CN109535973A - 具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涂料技术领域,具体涉及一种具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物及其制备方法。本发明的涂料组合物,主要由甲组分和乙组分制得,所述甲组分由以下质量百分数的原料制得:功能填料A:0.1~0.5%,去离子水:6~15%,含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂30~46%,助溶剂A:2~9%,分散剂0.2~1.2%,流平剂0.2~0.35%,消泡剂0.1~0.3%,pH调节剂0.1~0.45%,颜料6.3~17%,填料B:14~40%,流变助剂0.1~0.85%,助溶剂B:2.1~7.9%;所述功能填料A为锂蒙脱石或片状硅酸盐。本发明的涂料具有优异的触变性、抗流挂性及抗石击性。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域,具体涉及一种具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物及其制备方法。
背景技术
传统溶剂型涂料在生产和使用过程中所释放的有机挥发性物质(VOC)产生的污染,目前成为大气环境的主要污染源之一。为了使涂料达到环保的要求,高固体份涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等类型产品应运而生。这些涂料作为传统溶剂型涂料的替代物,可以降低VOC的排放、减少有害废物的生成、减少工人对有毒释放物的接触。水性涂料是以水全部或部分代替有机溶剂作为分散介质的涂料,在生产和施工过程中有机溶剂的挥发量大为减少,这样不仅改善了生产操作人员的工作环境,也减少了有机溶剂的挥发对地球大气层的破坏程度,是环保涂料的一个重要发展方向。在所有水性涂料种类中,双组份水性聚氨酯涂料由于其同时具有溶剂型双组份聚氨酯的高性能和水性涂料的低含量挥发性有机物和低有毒气体污染物,现已广泛应用于工业防护领域。
在双组份水性聚氨酯涂料应用过程中,通常情况下,在涂料储存过程中,即在低剪切条件下,希望涂料粘度较高从而延缓颜填料的沉降。另一方面,在施工状态下,即在高剪切条件下,希望涂料的粘度降低,这有利于施工和流平。综合两方面要求,希望双组份水性聚氨酯涂料具有触变流动的特性。目前一般通过加入非离子聚氨酯类型增稠剂实现触变的效果。但现有产品对于湿膜厚度要求较高的涂料,仍然会存在较严重的流挂,特别是在立面喷涂过程中。另一方面,非离子聚氨酯类型增稠剂的使用,也会降低涂料的耐水性,因此,制备一种具有触变流动特性且不影响其它性能的双组份水性聚氨酯涂料组合物,在双组份水性聚氨酯涂料领域中具有较大的市场需求。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,该涂料组合物具有优异的触变性和抗流挂性。
本发明的第二个目的在于提供一种上述具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物的制备方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,主要由甲组分和乙组分制得,所述甲组分由以下质量百分数的原料制得:功能填料A:0.1~0.5%,去离子水:6~15%,含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂:30~46%,助溶剂A:2~9%,分散剂:0.2~1.2%,流平剂:0.2~0.35%,消泡剂:0.1~0.3%,pH调节剂:0.1~0.45%,颜料:6.3~17%,填料B:14~40%,流变助剂:0.1~0.85%,助溶剂B:2.1~7.9%;所述功能填料A为锂蒙脱石或片状硅酸盐。
上述质量百分数为甲组分各原料质量占甲组分总原料质量的百分数。
所述乙组分由以下质量百分数的原料制得:70~95%水性聚异氰酸酯固化剂,5~30%助溶剂G。上述百分数为乙组分各原料占乙组分总原料质量的百分数。
所述具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,由甲组分和乙组分、去离子水按照质量比100:5~15.85:6.5~12混合制得。
所述水性聚异氰酸酯固化剂为3100、304、305、401-70、 XP 2451/1、 XP 2487/1、XP 2547、 XP 2655、 XP 2700、EasaquaTMX D 803、EasaquaTMXD401、EasaquaTMM 501、EasaquaTMM 502、EasaquaTMX L 600、DURANATETMWT 31-100、161、268、270、278、 HW100、 HW 180PC、 LR 9056中的任意一种或几种。
所述助溶剂G为N-甲基吡咯烷酮、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丁酮、丙酮中的任意一种或几种。
所述流变助剂为BYK-420、BYK-D 420中的任意一种或两种。
所述锂蒙脱石为水性锂蒙脱石。所述片状硅酸盐为合成的片状硅酸盐。
所述锂蒙脱石为 DY CE、 LT、 DE、EW中的任意一种或几种。
所述片状硅酸盐为Laponite RD、Laponite RDS中的一种或两种。
所述助溶剂A为N-甲基吡咯烷酮、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丁酮、丙酮中的任意一种或几种。
所述分散剂为DISPERBYK 190、DISPERBYK 191、DISPERBYK 192、DISPERBYK194、AFCONA 4550、AFCONA 4560、EDAPLAN 490、 Dispers 715W、 Dispers 735W、 Dispers 740W、 Dispers 745W、 Dispers 750W、 Dispers752W、 Dispers 760W中的任意一种或几种。
所述消泡剂为BYK-025、BYK-028、BYK-093、BYK-022、BYK-044、BYK-019、BYK-017、BYK-1760、BYK-1781、BYK-011、BYK-1711、BYK-015、BYK-1710、BYK-1740、BYK-016、BYK-014、BYK-012、Surfynol 104E、 Foamex 805、 Foamex 808、 Foamex 810、 Foamex 822、 Foamex 825中的任意一种或几种。
所述流平剂为BYK-342、BYK-347、BYK-348、BYK-349、BYK-3455、BYK-378中的任意一种或几种。
所述pH调节剂为N,N-二甲基乙醇胺、三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水中的任意一种或几种。
所述填料B为沉淀硫酸钡、高岭土、滑石粉、碳酸钙中的一种或几种。
所述颜料为二氧化钛、炭黑、氧化铁黄、氧化铁红、酞青蓝、酞青绿中的任意一种或几种。
所述助溶剂B为N-甲基吡咯烷酮、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丁酮、丙酮中的任意一种或几种。
所述含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂主要由以下重量百分数的原料制成:助溶剂C:15~35%,亲水型单体:1.9~3.6%,羟基功能单体:6.5~12.7%,叔胺类单体:0.5~1.5%,乙烯基类单体:20~33%,引发剂:0.1~0.6%,中和剂:2.1~3.9%,去离子水:19.2~39.4%。
所述叔胺类单体为丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基丙酯、丙烯酸二丁基氨基丙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基丙酯、甲基丙烯酸二丁基氨基丙酯中的任意一种或几种。
所述羟基功能单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯中的任意一种或几种。
所述亲水型单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐中的任意一种或几种。
所述乙烯基类单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯、丙烯酸苄酯、苯乙烯中的任意一种或几种。
所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈中的任意一种或几种。
所述中和剂为N,N-二甲基乙醇胺、三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水中的任意一种或几种。
所述助溶剂C为N-甲基吡咯烷酮、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丁酮、丙酮中的任意一种或几种。
上述具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物的制备方法,包括以下步骤:
1)将去离子水和功能填料A混匀,得到预凝胶液;
2)将含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂、助溶剂A、分散剂、流平剂、消泡剂、pH调节剂、颜料、填料B依次加入研磨罐中,混合均匀后再加入步骤1)中的预凝胶液,研磨至细度≤40微米,出料,之后依次加入流变助剂和助溶剂B,混匀,过滤出料,得甲组分;使用时,将甲组分和乙组分、去离子水按照质量比为100:5~15.85:6.5~12混合均匀即得。
所述含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂的制备方法,包括以下步骤:
1)混合单体MM的准备
将亲水型单体、羟基功能单体、叔胺类单体、乙烯基类单体和引发剂,搅拌均匀后得混合单体MM,备用;
2)含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂的制备
加入助溶剂C作为反应底料,搅拌升温至70~90℃并保持该温度,滴加步骤1)中的混合单体MM,然后于70~90℃下保温1~3小时,保温结束后,降温至30~40℃,加入中和剂中和,调节搅拌转速为500~1000rpm,边搅拌边加入去离子水乳化,得到含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂。
步骤2)中混合单体MM的滴加为在70~90℃下于3~5小时内滴加结束。
本发明具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其原料中含有为水性锂蒙脱石或合成的片状硅酸盐的功能填料,该类功能填料在涂料中分散后,利用功能填料中间的电解质离子与片状硅酸盐形成三维立体网状结构(即卡屋结构),储存过程中三维立体网状结构可以提升涂层的粘度,防止涂料中颜料及填料成分的沉降,剪切过程中,三维立体网状结构被破坏,粘度降低便于涂料的喷涂,当涂料被喷涂在基材上时,剪切力消失,网状结构恢复,粘度增大,从而达到增稠和防流挂的效果;本发明采用含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂,羟基功能化水性丙烯酸树脂中的叔胺基团、流变助剂中的聚脲键与功能填料协同作用,通过形成分子间的氢键进一步加强功能填料中的卡屋结构,使卡屋结构更稳固,提升该结构的强度,在涂料施工过程中,剪切力破坏卡屋结构,粘度降低,施工结束后,剪切力消失,由羟基功能化水性丙烯酸树脂、流变助剂和功能填料协同形成的卡屋结构恢复,体系粘度增加,从而达到增稠和防流挂的效果,本发明所述的水性聚氨酯涂料组合物的触变性也显著增强;另外,本发明中羟基功能化水性丙烯酸树脂的叔胺基团与流变助剂和功能填料之间形成的氢键,可以进一步提升涂料的抗石击性能。
具体实施方式
实施例和对比例中所涉及到的原材料包括:
丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯,工业级,南京古田化工有限公司;丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、N,N-二甲基乙醇胺、丁酮、N-甲基吡咯烷酮,工业级,上海凌峰化学试剂有限公司;偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈,工业级,上海凌峰化学试剂有限公司;水性固化剂 XP 2655,工业级,科思创聚合物(中国)有限公司;EDAPLAN 490,工业级,德国明凌;DISPERBYK 190、BYK 348、BYK-025、BYK-1710、BYK-420、BYK-D 420,工业级,毕克化学;钛白粉R 902+,工业级,杜邦公司;pu炭黑,工业级,卡博特;沉淀硫酸钡,工业级,南风集团; Dispers 745W、 Foamex 810,工业级,迪高化学;2-氨基-2-甲基-1-丙醇,工业级,陶氏化学;酞青蓝8631,工业级,江苏双乐化工颜料有限公司;滑石粉;工业级,海城越芳;水性固化剂161,工业级,万华化学。
实施例及对比例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品,可通过商业渠道购得。
实施例1
本实施例的具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,由甲组分、乙组分、去离子水按照100:8.68:10的质量比混匀得到;其中甲组分由以下质量的原料制得:0.2g功能填料A DY CE,12g去离子水,35g含叔胺基团的羟基功能化水性树脂,3g助溶剂A乙二醇丁醚醋酸酯,2g助溶剂A二乙二醇丁醚醋酸酯,0.4g分散剂Dispers 745W,0.2g流平剂BYK-348,0.1g消泡剂 Foamex 810,0.3g pH调节剂N,N-二甲基乙醇胺,8g钛白粉R 902+,1g pu炭黑,33g沉淀硫酸钡,0.4g流变助剂BYK-420,4.4g助溶剂B丙二醇甲醚醋酸酯;所述乙组分由80克水性聚异氰酸酯 XP 2655和20克助溶剂G丙二醇甲醚醋酸酯混合,搅拌均匀后制得。
本实施例的具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物的制备方法,包括以下步骤:
1)甲组分制备:在反应瓶中加入12克去离子水,开动搅拌转速控制在200rpm,边搅拌边加入0.2克 DY CE,搅拌均匀均匀,得到功能填料预凝胶液GEL-1;将35克含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂、3克乙二醇丁醚醋酸酯、2克二乙二醇丁醚醋酸酯、0.4克分散剂 Dispers 745W、0.2克流平剂BYK-348、0.1克消泡剂 Foamex810、0.3克pH调节剂N,N-二甲基乙醇胺、8克钛白粉R 902+、1克pu炭黑、33克沉淀硫酸钡依次加入研磨罐中混合均匀,然后将12.2克的功能填料预凝胶液GEL-1加入研磨罐中,搅拌均匀后,研磨至细度≤40微米,出料,再加入0.4克BYK-420和4.4克丙二醇甲醚醋酸酯的混合物,300rpm转速下搅拌2小时,过滤出料,得到甲组分;
2)乙组分制备:将80克 XP 2655和20克丙二醇甲醚醋酸酯混合,搅拌均匀后得到乙组分;
3)双组份水性聚氨酯涂料组合物制备:涂料施工时,将100克步骤1)中的甲组分、8.68克步骤2)中的乙组分、10克去离子水混合均匀后,搅拌20min,得到双组份水性聚氨酯涂料组合物;本实施例的双组份水性聚氨酯涂料组合物在储存过程中,甲组分和乙组分分开放置。
本实施例的含叔胺基团的羟基功能化水性树脂由包括以下步骤的制备方法制得:
1)混合单体MM-1的准备
将2.2克丙烯酸、8.6克甲基丙烯酸羟乙酯、0.8克丙烯酸二甲基氨基乙酯、12克甲基丙烯酸甲酯、17克丙烯酸丁酯和0.2克偶氮二异丁腈,搅拌均匀后,得混合单体MM-1,备用;
2)含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂的制备
加入25克丙二醇甲醚醋酸酯作为反应底料,搅拌升温至70℃并保持该温度,滴加混合单体MM-1,在70℃下于5小时内滴加结束,然后在70℃下保温3小时,保温结束后,降温至30℃,加入2.5克N,N-二甲基乙醇胺中和,调节搅拌转速为500rpm,边搅拌边加入31.7克去离子水乳化,制得含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂。
实施例2
本实施例的具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,由甲组分、乙组分、去离子水按照100:5:6.5的质量比混匀得到;其中甲组分由以下质量的原料制得:0.1g功能填料A LT,6g去离子水,30g含叔胺基团的羟基功能化水性树脂,1.5g助溶剂A乙二醇丁醚醋酸酯,0.5g助溶剂A二乙二醇丁醚醋酸酯,1.2g分散剂EDAPLAN 490,0.35g流平剂BYK-348,0.3g消泡剂BYK-025,0.1g pH调节剂N,N-二甲基乙醇胺,15g钛白粉R 902+,2g pu炭黑,35g沉淀硫酸钡,5g滑石粉,0.85g流变助剂BYK-D 420,2.1g助溶剂B丙二醇甲醚醋酸酯;所述乙组分由90克水性聚异氰酸酯161和10克助溶剂G丙二醇甲醚醋酸酯混合,搅拌均匀后制得。
本实施例的具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物的制备方法,包括以下步骤:
1)甲组分制备:在反应瓶中加入6克去离子水,开动搅拌转速控制在200rpm,边搅拌边加入0.1克 LT,搅拌均匀,得到功能填料预凝胶液GEL-2;将30克含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂、1.5克乙二醇丁醚醋酸酯、0.5克二乙二醇丁醚醋酸酯、1.2克分散剂EDAPLAN 490、0.35克流平剂BYK-348、0.3克消泡剂BYK-025、0.1克pH调节剂N,N-二甲基乙醇胺、15克钛白粉R 902+、2克pu炭黑、35克沉淀硫酸钡、5克滑石粉依次加入研磨罐中混合均匀,然后将6.1克的功能填料预凝胶液GEL-2加入研磨罐中,搅拌均匀后,研磨至细度≤40微米,出料,再加入0.85克BYK-D 420和2.1克丙二醇甲醚醋酸酯的混合物,100rpm转速下搅拌2小时,过滤出料,得甲组分;
2)乙组分制备:将90克161和10克丙二醇甲醚醋酸酯混合,搅拌均匀后得到乙组分;
3)双组份水性聚氨酯涂料组合物制备:涂料施工时,将100克步骤1)中制备的甲组分、5克步骤2)中的乙组分、6.5克去离子水混合均匀后,搅拌20min,得到双组份水性聚氨酯涂料组合物;本实施例的双组份水性聚氨酯涂料组合物在储存过程中,甲组分和乙组分分开放置。
本实施例含叔胺基团的羟基功能化水性树脂由包括以下步骤的制备方法制得:
1)混合单体MM-2的准备
将1.9克丙烯酸、6.5克丙烯酸羟丙酯、1.5克甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、13克甲基丙烯酸甲酯、5克苯乙烯、15克丙烯酸丁酯和0.6克偶氮二异庚腈,搅拌均匀后得混合单体MM-2,备用;
2)含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂的制备
加入10克丙二醇甲醚醋酸酯和5克丁酮作为反应底料,搅拌升温至80℃并保持该温度,滴加混合单体MM-2,在80℃下于5小时内滴加结束,之后在80℃下保温3小时,保温结束后,降温至30℃,加入2.1克N,N-二甲基乙醇胺中和,调节搅拌转速为800rpm,边搅拌边加入39.4克去离子水乳化,制备得到含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂。
实施例3
本实施例的具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,由甲组分、乙组分、去离子水按照100:15.85:12的质量比混匀得到;其中甲组分由以下质量的原料制得:0.5g功能填料A DY CE,15g去离子水,46g含叔胺基团的羟基功能化水性树脂,5g助溶剂A乙二醇丁醚醋酸酯,3g助溶剂A丙二醇甲醚醋酸酯,1g助溶剂A二乙二醇丁醚醋酸酯,0.1g分散剂 Dispers745W,0.1g分散剂EDAPLAN 490,0.35g流平剂BYK-348,0.2g消泡剂 Foamex 810,0.45g pH调节剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇,6g钛白粉R 902+,0.3g酞青蓝8631,12g沉淀硫酸钡,2g滑石粉,0.1g流变助剂BYK-420,7.9g助溶剂B丙二醇甲醚醋酸酯;所述乙组分由85克水性聚异氰酸酯 XP2655和15克助溶剂G丙二醇甲醚醋酸酯混合,搅拌均匀后制得。
本实施例的具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物的制备方法,包括以下步骤:
1)甲组分制备:在反应瓶中加入15克去离子水,开动搅拌转速控制在200rpm,边搅拌边加入0.5克 DY CE,搅拌均匀,得到功能填料预凝胶液GEL-3;将46克含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂、5克乙二醇丁醚醋酸酯、3克丙二醇甲醚醋酸酯、1克二乙二醇丁醚醋酸酯、0.1克分散剂 Dispers 745W、0.1克分散剂EDAPLAN 490、0.35克流平剂BYK-348、0.2克消泡剂 Foamex 810、0.45克pH调节剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇、6克钛白粉R 902+、0.3克酞青蓝8631、12.5克沉淀硫酸钡、2克滑石粉依次加入研磨罐中混合均匀,然后将15.5克的功能填料预凝胶液GEL-3加入研磨罐中,搅拌均匀后,研磨至细度≤40微米,出料,再加入0.1克BYK-420和7.9克丙二醇甲醚醋酸酯的混合物,300rpm转速下搅拌2小时,过滤出料,得甲组分;
2)乙组分制备:将85克 XP 2655和15克丙二醇甲醚醋酸酯混合,搅拌均匀后得到乙组分;
3)双组份水性聚氨酯涂料组合物制备:涂料施工时,将100克步骤1)制备的甲组分、15.85克步骤2)制备是的乙组分、12克去离子水混合均匀后,搅拌20min,得到双组份水性聚氨酯涂料组合物;本实施例的双组份水性聚氨酯涂料组合物在储存过程中,甲组分和乙组分分开放置。
本实施例的含叔胺基团的羟基功能化水性树脂由包括以下步骤的制备方法制得:
1)混合单体MM-3的准备
将3.6克丙烯酸、12.7克甲基丙烯酸羟乙酯、0.5克丙烯酸二甲基氨基乙酯、5克甲基丙烯酸甲酯、5克苯乙烯、15克丙烯酸丁酯和0.1克偶氮二异丁腈,搅拌均匀后制得混合单体MM-3,备用;
2)含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂的制备
加入35克丙二醇甲醚醋酸酯作为反应底料,搅拌升温至90℃并保持该温度,滴加混合单体MM-3,在90℃下于5小时内滴加结束,之后在90℃下保温3小时,保温结束后,降温至30℃,加入3.9克N,N-二甲基乙醇胺中和,调节搅拌转速为1000rpm,边搅拌边加入19.2克去离子水乳化,制备得到含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂。
对比例1
本对比例双组份水性聚氨酯涂料组合物与实施例1的区别仅在于,本对比例的羟基功能化水性树脂的制备过程中不加入叔胺类单体,其他与实施例1相同。
本对比例的羟基功能化水性树脂的制备,与实施例1的区别仅在于将实施例1中的0.8g丙烯酸二甲基氨基乙酯替换为0.8g甲基丙烯酸甲酯,具体制备包括以下步骤:
1)混合单体MM-4的准备
将2.2克丙烯酸、8.6克甲基丙烯酸羟乙酯、12.8克甲基丙烯酸甲酯、17克丙烯酸丁酯和0.2克偶氮二异丁腈,搅拌均匀后得到混合单体MM-4,备用;
2)羟基功能化水性丙烯酸树脂的制备
加入25克丙二醇甲醚醋酸酯作为反应底料,搅拌升温至80℃并保持该温度,滴加混合单体MM-4,在80℃下于5小时内滴加结束,之后在80℃下保温3小时,保温结束后,降温至30℃,加入2.5克N,N-二甲基乙醇胺中和,调节搅拌转速为1000rpm,边搅拌边加入31.7克去离子水乳化,制备得到羟基功能化水性丙烯酸树脂。
对比例2
本对比例的双组份水性聚氨酯涂料组合物与实施例1的区别仅在于,将实施例1中的0.2克功能填料 DY CE替换为0.2克去离子水,其他与实施例1相同。
对比例3
本对比例的双组份水性聚氨酯涂料组合物与实施例1的区别仅在于,将实施例1中的0.4克流变助剂BYK-420替换为0.4克丙二醇甲醚醋酸酯,其他与实施例1相同。
实验例
1)制备样板
使用冷轧钢板作为测试基材。首先对冷轧钢板进行打磨,然后喷涂中海油常州环保涂料有限公司提供的CTW-6061水性环氧底漆,表干30分钟后在80℃下烘烤30分钟,控制干膜厚度在50~60微米,制备得到喷涂底漆的标准样板。根据施工要求将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3中制备的双组份水性聚氨酯涂料组合物中的甲乙组分按照适当比例混合,再加入适量去离子水调节黏度至35~45s,喷涂表干30分钟,接着将样板放入80℃烘箱下烘烤30分钟,涂料厚度控制在40~50μm。所制备样板室温条件下放置7天后测试性能。
2)涂层性能测试
涂料性能主要考察双组份水性聚氨酯涂料的抗流挂性、触变性、涂料与底漆的附着力、耐水性、抗石击性能。
抗流挂性测试:抗流挂性是指涂料在规定的试涂条件、规定的底材和规定的环境条件下,倾斜放置的样板再干燥过程中不产生流动趋势的最大湿膜厚度(以微米表示)。涂料的抗流挂性按照GB/T 9264-2012《色漆和清漆抗流挂性评定》测试方法进行测试。采用带刻度的流挂涂布器施涂。测试结果按照未流挂的湿膜厚度评估抗流挂性。为便于比较,将结果分为3个等级:1级:湿膜厚度≥150微米,涂料不流挂;2级:100μm≤湿膜厚度<150μm,涂料不流挂;3级:湿膜厚度<100微米,涂料不流挂。抗流挂性为1级最好,3级最差。抗流挂性为1级最好,3级最差。
触变值:在室温下使用NDJ-Ⅰ型旋转粘度计测定涂料25℃时的粘度,分别测试转速为6rpm和转速60rpm下的涂料粘度,触变值=粘度(6rpm)/粘度(60rpm)。
附着力:涂层附着力按照GB/T 9286-1998进行测试,分为0~5级,0级最好,5级最差。附着力测试结果见表1。
耐水性:耐水性按照GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》方法进行测定,常温(25℃)下测试240h;总共分为1~4级,1级最好,4级最差,1级:漆膜无变化;2级:漆膜轻微起泡,无脱落3级:漆膜少量起皱和脱落,部分生锈;4级漆膜起泡、起皱、脱落并生锈。
抗石击性:采用VDA-508型石击仪检测,在规定压力下将钢屑连续击打在喷涂底漆和中涂的样板上,观察漆膜外观,共分为0~9级,0级表示漆膜无击穿,9级表示漆膜大面积击穿。0级最好,9级最差。
涂料性能测试结果见表1。
表1实施例1-3及对比例1-3中双组份水性聚氨酯涂料组合物的性能
项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
触变值 | 3.93 | 4.15 | 3.86 | 2.81 | 2.13 | 1.93 |
抗流挂性 | 1级 | 1级 | 1级 | 2级 | 3级 | 3级 |
附着力 | 0级 | 0级 | 0级 | 0级 | 0级 | 0级 |
抗石击性 | 1级 | 1级 | 1级 | 2级 | 2级 | 3级 |
耐水性 | 1级 | 1级 | 1级 | 2级 | 3级 | 3级 |
由表1可知,本发明实施例1-3中的羟基功能化水性丙烯酸树脂中的叔胺基团、流变助剂中的聚脲键与功能填料协同作用,通过形成分子间的氢键进一步加强功能填料中的卡屋结构,提升该结构的强度,在涂料施工过程中,剪切力破坏卡屋结构,粘度降低,施工结束后,剪切力消失,由羟基功能化水性丙烯酸树脂、流变助剂和功能填料协同形成的卡屋结构恢复,体系粘度增加,从而达到增稠和防流挂的效果,实施例1-3制备的双组份水性聚氨酯涂料组合物,触变值均高于3.5,具有良好的触变性,涂料在施工过程中具有良好的抗流挂性能,均为1级。同时,涂层表现出优异的附着力和抗石击性能。在对比例1中,羟基功能化水性丙烯酸树脂中不含有叔胺基团,对比例1中制备的涂料中由功能填料形成的三维立体网状结构减弱,涂料的触变值降低,抗流挂性能也降低到2级,由于氢键减弱,抗石击性能也减弱。在对比例2中,涂料配方中未使用功能填料,不能够形成三维网状结构(即卡屋结构),涂料的触变性、抗流挂性能和抗石击性能均显著减弱。在对比例3中,涂料配方中未使用流变助剂,涂料的触变性、抗流挂性能和抗石击性能也显著减弱。
经过上述分析,本发明中的双组份水性聚氨酯涂料组合物需要含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂、功能填料和流变助剂协同作用,才能达到优异的触变性和抗流挂性能。
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,主要由甲组分和乙组分制得,所述甲组分由以下质量百分数的原料制得:功能填料A:0.1~0.5%,去离子水:6~15%,含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂:30~46%,助溶剂A:2~9%,分散剂:0.2~1.2%,流平剂:0.2~0.35%,消泡剂:0.1~0.3%,pH调节剂:0.1~0.45%,颜料:6.3~17%,填料B:14~40%,流变助剂:0.1~0.85%,助溶剂B:2.1~7.9%;所述功能填料A为锂蒙脱石或片状硅酸盐。
2.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述乙组分由以下质量百分数的原料制得:70~95%水性聚异氰酸酯固化剂,5~30%助溶剂G。
3.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述流变助剂为BYK-420、BYK-D 420中的任意一种或两种。
4.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述锂蒙脱石为 DY CE、 LT、 DE、 EW中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述片状硅酸盐为Laponite RD、Laponite RDS中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述颜料为二氧化钛、炭黑、氧化铁黄、氧化铁红、酞青蓝、酞青绿中的任意一种或几种。
7.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂主要由以下重量百分数的原料制成:助溶剂C:15~35%,亲水型单体:1.9~3.6%,羟基功能单体:6.5~12.7%,叔胺类单体:0.5~1.5%,乙烯基类单体:20~33%,引发剂:0.1~0.6%,中和剂:2.1~3.9%,去离子水:19.2~39.4%。
8.根据权利要求7所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述叔胺类单体为丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基丙酯、丙烯酸二丁基氨基丙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基丙酯、甲基丙烯酸二丁基氨基丙酯中的任意一种或几种。
9.根据权利要求7所述的双组份水性聚氨酯涂料组合物,其特征在于,所述羟基功能单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯中的任意一种或几种。
10.一种如权利要求1所述的具有触变流动特性的双组份水性聚氨酯涂料组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将去离子水和功能填料A混匀,得到预凝胶液;
2)将含叔胺基团的羟基功能化水性丙烯酸树脂、助溶剂A、分散剂、流平剂、消泡剂、pH调节剂、颜料、填料B依次加入研磨罐中,混合均匀后再加入步骤1)中的预凝胶液,研磨至细度≤40微米,出料,之后依次加入流变助剂和助溶剂B,混匀,过滤出料,得甲组分;使用时,将甲组分和乙组分、去离子水按照质量比为100:5~15.85:6.5~12混合均匀即得。
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