CN109777277A - 一种双组份高光水性聚氨酯面漆及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工涂装领域，提供了一种双组份高光水性聚氨酯面漆及其制备方法和应用，通过将树脂，中和剂，助溶剂，消泡剂以及流平剂等做成基料乳液，能够显著提高乳液的存储稳定性，通过本发明乳液和固化剂的复配使用，提高了水性聚氨酯面漆的综合性能。制得了一种光泽高、丰满度好、长时间暴晒失光率低、保色性好、不泛黄、对恶劣气候抵抗力极佳、耐磨性极佳、抗化学品性及抗溶剂性极佳的双组分高光水性聚氨酯面漆。
Description
技术领域
本发明属于化工涂装领域，特别涉及一种双组份高光水性聚氨酯面漆及其制备方法和应用。
背景技术
聚氨酯涂料是在20世纪后半叶才发展起来的一种新型材料，它的结构中除含有氨基甲酸酯键外，还含有酯键、醚键、脲键、缩二脲键、脲基甲酸酯键、酰基脲键以及油脂的不饱和键，因此，既具有类似酰胺基的特性，如强度、耐磨性、耐油性，又具有聚酯的耐热性与耐溶剂性，以及聚醚的耐水性和柔韧性。自从1937年德国Bayer教授首次合成聚氨酯以来，聚氨酯以其软硬度可调节范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点逐渐被人们所认识，其弹性体、泡沫塑料、涂料及粘接剂等均已获得广泛应用。另外，聚氨酯的主要原料异氰酸酯很活泼，不仅能与羟基树脂结合，还能与底材中的羟基结合，形成牢固的化学键和氢键，增强了与底材的粘附力，这使它集涂料的优点于一身，具有极好的通用性和优异的使用效果，聚氨酯涂料是增长速度最快的涂料品种之一，它在涂料中所占的比例和增长速度象征着一个国家的涂料工业水平，受到了广泛的研究与重视。
随着人们生活质量的提高，环保、能源意识得到了加强，特别是各国环保法对涂料体系中VOC的严格限制，促进了水性涂料的发展，更加促进了水性聚氨酯涂料的发展。水性聚氨酯涂料性能优良，环境友好，已获得了广泛的应用。
与传统聚氨酯涂料相比，聚氨酯水性化的方法主要是使用乳化剂或者在聚合物主链上引入亲水基团，如羧基、磺酸基等阴离子基团，羟基醚键、聚氧乙烯链等非离子基团。通过扩链剂类型、结构及用量、制备方法和聚合物分子量的不同来改变聚氨酯分子的骨架结构，制得乳液或水分散性的各种水性聚氨酯产品。
单组分水乳型聚氨酯的特征在于很高的断裂伸长率(达到800％以上)和较高的抗拉伸强度(达20MPa左右)，但因其具有线型结构，分子中含有亲水基团，其耐水性、耐溶剂性较差，应用受到了限制。
水性双组分聚氨酯涂料的应用领域基本上与溶剂型涂料相当，既可用于热敏材料(如木材、塑料)和不能烘烤的大型物件，也可用于诸如汽车类的烘烤物件。通过对报道的实验数据进行对比，表明水性双组分聚氨酯涂料除了干燥时间稍长和适用期稍短外，涂膜的装饰性、机械性能、耐化学性和耐候性均可与溶剂型双组分PUD涂料相媲美。
发明内容
现有水性双组分聚氨酯涂料成膜状态较差，容易有塌陷、气泡；冬天不易干燥，固化剂的损耗较高。此外，水性双组份聚氨酯涂料还需要防止涂料因干燥过快引起的成膜不良问题。因此，本发明提供了一种环保、光泽高、丰满度好、长时间暴晒失光率低、保色性好、不泛黄、对恶劣气候抵抗力极佳、耐磨性极佳、性能最佳的工业用防护和装饰用的双组份高光水性聚氨酯面漆及其制备方法。
本发明的双组份高光水性聚氨酯面漆，由A组份和B组份组成。
所述A组份按质量份数其组成为：水性聚氨酯树脂基料50～70份，防锈浆料20～40份，增稠剂2～6份；B组份按质量份数其组成为：水性聚氨酯固化剂60～80份，助溶剂20～40份。
所述水性聚氨酯树脂基料按质量份数其组成为聚氨酯树脂80～95份，中和剂0.1～0.5份，助溶剂5～10份，消泡剂0.1～0.3份，流平剂0.1～0.5份，润湿剂0.1～0.5份。
所述防锈浆料按质量份数其组成为去离子水25～35份，分散剂2～6份，消泡剂0.1～0.3份，颜料45～55份，填料10～15份，防沉剂1.5～3份，杀菌防霉剂0.5～1份。
所述水性聚氨酯树脂为含羟基的阴离子型水性聚氨酯树脂：如Bayhydrol A145、万华Antkote 2033、纽佩斯Setaqua 6516、万华Antkote 2042。
所述水性聚氨酯固化剂为亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂：拜耳Bayhydur XP2655。
所述颜料为：有机颜料；所述中和剂为：二甲基乙醇胺、氨水、三乙胺中的一种或几种混合物；所述增稠剂为：万华U604；所述消泡剂为：BYK-022、280W；所述助溶剂为：二丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇丁醚中的一种或两种以上的混合物；所述流平剂为：聚醚改性聚硅氧烷BYK-348；所述分散剂为：带酸性基团的高分子共聚酯的烷醇胺BYK-180；所述填料为：硫酸钡；所述流变助剂为：改性脲溶液BYK-420；所述杀菌防霉剂为：多种异噻唑啉酮的混合物。
本发明还提供了一种双组份高光水性聚氨酯面漆的制备方法，具体工艺步骤如下：
(1)浆料生产工艺
将去离子水、分散剂、消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入颜料、填料、防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)基料生产工艺
将水性聚氨酯树脂投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入助溶剂、消泡剂，持续搅5～10min。继续加入水性流平剂、润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可。
(3)A组分的制备
将上述基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。将浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min)，搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的增稠剂，持续搅拌5～10min。
(4)B组分的制备
将异氰酸酯固化剂和助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按2.76:1～4.3:1充分混合均匀即可施工。
本发明制得的聚氨酯面漆适用于各种条件下各种设备的高性能装饰防护面漆。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过将中和剂，助溶剂，消泡剂以及流平剂等做成基料乳液，能够显著提高乳液的存储稳定性，通过乳液和固化剂的复配使用，提高了水性聚氨酯面漆的综合性能。
(2)本发明所述的双组份高光水性聚氨酯面漆具有良好的工业防护和高装饰性能。
(3)本发明所述的双组份高光水性聚氨酯面漆光泽高，丰满度好，长时间暴晒失光率低，保色性好，不泛黄。
(4)本发明所述的双组份高光水性聚氨酯面漆对恶劣气候抵抗力极佳，耐磨性极佳，抗化学品性及抗溶剂性极佳。
具体实施方式
实施例1
(1)浆料生产工艺
将32.4份去离子水、4份分散剂、0.2份消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入50份颜料、10份填料、2.4份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入1份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)基料生产工艺
将92.6份水性聚氨酯树脂(万华Antkote 2033)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.2份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入6.2份助溶剂、0.2份消泡剂，持续搅5～10min。继续加入0.3份水性流平剂、0.5份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可。
(3)A组分的制备
将65份上述基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。将31份浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min),搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。
(4)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按3.3:1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例2
(1)浆料生产工艺
将32.4份去离子水、4份分散剂、0.2份消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入50份颜料、10份填料、2.4份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入1份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)基料生产工艺
将92.6份水性聚氨酯树脂(万华Antkote 2042)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.2份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入6.2份助溶剂、0.2份消泡剂，持续搅5～10min。继续加入0.3份水性流平剂、0.5份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可。
(3)A组分的制备
将65份上述基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。将31份浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min),搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。
(4)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按2.76:1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例3
(1)浆料生产工艺
将32.4份去离子水、4份分散剂、0.2份消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入50份颜料、10份填料、2.4份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入1份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)基料生产工艺
将92.6份水性聚氨酯树脂(Bayhydrol A145)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.2份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入6.2份助溶剂、0.2份消泡剂，持续搅5～10min。继续加入0.3份水性流平剂、0.5份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可。
(3)A组分的制备
将65份上述基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。将31份浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min),搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。
(4)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按3.37:1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例4
(1)浆料生产工艺
将32.4份去离子水、4份分散剂、0.2份消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入50份颜料、10份填料、2.4份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入1份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)基料生产工艺
将92.6份水性聚氨酯树脂(纽佩斯Setaqua 6516)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.2份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入6.2份助溶剂、0.2份消泡剂，持续搅5～10min。继续加入0.3份水性流平剂、0.5份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可。
(3)A组分的制备
将65份上述基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。将31份浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min),搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。
(4)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按3.57:1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例5
(1)浆料生产工艺
将32.4份去离子水、4份分散剂、0.2份消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入50份颜料、10份填料、2.4份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入1份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)基料生产工艺
将92.6份水性聚氨酯树脂(万华Antkote 2033)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.2份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入6.2份助溶剂、0.2份消泡剂，持续搅5～10min。继续加入0.3份水性流平剂、0.5份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可。
(3)A组分的制备
将70份上述基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。将26份浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min),搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。
(4)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按3:1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例6
(1)浆料生产工艺
将32.4份去离子水、4份分散剂、0.2份消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入50份颜料、10份填料、2.4份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入1份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)基料生产工艺
将92.6份水性聚氨酯树脂(万华Antkote 2033)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.2份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入6.2份助溶剂、0.2份消泡剂，持续搅5～10min。继续加入0.3份水性流平剂、0.5份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可。
(3)A组分的制备
将50份上述基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。将46份浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min),搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。
(4)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按4.3:1的重量比充分混合均匀即可施工。
对比实施例1
(1)浆料生产工艺
将32.4份去离子水、4份分散剂、0.2份消泡剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入50份颜料、10份填料、2.4份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入1份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(2)A组分的制备
将60.2份水性聚氨酯树脂(万华Antkote 2033)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.15份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入4份助溶剂、0.15份消泡剂，持续搅5～10min。继续加入0.2份水性流平剂、0.3份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。将31份浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持中速(600r/min),搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。
(3)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(4)使用时将A组分和B组分按3.3:1的重量比充分混合均匀即可施工。
对比实施例2
(1)A组分的制备
将60.2份水性聚氨酯树脂(万华Antkote 2033)投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在中速(600r/min)。缓慢加入0.2份中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入4份助溶剂、0.2份消泡剂，持续搅5～10min。将10份去离子水、1.2份分散剂投入拉缸中，充分搅拌均匀5～10min。保持中速(600r/min)分散，边搅拌边依次加入15.5份颜料、3.1份填料、0.8份防沉剂。投料完成后，高速(1500r/min)分散20～30min。将分散好的物料研磨至细度合格(细度≤20μm)，注意研磨温度≤60℃。研磨结束后，加入0.2份水性流平剂、0.3份润湿剂，保持中速(600r/min)搅拌20～30min。保持中速搅拌缓慢加入已稀释的4份增稠剂，持续搅拌5～10min。继续加入0.3份杀菌防霉剂，中速(600r/min)分散10min。
(3)B组分的制备
将60份异氰酸酯固化剂(Bayhydur XP 2655)和40份助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持中速(600r/min)搅拌15～20min；
(4)使用时将A组分和B组分按3.3:1的重量比充分混合均匀即可施工。
本发明实施例制得的涂料的性能见表1。
表1
从上表可以看出，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4是不同树脂之间的比较，可以看出实例1、实例2都体现出优良的附着力、高光泽、高丰满度、耐磨性极佳、耐酸碱性能好、耐老化能达一千小时以上。但实例1在实用性上很好，成本较低，性价比较高。
实施例1、实施例5和实施例6是不同颜基比之间的比较，实施例5的颜基比较低，实施例6颜基比较高。
实施例1、对比实施例1和对比实施例2是不同工艺之间的比较。在实际生产过程中，涂料的储存期来源于原材料的稳定性，且受树脂的稳定性影响较大。实施例1中分别做了基料和浆料，纯的Antkote 2033乳液的储存有效期为半年，而通过制备基料，改变了基料中乳液的粘度和挥发梯度，提高了基料中乳液的储存稳定性，基料的储存有效期为9个月左右。
Claims (8)
1.一种双组分高光水性聚氨酯面漆，由A组份和B组份组成，其特征在于：所述A组份按质量份数其组成为：水性聚氨酯树脂基料50～70份，防锈浆料20～40份，增稠剂2～6份；B组份按质量份数其组成为：水性聚氨酯固化剂60～80份，助溶剂20～40份。
2.如权利要求1所述的双组分高光水性聚氨酯面漆，其特征在于：所述水性聚氨酯树脂基料按质量份数其组成为：聚氨酯树脂80～95份，中和剂0.1～0.5份，助溶剂5～10份，消泡剂0.1～0.3份，流平剂0.1～0.5份，润湿剂0.1～0.5份。
3.如权利要求1所述的双组分高光水性聚氨酯面漆，其特征在于：所述防锈浆料按质量份数其组成为：去离子水25～35份，分散剂2～6份，消泡剂0.1～0.3份，颜料45～55份，填料10～15份，防沉剂1.5～3份，杀菌防霉剂0.5～1份。
4.如权利要求1所述的双组分高光水性聚氨酯面漆，其特征在于：所述水性聚氨酯固化剂为亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂：拜耳Bayhydur XP 2655；所述增稠剂为：万华U604；所述助溶剂为：二丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇丁醚中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求2所述的双组分高光水性聚氨酯面漆，其特征在于：所述聚氨酯树脂为含羟基的阴离子型水性聚氨酯树脂：Bayhydrol A145、万华Antkote 2033、纽佩斯Setaqua6516、万华Antkote 2042；所述中和剂为：二甲基乙醇胺、氨水、三乙胺中的一种或几种混合物。
6.如权利要求3所述的双组分高光水性聚氨酯面漆，其特征在于：所述颜料为：有机颜料；所述填料为：硫酸钡。
7.一种如权利要求1所述的双组分高光水性聚氨酯面漆的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体工艺如下：
(1)浆料生产工艺
将去离子水、分散剂、消泡剂投入拉缸中，充分搅拌5～10min，保持600r/min的速度，边搅拌边依次加入颜料、填料、防沉剂，投料完成后，以1500r/min的速度高速分散20～30min，将分散好的物料研磨至细度≤20μm，加入杀菌防霉剂，以600r/min的速度中速分散10min；
(2)基料生产工艺
将水性聚氨酯树脂投入拉缸中，开动搅拌，转速控制在600r/min，缓慢加入中和剂调整PH后，保持搅拌速率，依次加入助溶剂、消泡剂，持续搅拌5～10min，继续加入水性流平剂、润湿剂，保持600r/min的转速搅拌20～30min，关闭搅拌测定细度≤20μm、PH值8.0～9.0即可；
(3)A组分的制备
将步骤(2)制得的基料投入拉缸中，开动搅拌，转速控制600r/min，将步骤(1)制得的浆料投入拉缸中，开动搅拌，保持600r/min搅拌20～30min；保持中速搅拌缓慢加入已稀释的增稠剂，持续搅拌5～10min；
(4)B组分的制备
将异氰酸酯固化剂和助溶剂投入拉缸，开动搅拌，保持600r/min中速搅拌15～20min；
(5)使用时将A组分和B组分按2.76:1～4.3:1的重量比充分混合均匀即可施工。
8.一种如权利要求1所述的双组分高光水性聚氨酯面漆的应用，其特征在于：所述面漆适用于各种条件下各种设备的高性能装饰防护面漆。
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