CN109321117A

CN109321117A - 一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN109321117A
Application number: CN201811138060.4A
Authority: CN
Inventors: 谢义鹏
Original assignee: Shaoguan Union Chemical Co Ltd; Union Foshan Chemical Co Ltd
Current assignee: Shaoguan Union Chemical Co Ltd; Union Foshan Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-02-12

Abstract

本发明涉及一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料，由A、B组分组成，所述A组分由含羟基的水性树脂、颜填料及色浆、助剂和水组成，B组分为阴离子型异氰酸酯三聚体水性固化剂；所述A组分与B组分的重量比＝100:10～20；本发明还提供一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料的制备方法。本发明制得的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，贮存时不沉淀，漆膜能达到溶剂型聚氨酯涂料的性能要求，具有优异的流平性，丰满度，手感、耐水性、耐腐蚀性、耐热性、耐沾染性、耐老化性，满足涂装材料的技术要求和环保要求；广泛应用于木器、钢结构、工程机械、塑料、玻璃、水泥混凝土表面的装饰、防锈与防腐保护。

Description

一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性工业漆，尤其涉及到一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料及其制备方法，属于水性涂料技术领域。

技术背景

国内外相继制定了严厉的环保法规来限制挥发性有机化合物(VOC)向大气排放，高性能、环保化已成为涂料发展的方向。水性木器涂料以水为分散介质，生产和使用过程中污染最小，是木器涂料的发展趋势。随着人们环保意识的不断增强，水性木器漆越来越受到市场的欢迎和消费者的青睐。双组份水性聚氨酯涂料更是因为其结合了双组份溶剂型聚氨酯涂料高性能和低VOC含量的优点成为涂料工业研究的热点。

目前，水性木器涂料的主要种类有水性醇酸、水性聚氨酯、水性丙烯酸等。其中双组份水性聚氨酯由于存在硬度高、丰满度高成为行业研究的热点。双组份水性聚氨酯主要由水性羟基组分和多异氰酸酯固化剂组成，选择合适的多异氰酸酯固化剂对于双组份聚氨酯涂膜有着重大意义。用于双组份水性聚氨酯涂料的固化剂分为两类：未改性的多异氰酸酯和经过亲水改性多异氰酸酯固化剂。未改性的多异氰酸酯由于较难与水性羟基组分均匀混合，在水性双组份体系中的应用受到限制。

中国专利201510607059.1公开了一种高硬高耐磨水性双组份木器清漆，由主剂A和固化剂B组成，所述主剂A由以下重量百分比的组分组成：水性羟基丙烯酸乳液50～70％、水性聚氨酯树脂10～30％、水性耐磨功能性填料4.0～8.0％、助剂为6.5～11.7％、水余量；所述固化剂B由以下重量百分比的组分组成：水可分散改性聚异氰酸酯80％，丙二醇甲醚醋酸酯20％。该发明的高硬高耐磨水性双组份木器清漆具有硬度高、耐磨性高、快干、抗刮伤、耐水性好、耐醇性优异以及抗粘连等特点。

中国专利201410489952.4公开了一种水性双组份聚氨酯改性醇酸木器清漆的制备方法，由甲组分和乙组分组成，甲乙组分按OH:NCO的配比为1:1.2～1.4；甲组分由水溶性醇酸树脂、基材润湿剂、流平剂、消光粉、分散剂、消泡剂、杀菌剂、成膜助剂和去离子水组成，乙组分为水性聚氨酯固化剂；本发明制得的水性双组份聚氨酯改性醇酸木器清漆在贮存时不沉淀，流平性好，丰满度高，手感好；其漆膜能达到溶剂型聚氨酯木器漆的性能要求，而且具有优异的耐水性、耐化品性、耐热性、耐老化性，环保，满足装修装饰材料的技术要求和环保要求；广泛应用于木器、金属、塑料等制品的表面保护装饰用。

中国专利200410027543.9公开了一种应用于木器家具、木器结构、木地板的表面防护以及金属、石材结构或文物表面防护的水性双组份聚氨酯木器漆及其制备方法，在环保方面完全符合HBC12-2002标准，是由下列组份按重量百分比物理配制而成的：甲组份：水性聚氨酯分散体、分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、防腐剂、增滑剂、成膜助剂、pH值调节剂适量、水；乙组份：固化剂。本发明具备超长使用期限，有360小时以上，改变了当前双组份漆当天必须用完的现象，并从根本上杜绝原材料浪费现象。

发明内容

本发明旨在提供一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料及其制备方法。

本发明采用一种阴离子型异氰酸酯三聚体水性固化剂，可分散在水中，环保，具有优良的抗划伤性、透明性性、耐化学品性、耐疏水性、耐沾染性、耐老化性和贮存稳定性等特点。

为克服现有技术的缺点和不足，本发明采取以下技术方案，所述的一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料，由A、B两组分组成；按重量份数计，所述A组分，其组成为：含羟基的水性树脂40.0～75.0份、分散剂0.2～2.0份、基材润湿剂0.1～0.5份、消光剂0～6.0份、流平剂0.1～0.5份、消泡剂0.1～0.5份、增稠剂0.1～3.5份、成膜助剂2.0～10.0份、pH调节剂0.1～0.5份、防闪锈剂0～2.0份、颜填料及色浆0～40.0份、去离子水0～20.0份；所述B组分为：阴离子型异氰酸酯三聚体水性固化剂10.0～20.0份；所述A组分与所述B组分的重量比为100:10～20。

其中，所述含羟基的水性树脂为水性丙烯酸脂、水性聚氨酸树脂、水性醇酸树脂、水性环氧树脂、水性有机硅树脂、水性硅丙树脂或其它改性含羟基的水性树脂中的至少一种。

所述阴离子型异氰酸酯三聚体水性固化剂，由以下步骤制备：

a)将脂肪族二元醇与环状丙磺酸内酯按摩尔比1～2:1和水加入到反应釜中搅拌并溶解均匀，加热至60～90℃反应4～8h，加入中和剂后有沉淀析出，将沉淀物过滤、干燥，得阴离子改性剂；

b)在氮气保护下，在反应器中加入60.0份异氰酸酯单体、10.0～30.0份有阴离子改性剂、30.0～50.0份有机溶剂，将物料搅拌均匀，加热至60～100℃反应2～4h后，加入0.05～0.5份催化剂，在60～100℃下继续反应，按每1h检测NCO含量，当体系NCO含量达到25～10％时，立即降温至20℃停止反应，再用薄膜蒸馏法除去未反应的单体和溶剂，得所述阴离子型异氰酸酯三聚体水性固化剂。

所述脂肪族二元醇为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、异戊二醇中的至少一种。

所述环状丙磺酸内酯为1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3-丙磺酸内酯、2-甲基-1,3-丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、1-甲基-1,4-丁磺酸内酯、2-甲基-1,4-丁磺酸内酯、3-甲基-1,4-丁磺酸内酯、4-甲基-1,4-丁磺酸内酯中的至少一种。

所述中和剂为三乙胺、N,N-二甲基对甲苯胺、三乙醇胺、N-甲基吡咯、N-甲基哌啶、三甲胺中的至少一种。

所述异氰酸酯单体为TDI、MDI、NDI、TODI、HDI、TMDI、XDI、IPDI、HMDI、HTDI中至少一种。

所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。

所述催化剂为碱性金属羧酸盐、有机金属化合物、含磷化合物、胺类；进一步地，优选为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、三乙胺、K-1000、苯甲基缩水甘油醚中的至少一种。

所述分散剂、基材润湿剂、流平剂、消光剂、消泡剂、防闪锈剂、增稠剂、成膜助剂、pH调节剂、颜填料及色浆为水性涂料常用的添加成分。

本发明一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料的制备方法，步骤如下：

(1)A组分制备：按配方重量比，将水性树脂、润湿分散剂、基材润湿剂、消光剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、pH调节剂、颜填料及色浆、防闪锈剂、去离子水混合并在分散机搅拌下分散均匀；

(2)配漆：按A组分与B组分的重量比＝100:10～20，将B组分缓慢加入到A组分中，混合搅拌30min后，采用旋涂、喷涂、刷涂方式施于基材表面。

本发明制得的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，贮存时不沉淀，漆膜能达到溶剂型聚氨酯涂料的性能要求，具有优异的流平性，丰满度，手感、耐水性、耐腐蚀性、耐热性、耐沾染性、耐老化性，满足涂装材料的技术要求和环保要求；广泛应用于木器、钢结构、工程机械、塑料、玻璃、水泥混凝土表面的装饰、保护和防腐。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料及其制备方法做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。

实施例1

一种水性双组份改性聚氨酯木器涂料，由A、B两组分组成；其制备步骤如下：

所述A组分，由以下成分组成：40％聚氨酯乳液75.0份、润湿分散剂0.3份、基材润湿剂0.3份、流平剂0.5份、消泡剂0.1份、增稠剂0.3份、成膜助剂10.0份、pH调节剂0.1份、去离子水13.4份；

所述B组分，由以下步骤制备：

a)将1,3-丁二醇与1,4-丁磺酸内酯按摩尔比1.5:1和水加入到反应釜中搅拌并溶解均匀，加热至80℃反应5h，加入三乙胺中和后有沉淀析出，将沉淀物过滤、干燥，得阴离子改性剂；

b)在氮气保护下，在反应器中加入60.0份MDI单体、16.0份阴离子改性剂、40.0份丙酮，将物料搅拌均匀，加热至80℃反应2h后，加入0.1份二月桂酸二丁基锡，在80℃下继续反应，按每1h检测NCO含量，当体系NCO含量达到20％时，立即降温至20℃停止反应，再用薄膜蒸馏法除去未反应的MDI单体和溶剂，得所述水性固化剂B组分；

配漆：按A组分与B组分的重量比＝100:12，将B组分缓慢加入到A组分中，混合搅拌30min后，采用旋涂、喷涂、刷涂方式施于木器表面。

实施例2

一种水性双组份改性聚氨酯工程机械涂料，由A、B两组分组成；其制备步骤如下：

所述A组分，由以下成分组成：50％羟基丙烯酸水性树脂55.0份、分散剂1.2份、磷酸锌12.0份、钛白粉5.0份、滑石粉8.0份、黄色色浆4.0份、基材润湿剂0.2份、流平剂0.2份、消泡剂0.2份、增稠剂0.5份、丙二醇甲醚5.0份、pH调节剂0.2份、去离子水8.5份；

所述B组分，由以下步骤制备：

a)将1,4-丁二醇与2-甲基-1,3丙磺酸内酯按摩尔比1.5:1和水加入到反应釜中搅拌并溶解均匀，加热至90℃反应5h，加入三乙醇胺中和后有沉淀析出，将沉淀物过滤、干燥，得阴离子改性剂；

b)在氮气保护下，在反应器中加入60.0份HDI单体、18.0份阴离子改性剂、20.0份DMF、20.0份丙酮，将物料搅拌均匀，加热至70～80℃反应4h后，加入0.2份二乙酸二丁基锡，在70～80℃下继续反应，按每1h检测NCO含量，当体系NCO含量达到18％时，立即降温至20℃停止反应，再用薄膜蒸馏法除去未反应的HDI单体和溶剂，得所述水性固化剂B组分；

配漆：按A组分与B组分的重量比＝100:15，将B组分缓慢加入到A组分中，混合搅拌30min后，采用旋涂、喷涂、刷涂方式施于工程机械表面。

实施例3

一种水性双组份改性聚氨酯防锈涂料，由A、B两组分组成；其制备步骤如下：

所述A组分，由以下成分组成：40％水性醇酸树脂45.0份、润湿剂0.2份、分散剂2.0份、磷酸锌15.0份、三聚磷酸铝8.0份、高岭土6.0份、云母粉4.0份、铁红3.0份、防闪锈剂1.0份、消泡剂0.1份、pH调节剂0.2份、丙二醇甲醚3.0份、防沉剂1.5份、去离子水11.0份；

所述B组分，由以下步骤制备：

a)将1,3-丙二醇与1,4-丁磺酸内酯按摩尔比1.5:1和水加入到反应釜中搅拌并溶解均匀，加热至85℃反应5h，加入三乙胺中和后有沉淀析出，将沉淀物过滤、干燥，得阴离子改性剂；

b)在氮气保护下，在反应器中加入60.0份TDI单体、16.0份阴离子改性剂、40.0份丙酮，将物料搅拌均匀，加热至80℃反应2h后，加入0.1份二月桂酸二丁基锡，在80℃下继续反应，按每1h检测NCO含量，当体系NCO含量达到23％时，立即降温至20℃停止反应，再用薄膜蒸馏法除去未反应的TDI单体和溶剂，得所述水性固化剂B组分；

配漆：按A组分与B组分的重量比＝100:10，将B组分缓慢加入到A组分中，混合搅拌30min后，采用旋涂、喷涂、刷涂方式施于钢结构表面。

实施例4

一种水性双组份改性聚氨酯防腐涂料，由A、B两组分组成；其制备步骤如下：40％环氧改性丙烯酸水性树脂42.0份、二丙二醇丁醚2.5份、分散剂1.5份、磷酸锌8.0份、钛白粉6.0份、硼酸钡6.0份、防闪锈剂1.0份、云母粉12.0份、滑石粉8.0份、流平剂0.1份、消泡剂0.2份、有机膨润土2.0份、pH调节剂0.1份、去离子水10.6份；

所述B组分，由以下步骤制备：

a)将丙二醇与3-甲基-1,4-丁磺酸内酯按摩尔比1.6:1和水加入到反应釜中搅拌并溶解均匀，加热至90℃反应5h，加入N-甲基吡咯后有沉淀析出，将沉淀物过滤、干燥，得阴离子改性剂；

b)在氮气保护下，在反应器中加入60.0份IPDI单体、18.0份阴离子改性剂、40.0份丁酮、10.0份DMSO，将物料搅拌均匀，加热至75℃反应4h后，加入0.3份环烷酸铅，在75℃下继续反应，按每1h检测NCO含量，当体系NCO含量达到18％时，立即降温至20℃停止反应，再用薄膜蒸馏法除去未反应的IPDI单体和溶剂，得所述水性固化剂B组分；

配漆：按A组分与B组分的重量比＝100:15，将B组分缓慢加入到A组分中，混合搅拌30min后，采用旋涂、喷涂、刷涂方式施于钢结构或混凝土表面。

对本发明的实施例按照相关标准进行检测，检测的性能指标如表1所示。

表1：水性双组份改性聚氨酯工业涂料性能技术指标

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims

1.一种水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述水性双组份改性聚氨酯工业涂料，由A、B两组分组成；按重量份数计，所述A组分，其组成为：含羟基的水性树脂40.0～75.0份、分散剂0.2～2.0份、基材润湿剂0.1～0.5份、消光剂0～6.0份、流平剂0.1～0.5份、消泡剂0.1～0.5份、增稠剂0.1～3.5份、成膜助剂2.0～10.0份、pH调节剂0.1～0.5份、防闪锈剂0～2.0份、颜填料及色浆0～40.0份、去离子水0～20.0份；所述B组分为：阴离子型异氰酸酯三聚体水性固化剂10.0～20.0份；

其中，所述A组分与B组分的重量比为100:10～20；

其制备步骤如下：

1)A组分制备：按配方重量比，将水性树脂、分散剂、基材润湿剂、消光剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、pH调节剂、颜填料或色浆、防闪锈剂、去离子水加入到调罐中混合，并在搅拌机下分散均匀，得所述A组分；

2)B组分制备：

b)在氮气保护下，在反应器中加入60.0份异氰酸酯单体、10.0～30.0份有阴离子改性剂、30.0～50.0份有机溶剂，将物料搅拌均匀，加热至60～100℃反应2～4h后，加入0.05～0.5份催化剂，在60～100℃下继续反应，按每1h检测NCO含量，当体系NCO含量达到25～10％时，立即降温至20℃停止反应，再用薄膜蒸馏法除去未反应的单体和溶剂，得所述水性固化剂B组分；

3)配漆：按A组分与B组分的重量比＝100:10～20，将B组分缓慢加入到A组分中，混合搅拌30min后，采用旋涂、喷涂、刷涂方式施于基材表面。

2.根据权利要求1所述的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述含羟基的水性树脂为水性丙烯酸脂、水性聚氨酸树脂、水性醇酸树脂、水性环氧树脂、水性有机硅树脂、水性硅丙树脂或其它改性含羟基的水性树脂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述脂肪族二元醇为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、异戊二醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述中和剂为三乙胺、三乙醇胺、N-甲基吡咯、N-甲基哌啶、三甲胺中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述异氰酸酯单体为TDI、MDI、NDI、TODI、HDI、TMDI、XDI、IPDI、HMDI、HTDI中至少一种。

6.根据权利要求所述的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、三乙胺、K-1000、苯甲基缩水甘油醚中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的水性双组份改性聚氨酯工业涂料，其特征在于，所述分散剂、基材润湿剂、流平剂、消光剂、消泡剂、防闪锈剂、增稠剂、成膜助剂、pH调节剂、颜填料及色浆为水性涂料中常用的添加成分。