CN108977026A - 一种耐磨水性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨水性聚氨酯涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨水性聚氨酯涂料及其制备方法，所得水性聚氨酯涂料无毒无臭味、无污染、施工方便，并且具有较高的硬度，较强的耐磨性能和耐洗刷性能，绿色环保，可应用于家装、装饰、墙面等方面；利用正丁醇对纳米二氧化锆进行改性，不仅使其分散性更好，避免了团聚，改性后加入到涂层中，更好的起到了增强涂层硬度的效果；利用聚丙烯纤维对玻化微珠进行改性，促进玻化微珠在涂层基底中的相容性和界面结合力，使其均匀地分布在涂层网络结构中，增强涂层耐磨性，同时，经过聚丙烯纤维改性后的玻化微珠降低了涂层表面的光泽度，具有亚光的效果，提高抗刮伤能力。

Description

一种耐磨水性聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种耐磨水性聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯是由含羟基、羧基、氨基等官能团的化合物与含异氰酸酯基化合物反应得到的高分子化合物，分子主链中除含有许多重复的氨基甲酸酯键(—NHCOO—)外，还含有醚键、酯键、脲键、脲基甲酸酯键。聚氨酯被誉为性能最优异的树脂，传统的溶剂型聚氨酯涂料在制备和施工的过程中都需添加不少有机溶剂，对人类健康和环境造成危害。水性聚氨酯涂料是以水为分散介质制备的涂料，其中不含或含有极少量的有机溶剂。水性聚氨酯涂料具有无毒无臭味、无污染、不易燃烧、成本低、施工方便、易于清理等优点。
但是其在实际应用过程中，还存在着固化后的硬度低，耐磨性差的问题，限制了其进一步应用。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种硬度高、耐磨性能强、耐水洗刷性能好的聚氨酯涂料，及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种耐磨水性聚氨酯涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
改性玻化微珠5-10，聚丙烯纤维10-15，纳米二氧化锆5-8，正丁醇30-80，硅烷偶联剂1-2，轻质碳酸10-20，钛白粉5-15，水性聚氨酯乳液50-100，乙二醇2-3，大豆卵磷脂2-4，十二烷基苯磺酸钠0.5-2，成膜助剂1-2，消泡剂0.5-0.8；
所述水性聚氨酯乳液固含量为30-35%。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化锆放入密封罐中，保持压力为8-9MPa，以氮气为保护气体，控制温度为130-140℃，相对湿度为90-95%，保温保压处理3-5min后泄压，并自然冷却至室温，取出后放入其体积30-40倍的无水乙醇中，在90-100Hz下，超声处理20-30min，然后过滤，于80-100℃烘干，然后再加入到正丁醇中，在200-300rpm转速搅拌下，升温至118-125℃，回流40-60min，然后抽滤，所得物直接放入鼓风干燥箱中，70-80℃烘干；
（2）改性玻化微珠、步骤（1）所得物在球磨机中以150-200rpm的转速混合5-10min，然后加入偶联剂、轻质碳酸钙、钛白粉，继续球磨处理2-3h，取出后在100-120℃下干燥，粉碎并过200-300目筛；
（3）将步骤（2）所得物加入到水性聚氨酯乳液中，升温至70-90℃，500-600rpm下搅拌30-50min，然后加入乙二醇、大豆卵磷脂、十二烷基苯磺酸钠、成膜助剂、消泡剂，继续混合搅拌1-2h，即可。
进一步的，步骤（2）所述改性玻化微珠制备方法如下：
将玻化微珠、聚丙烯纤维放入其体积10-20倍的，质量浓度为3-7%的氢氧化钠溶液中，在带有搅拌装置的反应釜中，350-500rpm、20-25MPa、150-160℃条件下，搅拌处理2-3h，然后降压开釜，以1-2℃/min的速率冷却至50-60℃，然后利用4-6%的盐酸溶液调节pH至中性，喷雾干燥，得到改性玻化微珠备用。
进一步的，步骤（2）所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种，使用前利用乙醇稀释至含量为3-6%。
进一步的，步骤（2）所述轻质碳酸钙、钛白粉在使用前经过煅烧处理，煅烧条件为氮气氛围，温度200-220℃。
进一步的，步骤（3）所述成膜助剂为十二碳醇，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
本发明的有益效果：本发明制备的聚氨酯涂料无毒无臭味、无污染、施工方便，并且具有较高的硬度，较强的耐磨性能和耐洗刷性能，绿色环保，可应用于家装、装饰、墙面等方面；利用正丁醇对纳米二氧化锆进行改性，不仅使其分散性更好，避免了团聚，改性后加入到涂层中，更好的起到了增强涂层硬度的效果；利用聚丙烯纤维对玻化微珠进行改性，促进玻化微珠在涂层基底中的相容性和界面结合力，使其均匀地分布在涂层网络结构中，增强涂层耐磨性，同时，经过聚丙烯纤维改性后的玻化微珠降低了涂层表面的光泽度，具有亚光的效果，提高抗刮伤能力；轻质碳酸钙、钛白粉在使用前经过煅烧处理，可增强其与各组份间的相容性，以及涂层的附着力。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
一种耐磨水性聚氨酯涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
改性玻化微珠5，聚丙烯纤维10，纳米二氧化锆5，正丁醇30，硅烷偶联剂1，轻质碳酸10，钛白粉5，水性聚氨酯乳液50，乙二醇2，大豆卵磷脂2，十二烷基苯磺酸钠0.5，成膜助剂1，消泡剂0.5；
所述水性聚氨酯乳液固含量为30%。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化锆放入密封罐中，保持压力为8MPa，以氮气为保护气体，控制温度为130℃，相对湿度为90%，保温保压处理3min后泄压，并自然冷却至室温，取出后放入其体积30倍的无水乙醇中，在90Hz下，超声处理20min，然后过滤，于80℃烘干，然后再加入到正丁醇中，在200rpm转速搅拌下，升温至118℃，回流40min，然后抽滤，所得物直接放入鼓风干燥箱中，70℃烘干；
（2）改性玻化微珠、步骤（1）所得物在球磨机中以150rpm的转速混合5min，然后加入偶联剂、轻质碳酸钙、钛白粉，继续球磨处理2h，取出后在100℃下干燥，粉碎并过200目筛；
（3）将步骤（2）所得物加入到水性聚氨酯乳液中，升温至70℃，500rpm下搅拌30min，然后加入乙二醇、大豆卵磷脂、十二烷基苯磺酸钠、成膜助剂、消泡剂，继续混合搅拌1h，即可。
进一步的，步骤（2）所述改性玻化微珠制备方法如下：
将玻化微珠、聚丙烯纤维放入其体积10倍的，质量浓度为3%的氢氧化钠溶液中，在带有搅拌装置的反应釜中，350rpm、20MPa、150℃条件下，搅拌处理2h，然后降压开釜，以1℃/min的速率冷却至50℃，然后利用4%的盐酸溶液调节pH至中性，喷雾干燥，得到改性玻化微珠备用。
进一步的，步骤（2）所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种，使用前利用乙醇稀释至含量为3%。
进一步的，步骤（2）所述轻质碳酸钙、钛白粉在使用前经过煅烧处理，煅烧条件为氮气氛围，温度200℃。
进一步的，步骤（3）所述成膜助剂为十二碳醇，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
实施例2
一种耐磨水性聚氨酯涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
改性玻化微珠7，聚丙烯纤维12，纳米二氧化锆6，正丁醇50，硅烷偶联剂2，轻质碳酸15，钛白粉10，水性聚氨酯乳液80，乙二醇3，大豆卵磷脂3，十二烷基苯磺酸钠1，成膜助剂2，消泡剂0.7；
所述水性聚氨酯乳液固含量为32%。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化锆放入密封罐中，保持压力为9MPa，以氮气为保护气体，控制温度为135℃，相对湿度为92%，保温保压处理4min后泄压，并自然冷却至室温，取出后放入其体积35倍的无水乙醇中，在95Hz下，超声处理25min，然后过滤，于90℃烘干，然后再加入到正丁醇中，在250rpm转速搅拌下，升温至120℃，回流50min，然后抽滤，所得物直接放入鼓风干燥箱中，75℃烘干；
（2）改性玻化微珠、步骤（1）所得物在球磨机中以170rpm的转速混合8min，然后加入偶联剂、轻质碳酸钙、钛白粉，继续球磨处理3h，取出后在110℃下干燥，粉碎并过250目筛；
（3）将步骤（2）所得物加入到水性聚氨酯乳液中，升温至80℃，550rpm下搅拌40min，然后加入乙二醇、大豆卵磷脂、十二烷基苯磺酸钠、成膜助剂、消泡剂，继续混合搅拌2h，即可。
进一步的，步骤（2）所述改性玻化微珠制备方法如下：
将玻化微珠、聚丙烯纤维放入其体积15倍的，质量浓度为5%的氢氧化钠溶液中，在带有搅拌装置的反应釜中，400rpm、22MPa、155℃条件下，搅拌处理3h，然后降压开釜，以2℃/min的速率冷却至55℃，然后利用5%的盐酸溶液调节pH至中性，喷雾干燥，得到改性玻化微珠备用。
进一步的，步骤（2）所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种，使用前利用乙醇稀释至含量为5%。
进一步的，步骤（2）所述轻质碳酸钙、钛白粉在使用前经过煅烧处理，煅烧条件为氮气氛围，温度210℃。
进一步的，步骤（3）所述成膜助剂为十二碳醇，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
实施例3
一种耐磨水性聚氨酯涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
改性玻化微珠10，聚丙烯纤维15，纳米二氧化锆8，正丁醇80，硅烷偶联剂2，轻质碳酸20，钛白粉15，水性聚氨酯乳液100，乙二醇3，大豆卵磷脂4，十二烷基苯磺酸钠2，成膜助剂2，消泡剂0.8；
所述水性聚氨酯乳液固含量为35%。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化锆放入密封罐中，保持压力为9MPa，以氮气为保护气体，控制温度为140℃，相对湿度为95%，保温保压处理5min后泄压，并自然冷却至室温，取出后放入其体积40倍的无水乙醇中，在100Hz下，超声处理30min，然后过滤，于100℃烘干，然后再加入到正丁醇中，在300rpm转速搅拌下，升温至125℃，回流60min，然后抽滤，所得物直接放入鼓风干燥箱中，80℃烘干；
（2）改性玻化微珠、步骤（1）所得物在球磨机中以200rpm的转速混合10min，然后加入偶联剂、轻质碳酸钙、钛白粉，继续球磨处理3h，取出后在120℃下干燥，粉碎并过300目筛；
（3）将步骤（2）所得物加入到水性聚氨酯乳液中，升温至90℃，600rpm下搅拌50min，然后加入乙二醇、大豆卵磷脂、十二烷基苯磺酸钠、成膜助剂、消泡剂，继续混合搅拌2h，即可。
进一步的，步骤（2）所述改性玻化微珠制备方法如下：
将玻化微珠、聚丙烯纤维放入其体积20倍的，质量浓度为7%的氢氧化钠溶液中，在带有搅拌装置的反应釜中，500rpm、25MPa、160℃条件下，搅拌处理3h，然后降压开釜，以2℃/min的速率冷却至60℃，然后利用6%的盐酸溶液调节pH至中性，喷雾干燥，得到改性玻化微珠备用。
进一步的，步骤（2）所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种，使用前利用乙醇稀释至含量为6%。
进一步的，步骤（2）所述轻质碳酸钙、钛白粉在使用前经过煅烧处理，煅烧条件为氮气氛围，温度220℃。
进一步的，步骤（3）所述成膜助剂为十二碳醇，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
对比实施例1
本对比实施例相比于实施例1，省略了纳米二氧化锆的加入，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例相比于实施例1，省略了正丁醇对纳米二氧化锆的改性处理步骤，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例相比于实施例1，省略了玻化微珠的加入，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例4
本对比实施例相比于实施例1，省略了聚丙烯纤维对玻化微珠的改性处理步骤，除此之外的方法步骤均相同。
实验：
附着力测试：涂层附着力测试按照GB/9286-1988《划格法》进行。
硬度测试：按铅笔硬度GB/T6379-1996试验；
抗磨性：将一个经水浸的3M硬毛刷置于各组样品对应的涂层表面，在负重5kg的条件下前后移动刷子（移动距离大于30cm，进行10次摩擦实验），观察划痕情况：
3级：涂层表面无划痕；
2级：涂层表面有轻微划痕，隐约可见；
1级：涂层表面明显可见划痕。
光泽度测试：按照GB/T 9754-2007标准，采用ZGM-1020光泽度计（瑞士杰恩尔
公司制），在60°下测试光泽度。
测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，本发明制备的水性聚氨酯涂料形成的涂层附着力、硬度、抗磨性均较好，且由于聚丙烯纤维对玻化微珠的改性，降低了涂层的光泽度，减少光反射带来的困扰。

Claims (6)

1.一种耐磨水性聚氨酯涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
改性玻化微珠5-10，聚丙烯纤维10-15，纳米二氧化锆5-8，正丁醇30-80，硅烷偶联剂1-2，轻质碳酸10-20，钛白粉5-15，水性聚氨酯乳液50-100，乙二醇2-3，大豆卵磷脂2-4，十二烷基苯磺酸钠0.5-2，成膜助剂1-2，消泡剂0.5-0.8；
所述水性聚氨酯乳液固含量为30-35%。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨水性聚氨酯涂料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化锆放入密封罐中，保持压力为8-9MPa，以氮气为保护气体，控制温度为130-140℃，相对湿度为90-95%，保温保压处理3-5min后泄压，并自然冷却至室温，取出后放入其体积30-40倍的无水乙醇中，在90-100Hz下，超声处理20-30min，然后过滤，于80-100℃烘干，然后再加入到正丁醇中，在200-300rpm转速搅拌下，升温至118-125℃，回流40-60min，然后抽滤，所得物直接放入鼓风干燥箱中，70-80℃烘干；
（2）改性玻化微珠、步骤（1）所得物在球磨机中以150-200rpm的转速混合5-10min，然后加入偶联剂、轻质碳酸钙、钛白粉，继续球磨处理2-3h，取出后在100-120℃下干燥，粉碎并过200-300目筛；
（3）将步骤（2）所得物加入到水性聚氨酯乳液中，升温至70-90℃，500-600rpm下搅拌30-50min，然后加入乙二醇、大豆卵磷脂、十二烷基苯磺酸钠、成膜助剂、消泡剂，继续混合搅拌1-2h，即可。
3.根据权利要求2所述的一种耐磨水性聚氨酯涂料制备方法，其特征在于，步骤（2）所述改性玻化微珠制备方法如下：
将玻化微珠、聚丙烯纤维放入其体积10-20倍的，质量浓度为3-7%的氢氧化钠溶液中，在带有搅拌装置的反应釜中，350-500rpm、20-25MPa、150-160℃条件下，搅拌处理2-3h，然后降压开釜，以1-2℃/min的速率冷却至50-60℃，然后利用4-6%的盐酸溶液调节pH至中性，喷雾干燥，得到改性玻化微珠备用。
4.根据利要求2所述的一种耐磨水性聚氨酯涂料制备方法，其特征在于，步骤（2）所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种，使用前利用乙醇稀释至含量为3-6%。
5.根据利要求2所述的一种耐磨水性聚氨酯涂料制备方法，其特征在于，步骤（2）所述轻质碳酸钙、钛白粉在使用前经过煅烧处理，煅烧条件为氮气氛围，温度200-220℃。
6.根据利要求2所述的一种耐磨水性聚氨酯涂料制备方法，其特征在于，步骤（3）所述成膜助剂为十二碳醇，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
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