CN108753139B - 复配水性涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

复配水性涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复配水性涂料及其制备方法和应用，该复配水性涂料包括第一组分和第二组分，所述第一组分为水性异氰酸酯固化剂；所述第二组分主要由以下质量份的组分制备而成：有机硅改性聚氨酯乳液30‑70份、水性丙烯酸乳液5‑60份、添加剂1‑30份和水10‑30份；所述水性丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为20‑25℃；在所述有机硅改性水性聚氨酯乳液中，以质量份计，所述有机硅改性水性聚氨酯乳液主要由以下组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇80份～120份、羟基硅油2～20份、二异氰酸酯20‑60份、小分子扩链剂0.1‑5份、亲水扩链剂2‑10份、有机金属催化剂0.01～0.5份、成盐剂1～10份和水150～250份。该复配水性涂料具有较好的耐候性和耐磨性。

Description

复配水性涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及复配水性涂料及其制备方法和应用。
背景技术
目前追求健康生活的人群日渐增多，故体育运动场地的需求也日渐增多。通常在运动场地上刷一层涂料来增加弹性，而市场上使用较多为溶剂型涂料，其本身含有有机溶剂，对使用者健康带来影响，严重限制了其应用。水性涂料的推广能很大程度上降低涂料挥发物所带来的影响，但目前大多数水性涂料耐磨、耐候性较差，容易开裂、脱落，不宜用于球场等运动场地的涂覆，且较多的运动场地处于露天状态，长期日晒雨淋，加速其开裂、脱落的速度，严重影响其使用寿命。
发明内容
基于此，有必要提供一种绿色环保的耐候、耐磨复配水性涂料及其制备方法和应用。
一种复配水性涂料，包括第一组分和第二组分，所述第一组分为水性异氰酸酯固化剂；所述第二组分主要由以下质量份的组分制备而成：有机硅改性聚氨酯乳液30-70份、水性丙烯酸乳液5-60份、添加剂1-30份和水10-30份；
所述水性丙烯酸乳液的玻璃化转变温度(TG)值为20-25℃；
在所述有机硅改性水性聚氨酯乳液中，以质量份计，所述有机硅改性水性聚氨酯乳液主要由以下组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇80份～120份、羟基硅油2～20份、二异氰酸酯20-60份、小分子扩链剂0.1-5份、亲水扩链剂2-10份、有机金属催化剂0.01～0.5份、成盐剂1～10份和水150～250份。
上述复配水性涂料包括第一组分和第二组分，其中，第一组分为水性异氰酸酯固化剂，第二组分主要由二氧化碳共聚物多元醇、羟基硅油、二异氰酸酯、小分子扩链剂、亲水扩链剂、有机金属催化剂及成盐剂制备而成的有机硅改性水性聚氨酯乳液与水性丙烯酸乳液以特定比例混合而成；将第一组分和第二组分混合后制得的复配水性涂料的交联密度显著提升，进而使得该涂料的耐候、耐磨性得到显著提升。且上述复配水性涂料无需添加有机溶剂绿色环保。
在其中一实施例中，所述第二组分主要由以下质量份的组分制备而成：有机硅改性聚氨酯乳液35-60份、水性丙烯酸乳液10-50份、添加剂1-30份和水20-30份。
在其中一实施例中，所述第二组分主要由以下质量份的组分制备而成：有机硅改性聚氨酯乳液40-50份、水性丙烯酸乳液15-40份、添加剂1-30份和水20-30份。
在其中一实施例中，在所述有机硅改性水性聚氨酯乳液中，以质量份计，所述有机硅改性水性聚氨酯乳液主要由以下组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇90份～110份、羟基硅油4～10份、二异氰酸酯30-50份、小分子扩链剂1-4份、亲水扩链剂3-8份、有机金属催化剂0.1～0.4份、成盐剂2～8份和水190～210份。
在其中一实施例中，所述第一组分和第二组分的质量比为1：(4～20)。
在其中一实施例中，所述第一组分和第二组分的质量比为1：(8～15)。
在其中一实施例中，所述水性异氰酸酯固化剂为拜耳2547。
在其中一实施例中，所述成盐剂与所述亲水扩链剂的质量比为1：(1.2～1.4)。
在其中一实施例中，所述二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为1000～8000g/mol，羟基官能度为2～6，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.25～0.45；及/或，所述羟基硅油的羟基含量为4％-12％。
在其中一实施例中，所述羟基硅油的羟基含量为6％-10％。
在其中一实施例中，所述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯。
在其中一实施例中，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述成盐剂选自三乙胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠和氨水中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述亲水扩链剂选自N,N-二羟乙基单马来酰胺酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、N,N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸和N-(2-氨基乙基)-2-氨基丙磺酸中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述小分子扩链剂选自乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、1,6-己二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-羟甲基环己烷、三甲基戊二醇、二正丁胺、乙二胺、三甲基己二胺、四乙烯五胺和二乙烯三胺和异氟尔酮二胺中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述有机金属催化剂选自辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡和有机铋中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述水性丙烯酸乳液为羟值为1.2％～1.8％的水性羟基丙烯酸乳液。
在其中一实施例中，在所述添加剂中，以质量份计，包括：消泡剂0.1～0.5份、杀菌剂0.1～0.5份、润湿剂0.2～1份、分散剂0.2～1份、填料0～8份、纤维素0.1～1份、pH调节剂0.1～0.8份、成膜助剂0.2～2份、增稠剂0.2～4份及色精0～10份。
在其中一实施例中，所述消泡剂为诺普科SN154、诺普科SN318、诺普科SN1370、诺普科SN1340和诺普科SN1360中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述杀菌剂为陶氏LXE。
在其中一实施例中，所述润湿剂诺普科SN990、SN996和SN991中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述分散剂为诺普科SN5040、SN5027、SN-5029、SN5023、SN6100和SN6150中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述填料为金红石性钛白粉、高岭土、超细硫酸钡、超细碳酸钙、超细滑石粉中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述纤维素为陶氏羟乙基纤维素QP100MH、QP50000和QP10000中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述pH调节剂为氨水、三乙胺、二甲基乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述成膜助剂为醇酯12、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇和乙二醇中的一种或多种。
在其中一实施例中，所述增稠剂为诺普科SN612、SN621N、SN625N和SN660T中的一种或多种。
上述的复配水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
制备所述有机硅改性聚氨酯乳液；
将所述有机硅改性聚氨酯乳液、水性丙烯酸乳液、添加剂与所述水混合，分散均匀，制得所述第二组分；
将所述第二组分和所述第一组分混合，搅拌均匀即得所述复配水性涂料。
在其中一实施例中，所述制备有机硅改性聚氨酯乳液的步骤包括以下步骤：
将所述二氧化碳共聚物多元醇、所述羟基硅油和所述亲水扩链剂混合，升温至30-60℃；
加入所述二异氰酸酯，搅拌均匀；
加入所述有机金属催化剂，在75-95℃下搅拌3-5小时；
降温至50-75℃，加入所述小分子扩链剂，搅拌均匀；
再降温至10-50℃，加入所述成盐剂，搅拌均匀；
加入所述水，分散0.1-1小时，即得所述有机硅改性聚氨酯乳液。
上述复配水性涂料在制备运动场地面中的应用。
由于上述复配水性涂料具有较高的耐磨性、耐候性，且无有机溶剂挥发，绿色环保，能够充分满足运动场的需求，故适宜用于制备运动场地面。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
(1)有机硅改性聚氨酯乳液的制备
在500RPM搅拌条件下加入100份二氧化碳共聚物多元醇(Mn＝3000)、5份羟基硅油、6份二羟甲基丙酸升温至60℃；加入45份异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌0.5小时；加入0.2份辛酸亚锡催化剂，升温至85℃反应3小时；降温至70℃，加入1份乙二醇，反应1小时，加入5.2份三乙胺，搅拌0.5小时；在1500RPM高速搅拌条件下加入200份水，搅拌15分钟，即得实施例1的有机硅改性聚氨酯乳液。
(2)复配水性涂料的制备
在500PRM搅拌条件下，往分散缸加入37份水，再分别投入0.1份杀菌剂LXE、0.4份分散剂SN5040、0.4份润湿剂SN990和0.1份消泡剂SN154，分散5-30min；再加入6份高岭土，0.4份纤维素QP100MH，分散5-30min；再加入35份上述有机硅改性聚氨酯乳液，5份水性丙烯酸乳液(TG值为25℃)，500-1500PRM转速分散5-30min，再加入0.3份2-氨基-2-甲基-1-丙醇，2份增稠剂SN612，8份水性色浆，500-1500PRM转速分散5-30min，即得第二组分。
取上述的第二组分100份，在500RPM搅拌条件下加入水性异氰酸酯固化剂10份，搅拌1分钟，在马口铁上涂膜制样，即得实施例1的复配水性涂料。
实施例2
(1)有机硅改性聚氨酯乳液的制备
在500RPM搅拌条件下加入100质量份二氧化碳共聚物多元醇(Mn＝3000)、10份羟基硅油、8份二羟甲基丙酸升温至60℃；加入50份异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌0.5小时；加入0.2份辛酸亚锡催化剂，升温至80℃反应4小时；降温至70℃，加入3份丁二醇，反应1小时，加入6份三乙胺，搅拌0.5小时；在1500RPM高速搅拌条件下加入200份水，搅拌15分钟，即得实施例2的有机硅改性聚氨酯乳液。
(2)复配水性涂料的制备
在500PRM搅拌条件下，往分散缸加入17份水，再分别投入0.1份杀菌剂LXE、0.4份分散剂SN5040、0.4份润湿剂SN990和0.1份消泡剂SN154，分散5-30min；再加入6份高岭土，0.3份纤维素QP100MH，分散5-30min；再加入60份上述有机硅改性聚氨酯乳液，20份水性丙烯酸乳液(TG值为25℃)，500-1500PRM转速分散5-30min，再加入0.3份2-氨基-2-甲基-1-丙醇，1份增稠剂SN612，8份水性色浆，500-1500PRM转速分散5-30min，即得第二组分。
取上述的第二组分100份，在500RPM搅拌条件下加入水性异氰酸酯固化剂20份，搅拌1分钟，在马口铁上涂膜制样，即得实施例2的复配水性涂料。
实施例3
(1)有机硅改性聚氨酯乳液的制备
在500RPM搅拌条件下加入100份二氧化碳共聚物多元醇(Mn＝3000)、5份羟基硅油、8质量份二羟甲基丙酸升温至60℃，加入50份氢化二苯基甲烷二异氰酸酯，搅拌0.5小时；加入0.2质量份辛酸亚锡催化剂，升温至80℃反应4小时；降温至70℃，加入3份丁二醇，反应1小时，加入6份三乙胺，搅拌0.5小时；在1500RPM高速搅拌条件下加入200份水，搅拌15分钟，得到实施例3的有机硅改性聚氨酯乳液。
(2)复配水性涂料的制备
在500PRM搅拌条件下，往分散缸加入27份水，再分别投入0.1份杀菌剂LXE、0.4份分散剂SN5040、0.4份润湿剂SN990和0.1份消泡剂SN154，分散5-30min；再加入6份高岭土，0.4份纤维素QP100MH，分散5-30min；再加入50份上述有机硅改性聚氨酯乳液，15水性丙烯酸乳液(TG值为20℃)，500-1500PRM转速分散5-30min，再加入0.3份2-氨基-2-甲基-1-丙醇，2份增稠剂SN612，8份水性色浆，500-1500PRM转速分散5-30min，即得第二组分。
取上述的第二组分100份，在500RPM搅拌条件下加入水性异氰酸酯固化剂10份，搅拌1分钟，在马口铁上涂膜制样，即得实施例3的复配水性涂料。
实施例4
(1)有机硅改性聚氨酯乳液的制备
在500RPM搅拌条件下加入100份二氧化碳共聚物多元醇(Mn＝2000)、10份羟基硅油、8份二羟甲基丙酸升温至60℃；加入65份异佛尔酮二异氰酸酯时，搅拌0.5小时；加入0.2质量份辛酸亚锡催化剂，升温至80℃反应4小时，降温至70℃，加入3份丁二醇，反应1小时，加入6质量份三乙胺，搅拌0.5小时；在1500RPM高速搅拌条件下加入200份水，搅拌15分钟，即得实施例4的有机硅改性聚氨酯乳液。
(2)复配水性涂料的制备
在500PRM搅拌条件下，往分散缸加入27份水，再分别投入0.1份杀菌剂LXE、0.4份分散剂SN5040、0.4份润湿剂SN990和0.1份消泡剂SN154，分散5-30min；再加入6份高岭土，0.4份纤维素QP100MH，分散5-30min；再加入40份上述有机硅改性聚氨酯乳液，10水性丙烯酸乳液(TG值为25℃)，500-1500PRM转速分散5-30min，再加入0.3份2-氨基-2-甲基-1-丙醇，2份增稠剂SN612，8份水性色浆，500-1500PRM转速分散5-30min，即得第二组分。
取上述的第二组分100份，在500RPM搅拌条件下加入水性异氰酸酯固化剂10份，搅拌1分钟，在马口铁上涂膜制样，即得实施例4的复配水性涂料。
对比例1
与实施例4基本相同，不同之处在于，不加入水性异氰酸酯固化剂。
对比例2
实施例4基本相同，不同之处在于，水性丙烯酸乳液的TG值为10℃。
对比例3
与实施例4基本相同，不同之处在于，在制备有机硅改性聚氨酯乳液时，不添加羟基硅油。
对比例4
与实施例4基本相同，不同之处在于，在制备有机硅改性聚氨酯乳液时，采用聚氧化丙烯二醇(Mn＝2000)代替二氧化碳共聚物多元醇。
性能测试
对实施例1-实施例4、对比例1-对比例4在马口铁上涂膜制样的复配水性涂料制品(厚度在2-3mm左右)进行以下测试，测试结果如表1。
测试方法如下：
(1)附着力测试根据GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验
(2)铅笔硬度根据国标《GB/T6739-1996涂膜铅笔硬度测定法》测定。
(3)耐脏性测试采用油性笔在漆膜上划一道，再用布擦，观察擦干净的难易程度。
(4)耐候性采用耐老化实验，具体地，将漆膜放置在户外曝晒6个月后，清洗灰尘，晾干，观察现象。
(5)采用承德金和仪器JY-PHb型接触角测定仪测试，以去离子水测量水接触角，液滴体积约为2.5ul，水滴在样品胶膜后15s拍照，用量角法测量接触角的大小。
(6)耐水性根据GB/T4893.1-2005与GB/T23999-2009进行。
(7)耐酸性根据GB/T9274-1988色漆和清漆耐液体介质测定，采用浸泡法，观察漆膜情况。
表1
Figure BDA0001699719330000101
从表1可以看出，上述实施例1-实施例4的复配水性涂料所形成的薄膜的附着力明显优于对比例1、对比例2和对比例4，耐候性明显优于对比例3；且实施例1-实施例4的复配水性涂料所形成的薄膜还具有较高的硬度、耐水、耐化学品性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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)

1.一种复配水性涂料，其特征在于，包括第一组分和第二组分，所述第一组分为水性异氰酸酯固化剂；所述第二组分主要由以下质量份的组分制备而成：有机硅改性聚氨酯乳液30-70份、水性丙烯酸乳液5-60份、添加剂1-30份和水10-30份；
所述水性丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为20-25℃；
在所述有机硅改性水性聚氨酯乳液中，以质量份计，所述有机硅改性水性聚氨酯乳液主要由以下组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇80份～120份、羟基硅油2～20份、二异氰酸酯20-60份、小分子扩链剂0.1-5份、亲水扩链剂2-10份、有机金属催化剂0.01～0.5份、成盐剂1～10份和水150～250份；
所述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯；
所述羟基硅油的羟基含量为4％-12％；
所述水性丙烯酸乳液为羟值为1.2％～1.8％的水性羟基丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的复配水性涂料，其特征在于，所述第一组分和第二组分的质量比为1：(4～20)。
3.根据权利要求2所述的复配水性涂料，其特征在于，所述水性异氰酸酯固化剂为拜耳2547。
4.根据权利要求1或2所述的复配水性涂料，其特征在于，所述二异氰酸酯选自：异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的复配水性涂料，其特征在于，所述二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为1000～8000g/mol，羟基官能度为2～6，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.25～0.45；及/或
所述羟基硅油的羟基含量为6％-10％。
6.根据权利要求1或2所述的复配水性涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸乳液的TG值为25℃。
7.根据权利要求1或2所述的复配水性涂料，其特征在于，在所述添加剂中，以质量份计，包括：消泡剂0.1～0.5份、杀菌剂0.1～0.5份、润湿剂0.2～1份、分散剂0.2～1份、填料0～8份、纤维素0.1～1份、pH调节剂0.1～0.8份、成膜助剂0.2～2份、增稠剂0.2～4份及色精0～10份。
8.权利要求1-7任一项所述的复配水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备所述有机硅改性聚氨酯乳液；
将所述有机硅改性聚氨酯乳液、水性丙烯酸乳液、添加剂与所述水混合，分散均匀，制得所述第二组分；
将所述第二组分和所述第一组分混合，搅拌均匀即得所述复配水性涂料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，制备所述有机硅改性聚氨酯乳液的步骤包括以下步骤：
将所述二氧化碳共聚物多元醇、所述羟基硅油和所述亲水扩链剂混合，升温至30-60℃；
加入所述二异氰酸酯，搅拌均匀；
加入所述有机金属催化剂，在75-95℃下搅拌3-5小时；
降温至50-75℃，加入所述小分子扩链剂，搅拌均匀；
再降温至10-50℃，加入所述成盐剂，搅拌均匀；
加入所述水，分散0.1-1小时，即得所述有机硅改性聚氨酯乳液。
10.权利要求1-7任一项所述的复配水性涂料在制备运动场地面中的应用。
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