CN109266202B - 氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯材料技术领域,具体涉及一种氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆及其制备方法。氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆由A组分与B组分组成,A组分:小分子聚醚、填料、蓖麻油、消泡剂、氧化石墨烯、颜料、流平剂、分散剂、有机铋催化剂;B组分为预聚体,预聚体是由分子量为3000‑6000,官能度为2‑3的聚醚和4,4'‑二环己基甲烷二异氰酸酯制得的。本发明生产和使用时摆脱了溶剂的使用,产品耐老化性优异、高韧性、超强耐磨。

Description

氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料技术领域,具体涉及一种氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆及其制备方法。
背景技术
聚氨酯油性面漆以其优良的强度和耐水性而被广泛应用于室内环保地面铺设和户外的硬地球场铺设,尤其是学校、小区等的户外篮球场、羽毛球场等,也应用于工厂、停车场等等领域。
由于常见的溶剂型油性聚氨酯面漆存在较大量的挥发性有机溶剂,不环保、溶剂稀释剂消耗量大,对施工人员的毒害作用较大。而水性丙烯酸类面漆基本不含有机溶剂,VOC很低,但耐磨性、强度和使用年限均不如油性聚氨酯面漆。
但是油性聚氨酯面漆也存在一定的问题,目前产业化的油性聚氨酯面漆很难做到无溶剂,且即便做到也会面临耐老化性差的弊端。那么开发一种耐磨性好、使用年限大幅度提升、无溶剂且耐老化性能优秀的聚氨酯类油性面漆绝对是目前迫切需要的一份工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,很好的摆脱了溶剂的使用依赖性,且耐老化性超过了目前丙烯酸类水性面漆的效果,氧化石墨烯的加入更加使得面漆耐磨性得到明显提升,使用年限明显增加;本发明同时提供了氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆的制备方法,科学合理、简单易行。
本发明所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆由A组分与B组分组成,A组分与B组分的重量比为0.7-1.3:1;其中,以重量百分数计,
A组分:
Figure BDA0001720797100000011
Figure BDA0001720797100000021
B组分为预聚体,预聚体是由分子量为3000-6000,官能度为2-3的聚醚和4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯制得的。
所述的小分子聚醚为分子量在200-1000,2-3官能度的聚醚,优选陶氏聚醚(美国陶氏化学公司)。
所述的填料为目数为4000-8000的滑石粉(灵寿县盛乾矿产品加工厂)。
所述的蓖麻油为官能度为2.7的蓖麻油,优选脱水蓖麻油(内蒙古威宇生物科技有限公司)。
所述的消泡剂为有机硅类消泡剂,优选RJ-4040(杭州瑞江新材料技术有限公司)。
所述的颜料为氧化铁红或大红色浆中的一种或两种,氧化铁红优选氧化铁红130或101(河北灵寿县冀路矿产品加工厂),大红色浆优选大红色浆TY-121(广东省东莞市一诺色宝有限公司)。
所述的氧化石墨烯为石墨经Hummers法制备的氧化石墨烯(比表面积为200~500m2/g);石墨优选LC50-9999,粒径40μm,纯度99.99%(青岛瑞盛石墨有限公司)。
所述的流平剂为无溶剂非离子型流平剂,优选流平剂YCK-1190(上海毅克化学有限公司)。
所述的分散剂为阴离子型改性聚酯类润湿分散剂,优选分散剂YCK-2330(上海毅克化学有限公司)。
所述的有机铋催化剂为无溶剂环保有机铋催化剂,优选Kat24、Kat22、Kat0243(深圳市金晟楠化工材料有限公司)。
所述的B组分预聚体为聚醚和异氰酸酯的预聚物,聚醚优选陶氏聚醚(美国陶氏化学公司),异氰酸酯优选陶氏或者烟台万华的HMDI(美国陶氏化学公司,万华化学集团股份有限公司)。
本发明所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆的制备方法,步骤如下:
(1)A组分:将小分子聚醚、蓖麻油和分散剂投入反应釜中,在800-1000转搅拌10-15min后加入氧化石墨烯,在800-1000转搅拌10-15min后搅拌下依次加入流平剂、颜料、填料,在800-1000转搅拌15-20min,再加入有机铋催化剂和配方量一半的消泡剂1200-1500转搅拌20-25min,最后加入剩余的消泡剂,1500-1800转搅拌15-20min,装桶制得A组分;
(2)B组分:将聚醚与4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯在75-85℃下反应2-2.5h得预聚体,最终异氰酸根百分含量为20-22%;
(3)施工时,将A组分和B组分搅拌均匀后滚涂在已处理的弹性层基础面上即可。
本发明的无溶剂聚氨酯油性面漆,经过配方颠覆性设计和大量实验调试确定各原料种类和比重,最终确定无溶剂、耐老化的配方;另外氧化石墨烯的加入使材料物理性能更加优异。此体系特点为特定原料在体系中的特定搭配,使整个无溶剂双组份体系粘度达到施工和操作要求,解决了无溶剂施工和生产问题,且原料的选择和合理搭配使材料具备优异的物理性能和耐老化性,而氧化石墨烯的加入更使得面漆的漆膜韧性、耐磨性得到明显提升,提升了使用年限。同时配方体系不含溶剂大大降低了每平米的使用量,降低了成本。产品实际应用中,随A、B组分中聚醚种类的选择和用量的变化,产品硬度、粘度和耐磨性都会受影响,使用单位可以根据自己要求和场地弹性层具体情况合适调变使用比例来获得最佳的施工效果。
本发明的无溶剂聚氨酯油性面漆材料具有施工简单、安全环保、耐老化和耐磨性能好的特性,主要应用于球场类场地的铺设。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
(1)生产和使用时摆脱了溶剂的使用。通过配方特定设计,合理的聚醚和异氰酸酯的选择和搭配,在合适控制比例和用量的前提下,解决了溶剂使用问题。
(2)产品耐老化性优异、高韧性、超强耐磨。通过异氰酸酯的选择和预聚物的异氰酸酯含量设计使得材料具备优异的耐老化性,弥补了油性聚氨酯材料耐老化性的不足。氧化石墨烯与聚氨酯类材料的搭配使得固化后材料中具有高强度碳-碳σ键的均匀分布,改善了材料骨架结构,从而提高材料耐磨性、韧性等机械性能,使产品具备更佳的长期使用性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
(1)A组分:将415g分子量为400的聚醚VORANOL 220-260、100g脱水蓖麻油和10g分散剂YCK-2330投入反应釜中,在800转搅拌15min后加入10g氧化石墨烯(石墨LC50-9999经Hummers法制得),在1000转搅拌10min后搅拌下依次加入20g流平剂YCK-1190、130g氧化铁红130、300g的4000目滑石粉,在1000转搅拌15min,再加入5g有机铋催化剂Kat24和5g消泡剂RJ-4040,1200转搅拌25min,最后加入5g消泡剂RJ-4040,1800转搅拌15min,装桶制得A组分;
(2)B组分:将380g分子量4000的聚醚VORANOL4240与720g异氰酸酯HMDI在85℃下反应2h得预聚体,最终异氰酸根百分含量为22%。
(3)施工时,将A组分和B组分搅拌均匀后滚涂在已处理的弹性层基础面上即可。
步骤(3)中所述的A组分与B组分质量比为0.7。
实施例2
(1)A组分:将500g分子量为700的聚醚VORANOL 230-238、50g脱水蓖麻油和20g分散剂YCK-2330投入反应釜中,在1000转搅拌10min后加入5g氧化石墨烯(石墨LC50-9999经Hummers法制得),在800转搅拌15min后搅拌下依次加入14g流平剂YCK-1190、190g氧化铁红130、200g的4000目滑石粉,在800转搅拌20min,再加入1g有机铋催化剂Kat24和10g消泡剂RJ-4040,1500转搅拌20min,最后加入10g消泡剂RJ-4040,1500转搅拌20min,装桶制得A组分;
(2)B组分:将320g分子量5000的聚醚VORANOL4701与680g异氰酸酯HMDI在75℃下反应2.5h得预聚体,最终异氰酸根百分含量为21%。
(3)施工时,将A组分和B组分搅拌均匀后滚涂在已处理的弹性层基础面上即可。
步骤(3)中所述的A组分与B组分质量比为1。
实施例3
(1)A组分:将469g分子量为1000的聚醚VORANOL 2110TB、70g脱水蓖麻油和15g分散剂YCK-2330投入反应釜中,在900转搅拌13min后加入1g氧化石墨烯(石墨LC50-9999经Hummers法制得),在900转搅拌13min后搅拌下依次加入10g流平剂YCK-1190、160g氧化铁红130、250g的4000目滑石粉,在900转搅拌18min,再加入10g有机铋催化剂Kat24和7.5g消泡剂RJ-4040,1400转搅拌23min,最后加入7.5g消泡剂RJ-4040,1600转搅拌17min,装桶制得A组分;
(2)B组分:将330g分子量3000的聚醚VORANOL3010与670g异氰酸酯HMDI在80℃下反应2.3h得预聚体,最终异氰酸根百分含量为20%。
(3)施工时,将A组分和B组分搅拌均匀后滚涂在已处理的弹性层基础面上即可。
步骤(3)中所述的A组分与B组分质量比为1.3。
对比例1
(1)A组分:将469g分子量为1000的聚醚VORANOL 2110TB、70g脱水蓖麻油和15g分散剂YCK-2330投入反应釜中,在900转搅拌13min后搅拌下依次加入10g流平剂YCK-1190、160g氧化铁红130、250g的4000目滑石粉,在900转搅拌18min,再加入10g有机铋催化剂Kat24和7.5g消泡剂RJ-4040,1400转搅拌23min,最后加入7.5g消泡剂RJ-4040,1600转搅拌17min,装桶制得A组分;
(2)B组分:将330g分子量3000的聚醚VORANOL3010与670g异氰酸酯HMDI在75℃下反应2.3h得预聚体,最终异氰酸根百分含量为20%。
(3)施工时,将A组分和B组分搅拌均匀后滚涂在已处理的弹性层基础面上即可。
步骤(3)中所述的A组分与B组分质量比为1.3。
将实施例1-3和对比例1制得的产品与市场上同类聚氨酯面漆产品进行对比,测试结果见表1。
表1实施例1-3和对比例1制得的产品与市场上同类聚氨酯面漆产品测试结果
Figure BDA0001720797100000051
注:磨耗测试设备为Taber型耐磨试验机(高铁检测仪器公司),耐老化测试设备为Q-SUN Xe-1型氙灯耐老化实验箱(美国Q-Lab公司)。
从表1可以看出,本发明无溶剂氧化石墨烯改性的高耐磨、高韧性、超强耐老化的聚氨酯油性面漆,与对比例相比氧化石墨烯的加入的确提高了面漆的耐磨性,无论在耐老化和韧性,还是在耐磨性上均表现出较好效果。本发明产品很好的解决了此类产品存在的问题,具有极佳的推广价值。

Claims (9)

1.一种氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于由A组分与B组分组成,A组分与B组分的重量比为0.7-1.3:1;其中,以重量百分数计,
A组分:
Figure FDA0002609161810000011
B组分为预聚体,预聚体是由分子量为3000-6000,官能度为2-3的聚醚和4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯制得的;
所述的蓖麻油为官能度为2.7的蓖麻油。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于所述的小分子聚醚为分子量在200-1000,2-3官能度的聚醚。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于所述的填料为目数为4000-8000的滑石粉。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于所述的消泡剂为有机硅类消泡剂,颜料为氧化铁红或大红色浆中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于所述的氧化石墨烯为石墨经Hummers法制备的氧化石墨烯。
6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于所述的流平剂为无溶剂非离子型流平剂。
7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于所述的分散剂为阴离子型改性聚酯类润湿分散剂。
8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆,其特征在于所述的有机铋催化剂为无溶剂环保有机铋催化剂。
9.一种权利要求1-8任一所述的氧化石墨烯改性的环保型聚氨酯油性面漆的制备方法,其特征在于步骤如下:
(1)A组分:将小分子聚醚、蓖麻油和分散剂投入反应釜中,在800-1000转搅拌10-15min后加入氧化石墨烯,在800-1000转搅拌10-15min后搅拌下依次加入流平剂、颜料、填料,在800-1000转搅拌15-20min,再加入有机铋催化剂和配方量一半的消泡剂1200-1500转搅拌20-25min,最后加入剩余的消泡剂,1500-1800转搅拌15-20min,装桶制得A组分;
(2)B组分:将聚醚与4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯在75-85℃下反应2-2.5h得预聚体,最终异氰酸根百分含量为20-22%;
(3)施工时,将A组分和B组分搅拌均匀后滚涂在已处理的弹性层基础面上即可。
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