减排和绿色环保理念的推广，为满足更加严格的环保标准，减少对环境的污染，对船舶涂料的性能和产品结构提出了更高的要求，目前，研究开发高质量、环境友好、低污染的高固体分涂料已经成为环保涂料的主要发展趋势。高固体分涂料是一类溶剂含量极低的涂料，一般要求固体含量在涂料的70％以上，在喷涂和干燥的过程中VOC排放量低，环保无毒。其中，高固体分聚氨酯涂料既具有优良的涂料新能，又可以满足环保要求，具有广泛的涂料应用市场和较好的发展前景。

目前，高固体分双组分聚氨酯涂料所用的树脂一般包括聚酯多元醇和丙烯酸多元醇树脂两大类，使用丙烯酸多元醇树脂作为原料树脂制备的双组分高固体分聚氨酯涂料的成膜物分子量较大，粘度较高，在使用时特别是低温环境下使用必须加入溶剂，降低施工的固含量，从而加大了涂料施工过程中VOC的排放，不利于绿色环保。同时，由丙烯酸多元醇树脂作为原料制备的高固体分聚氨酯涂料的涂膜的机械性能较差，无法满足某些使用环境下的需求。

另一类以聚酯多元醇树脂为原料制备的双组分高固体分聚氨酯涂料，利用聚酯多元醇粘度低、固含量高等特点，施工时可以直接使用而不必加入溶剂，但低粘度的聚酯多元醇分子量较低，常温下固化性能较差，不能满足涂料施工要求。

发明内容

为解决上述提到的现有技术中存在的以聚酯多元醇制备的高固体分聚氨酯涂料常温下固化性能差的问题，本发明提供一种在聚酯多元醇中加入天冬树脂以提高其固化性能的高固体分高耐候聚氨酯涂料，VOC排放量低，环保无毒，且在保持环保绿色的前提下，增强了涂料在常温下的固化性能，同时具有优秀的机械性能和耐候性能，可适用于船舶及海洋平台大气区等多种环境。

本发明采用如下技术方案：

一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，包括甲组分和乙组分；所述甲组分由以下成分按照质量份数组成：

所述乙组分由以下成分按照质量份数组成：

固化剂 20～60份

催化剂 0.4～0.6份；

所述甲组分与乙组分的质量比为2.5～3.5:1。

进一步地，所述甲组分由以下成分按照质量份数组成：

所述乙组分由以下成分按照质量份数组成：

固化剂 30～40份

催化剂 0.5～0.6份；

所述甲组分与乙组分的质量比为3～3.25:1。

进一步地，所述聚酯多元醇树脂的粘度为25℃下800mPa·s～1000mPa·s。

进一步地，所述天冬树脂为25℃下粘度为150mPa·s～200mPa·s的脂肪族聚天门冬氨酸酯树脂或25℃下粘度为250mPa·s～350mPa·s的脂肪族聚天门冬氨酸酯树脂中的一种或两种混合。

进一步地，所述润湿分散剂为不饱和酸性多元羧酸聚酯与聚硅氧烷共聚物；触变剂为气相二氧化硅或聚酰胺蜡中的一种或两种混合。

进一步地，所述固化剂为多异氰酸酯；所述多异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯缩二脲多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体多异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯三聚体多异氰酸酯中的一种或两种混合。

进一步地，所述催化剂为辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、锆螯合物中的至少一种。

进一步地，所述颜料为钛白、浅铬黄、炭黑中的至少一种；所述填料为绢云母、云母粉、滑石粉、沉淀硫酸钡中的至少三种。

进一步地，紫外吸收剂为羟基三嗪类衍生物、苯并三唑类衍生物中的一种或两种混合。

本发明还提供一种高固体分高耐候聚氨酯涂料的制备方法，所述高固体分高耐候聚氨酯涂料包括甲组分和乙组分，其中甲组分制备方法包括：

步骤一、将聚酯多元醇、天冬树脂置于容器内搅拌；

步骤二、加入润湿分散剂和紫外吸收剂，在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min；

步骤三、加入颜料、填料并在转速2800r/min～3200r/min下分散混合55min～65min；

步骤四、加入触变剂并在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min，令涂料细度为40μm以下后过滤即可得到甲组分；

乙组分的制备方法包括：

将固化剂、催化剂在容器中均匀共混后过滤即可得到乙组分。

具体在使用本发明涂料时，甲乙组分按照质量份数为2.5～3.5:1进行配比，混合均匀后即可涂装使用。

本发明以聚酯多元醇为涂料基体，加入天冬树脂均匀混合并加入各类助剂及颜填料，使用多异氰酸酯作为固化剂，固化时天冬树脂与多异氰酸酯反应放热，使涂料在常温下的固化性能得以增强。

制备时选择低粘度的聚酯多元醇，较低粘度的聚酯多元醇作为涂料的基体在固化后可提高涂料的柔韧性；天冬树脂为脂肪族聚天门冬氨酸酯树脂，聚天门冬氨酸酯树脂为大分子氨基化合物，分子链上的氨基能与聚酯多元醇中的羟基和固化剂中的多异氰酸酯基形成内应力均匀的嵌段结构，内部分子链形成大量的氢键，聚天门冬氨酸酯树脂支链上高密度的酯键也为大分子链提供了强大的极性基团，使涂层具有较强的内聚能，可调节涂料体系的粘度，增强涂膜的附着力、柔韧性和机械性能，使涂膜具有优秀的耐候性能。

乙组分内的多异氰酸酯为固化剂，在固化时甲组分中的聚天门冬氨酸酯主链上的氨基与多异氰酸酯进行加成反应，形成脲键，放出大量热量，而聚酯多元醇与多异氰酸酯进行固化反应时需要吸收热量，因此形成脲键时放出的热量使涂料在常温下也可迅速干燥固化，且漆膜平整、光泽度高、稳定性强，提高了施工效率。聚天门冬氨酸酯与多异氰酸酯生成的脲键具有很强的极性，大分子两端形成遥爪结构，产生鳌合作用，可提高漆膜的附着力和机械强度。特别地，依据涂料使用场景的不同，为使涂料达到最佳的使用效果，乙组分中多异氰酸酯的粘度范围为25℃条件下500mPa·s～600mPa·s或2500mPa·s～3000mPa·s，两种粘度可单独或复配混合使用。

在甲组分中还加入了紫外吸收剂，可提高涂料整体的耐候性能。

本发明提供的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料及其制备方法，在聚酯多元醇中加入天冬树脂，以多异氰酸酯作为固化剂，将天冬树脂与多异氰酸酯反应时产生的热量供给聚酯多元醇的固化进程，增强了涂料在常温下的固化性能，同时天冬树脂与聚酯多元醇和多异氰酸酯反应形成嵌段结构，体系粘度下降，使涂膜具有优秀的附着力、柔韧性、耐候性和机械性能，漆膜平整、光泽度高、稳定性强，有较好的适用期，可在常温甚至低温下施工，适用范围广，特别适用于船舶及海洋平台大气区等特殊环境的工业涂装。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明提供的实施例见表1：

表1

实施例1：

甲组分制备：将聚酯多元醇27份、天冬树脂18份置于容器内搅拌均匀，其中，天冬树脂的配比为25℃下粘度为155mPa·s的天冬树脂7.2份，25℃下粘度为300mPa·s的天冬树脂10.8份，再加入润湿分散剂1.5份和紫外吸收剂2份，在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min后，加入颜料4份、填料45份并在转速2800r/min～3200r/min下分散混合55min～65min后，加入触变剂2.5份并在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min，令涂料细度为40μm以下后过滤即可得到甲组分；

乙组分制备：将固化剂36份、催化剂0.5份在容器中均匀共混后过滤即可得到乙组分，其中固化剂为25℃下粘度为500mPa·s和2500mPa·s的两种多异氰酸酯复配混合使用，混合质量比为5:5。

实施例2：

甲组分制备：将聚酯多元醇28份、天冬树脂14份置于容器内搅拌均匀，其中，天冬树脂的配比为25℃下粘度为155mPa·s的天冬树脂8.4份，25℃下粘度为300mPa·s的天冬树脂5.6份，再加入润湿分散剂2份和紫外吸收剂2.5份，在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min后，加入颜料3份、填料49份并在转速2800r/min～3200r/min下分散混合55min～65min后，加入触变剂1.5份并在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min，令涂料细度为40μm以下后过滤即可得到甲组分；

乙组分制备：将固化剂33份、催化剂0.5份在容器中均匀共混后过滤即可得到乙组分，其中固化剂为25℃下粘度为500mPa·s和2500mPa·s的两种多异氰酸酯复配混合使用，混合质量比为5:5。

实施例3：

甲组分制备：将聚酯多元醇30份、天冬树脂15份置于容器内搅拌均匀，其中，天冬树脂的配比为25℃下粘度为155mPa·s的天冬树脂10.5份，25℃下粘度为300mPa·s的天冬树脂4.5份，再加入润湿分散剂2.5份和紫外吸收剂1.5份，在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min后，加入颜料3.5份、填料45.5份并在转速2800r/min～3200r/min下分散混合55min～65min后，加入触变剂2份并在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min，令涂料细度为40μm以下后过滤即可得到甲组分；

乙组分制备：将固化剂29份、催化剂0.5份在容器中均匀共混后过滤即可得到乙组分，其中固化剂为25℃下粘度为500mPa·s和2500mPa·s的两种多异氰酸酯复配混合使用，混合质量比为5:5。

使用时，将甲乙组分按照质量比3:1进行配比，混合均匀后即可涂装使用。

对以上三个实施例所制得的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料进行性能测试，表2是高固体分聚氨酯涂料的主要技术指标：

表2

发明人对上述三个实施例所制得的高固体分高耐候聚氨酯涂料按照表2的测试标准进行测试，结果如表3所示：

表3

由表3的测试数据可知，本发明提供的高固体分高耐候聚氨酯涂料的固含量高，在常温测试下干燥速度快，具有良好的施工适用期，表干时间可达2小时，17小时达到实干，涂料固化性能优秀。涂膜的附着力、耐老化性能优秀，具有优异的机械性能，VOC的排放量低，环保无毒。经测试，相比普通高固体分聚氨酯涂料，本发明提供的涂料在常温下的固化性能具有明显改善。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，其特征在于：所述高固体分高耐候聚氨酯涂料包括甲组分和乙组分；

所述甲组分由以下成分按照质量份数组成：

所述乙组分由以下成分按照质量份数组成：

固化剂 20～60份

催化剂 0.4～0.6份；

所述甲组分与乙组分的质量比为2.5～3.5:1；

所述固化剂为多异氰酸酯，所述多异氰酸酯的粘度范围为25℃条件下500mPa·s～600mPa·s或2500mPa·s～3000mPa·s中的一种或两种混合；

所述聚酯多元醇树脂的粘度为25℃下800mPa·s～1000mPa·s；

所述天冬树脂为25℃下粘度为150mPa·s～200mPa·s的脂肪族聚天门冬氨酸酯树脂或25℃下粘度为250mPa·s～350mPa·s的脂肪族聚天门冬氨酸酯树脂中的一种或两种混合；

所述甲组分制备方法包括：

步骤一、将聚酯多元醇、天冬树脂置于容器内搅拌；

步骤二、加入润湿分散剂和紫外吸收剂，在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min；

步骤三、加入颜料、填料并在转速2800r/min～3200r/min下分散混合55min～65min；

步骤四、加入触变剂并在转速1300～1700r/min下分散混合20～40min，令涂料细度为40μm以下后过滤即可得到甲组分；

所述乙组分的制备方法包括：

将固化剂、催化剂在容器中均匀共混后过滤即可得到乙组分。

2.根据权利要求1所述的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，其特征在于：所述甲组分由以下成分按照质量份数组成：

所述乙组分由以下成分按照质量份数组成：

固化剂 30～40份

催化剂 0.5～0.6份；

所述甲组分与乙组分的质量比为3～3.25:1。

3.根据权利要求1或2所述的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，其特征在于：所述润湿分散剂为不饱和酸性多元羧酸聚酯与聚硅氧烷共聚物；触变剂为气相二氧化硅或聚酰胺蜡中的一种或两种混合。

4.根据权利要求1或2所述的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，其特征在于：所述固化剂为多异氰酸酯；

所述多异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯缩二脲多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体多异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯三聚体多异氰酸酯中的一种或两种混合。

5.根据权利要求1或2所述的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、锆螯合物中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，其特征在于：所述颜料为钛白、浅铬黄、炭黑中的至少一种；所述填料为绢云母、云母粉、滑石粉、沉淀硫酸钡中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的一种高固体分高耐候聚氨酯涂料，其特征在于：紫外吸收剂为羟基三嗪类衍生物、苯并三唑类衍生物中的一种或两种混合。