CN110272674B

CN110272674B - 单组份底漆组合物

Info

Publication number: CN110272674B
Application number: CN201910407374.8A
Authority: CN
Inventors: 张革红; 毛金启; 严岳荣
Original assignee: PPG Coatings Tianjin Co Ltd
Current assignee: PPG Coatings Tianjin Co Ltd
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: CN110272674A

Abstract

公开了单组份底漆涂料组合物，包括环氧树脂和聚氨酯树脂。还公开了在基底上形成涂层的方法，包括(1)将单组份底漆组合物涂覆在至少部分基底上以形成漆膜，其中所述单组份底漆组合物包括环氧树脂和聚氨酯树脂；(2)将涂覆于基底上的漆膜在常温下干燥。另外公开了经所述单组份底漆组合物涂覆的基底。

Description

单组份底漆组合物

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体涉及单组份底漆涂料组合物。

背景技术

对于建筑机械、农业机械、矿山机械等领域用工业漆通常有较高的性能要求。鉴于各种机械的使用环境，一般需要机械用漆具有高耐腐蚀性、耐水性等。同时，为了避免漆在机械的使用周期(例如，5-10年)内出现剥落和开裂等现象，还要求漆与基底形成良好的附着力，并与同一体系中的面漆等具有优异的配套。

目前，市场上广泛使用的机械用漆为双组份体系，其可提供良好的耐腐蚀性和附着力等。但是，双组分体系漆包含分开包装的主漆和固化剂两个部分，需要在施用时将两个部份进行混合，因此施用复杂，降低了施用效率。并且，如果在混合时使用了不合适的共混比率，漆膜可能会显示出过早生锈、气泡等问题，导致漆膜不合格。此外，为了避免失效，双组份漆需在短时间内使用掉。

现有的单组份体系产品常见于丙烯酸漆、醇酸漆或环氧漆，其相对于双组份体系具有施用方便的优点，并且消除了共混出错的问题。但是，该单组份体系的产品在耐腐蚀性和耐水性等方面比不上双组份漆，而且干燥速度通常较慢，不能满足市场的需求。

因此，需要开发兼具高耐腐蚀性、耐水性、干燥速度以及高施用效率的涂料组合物。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明人已进行了大量研究并开发出一种新型的单组份底漆涂料组合物，其与现有的单组份涂料产品相比具有高耐腐蚀性、耐水性，且可常温干燥、干燥时间短等优点。此外，本发明人开发的新型单组份底漆涂料组合物与多种基材，如热轧刚(HRS)、冷轧钢(CRS)、铝合金、镀锌钢等，具有强附着力。并且，本发明人开发的新型单组份底漆涂料组合物与多种面漆均具有良好的配套，诸如醇酸漆、氨基漆、PU漆和热塑性丙烯酸漆。

本发明提供了一种单组份底漆组合物，包括环氧树脂和聚氨酯树脂。

在一些实施方式中，所述环氧树脂是双酚A型环氧树脂。

在另外的一些实施方式中，所述环氧树脂是改性的双酚A型环氧树脂，其不含有环氧基。

在又一些实施方式中，所述环氧树脂的重均分子量为至少2万。

在又一些实施方式中，所述环氧树脂与聚氨酯的重量比为1.2～11。

本发明还提供了一种在基底上形成涂层的方法，包括：

(1)将单组份底漆组合物涂覆在至少部分基底上以形成漆膜，其中所述单组份底漆组合物包括环氧树脂和聚氨酯树脂；

(2)将涂覆于基底上的漆膜在常温下干燥。

本发明还提供了一种经涂覆的基底，其包括基底和涂覆在所述基底的至少一部分上的单组份底漆组合物，其中所述单组份底漆组合物包括环氧树脂和聚氨酯树脂。

具体实施方式

除了实施例中的或另外明确说明的，应当认为说明书和权利要求书中使用的所有代表组分的数量、反应条件等的数值在所有情况下均可按照术语“约”进行变化。因此，除非有相反的说明，否则以下的说明书和权利要求书中所列出的数值参数均为近似值，可以按照本发明想要获得的性能而变化。起码，而不是为了限制相当于权利要求范围的这一原则的实施，每个数值参数至少应当按照有效数字来解释并运用普通的四舍五入。

尽管列出本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中列出的数值记录得尽可能准确。但是，任何一个数值本来就具有一定的误差。该误差是其相应的测量方法中得出的标准偏差的必然结果。

另外，应当理解，本文列出的任何数值范围意图包括其中所含的所有子范围。例如，“1至10”的范围意图包括在所列举的最小值1和所列举的最大值10(包括端值)之间的所有子范围，即具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值的所有子范围。

本发明提供了一种单组份底漆涂料组合物，包括环氧树脂和聚氨酯树脂。本发明的底漆涂料组合物可涂覆于金属基底，诸如HRS、CRS、铝合金、镀锌钢等。

如本文所用，术语“单组份”或“1K”表示涂料组合物的所有成膜物质、填料、溶剂和助剂等均包装在一个容器中，因此具有贮存和使用方便等优点。

本发明的底漆涂料组合物可以不包含固化剂，不发生树脂间的交联反应，即，本发明的涂料组合物自干成膜。

本发明的底漆涂料组合物为水性的。如本文所用，术语“水性”表示涂料组合物的溶剂中包含至少50wt％的水。

本发明的底漆涂料组合物具有低VOC。如本文所用，术语“低VOC”是指VOC含量低于420g/L(23℃，大气压，101.3kPa)的涂料组合物。优选地，本发明的底漆涂料组合物具有小于130g/L范围内的VOC量(无水计算)。

就本发明而言，术语“挥发性有机化合物(VOC)”是指在101.3kPa的标准大气压下测量的沸点小于或等于250℃(482℉)的任何有机化合物。

本发明的底漆涂料组合物可以与多种面漆优异配套，诸如醇酸漆、氨基漆、PU漆和热塑性丙烯酸漆。所述醇酸漆主要由醇酸树脂组成，可用于农机、汽车、仪器仪表和工业设备等的涂装。所述氨基漆主要包括氨基树脂部分和羟基树脂部分，主要用于各种金属表面和工业设备等的涂装。所述PU漆是所有聚氨酯涂料的统称，普遍在工业和建筑行业中使用。所述热塑性丙烯酸漆主要由热塑性丙烯酸树脂组成，常用于建筑物等。

本发明的底漆涂料组合物在基底上形成涂层不需要经历烘烤步骤。本发明的底漆涂料组合物可以在常温下，例如20-30℃，干燥成膜。本发明的底漆涂料组合物在基底上形成的漆膜可在常温下在30分钟内达到GB/T 1728的表干要求。本发明的底漆涂料组合物在基底上形成的漆膜可在常温下在50分钟内达到GB/T 1728的实干要求。如本文所用，术语“干燥”包括涂料组合物中的溶剂挥发和在基底上成膜的过程。

本发明中的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。合适地，本发明的环氧树脂为改性的双酚A型环氧树脂。所述改性的双酚A型环氧树脂中不含环氧基。在一些实施方式中，所述改性的酚A型环氧树脂不含有异氰酸酯基团。在一些实施方式中，所述改性的酚A型环氧树脂含有羟基基团。适合用于本发明的环氧树脂的平均粒径为0.1至0.3微米。适合用于本发明的环氧树脂具有至少20000的重均分子量，例如在20000至30000之间。所述重均分子量(M_w)通过凝胶渗透色谱法使用合适的标准物(如聚苯乙烯标准物)测定。

通常，本发明的环氧树脂中含有亲水基团，为水性环氧树脂。所述环氧树脂可分散于水中形成乳液。合适地，所述环氧树脂乳液的固含量为约35-50wt％，诸如40-45wt％。合适地，所述环氧树脂乳液具有4000-5000mPa.s(25℃)的粘度，如4500mPa.s(25℃)。所述粘度通过B型粘度计测量。

适合用于本发明的环氧树脂可以由商购获得。例如，适合用于本发明的环氧树脂的实例包括但不限于，来自DIC的EPICLON H-502-42W和来自日本荒川的M-502。

在一些实施方式种，本发明的底漆涂料组合物包括至少约30wt％，合适地至少约35wt％，诸如至少约38wt％，以及至多约55wt％，合适地至多约50wt％，诸如至少约45wt％的环氧树脂。

如前所述，本发明的底漆涂料组合物还包含聚氨酯树脂。所述聚氨酯树脂是在大分子主链中含有氨基甲酸酯基的聚合物。本发明所使用的聚氨酯树脂中含有亲水基团。并且，本发明所用的聚氨酯树脂与上述环氧树脂具有良好的相容性，由此所得的产品储存稳定性佳，能够满足标准ASTM D 6887-03的要求，清澈透明且无离析。

通常，本发明的聚氨酯树脂为水性聚氨酯树脂，可分散于水中形成分散体。合适地，所述聚氨酯分散体的固含量为35-48wt％，诸如40-45wt％。合适地，所述聚氨酯分散体的粘度为300-700cps(25℃)。所述粘度采用Brookfield RV型粘度计，用1#转子，在20rmp的速度下测量。所述聚氨酯分散体具有根据ASTM D638/ISO 527测量的拉伸强度为至少5000psi,诸如5000-6000psi。所述聚氨酯分散体具有根据ASTM D638/ISO 527测量的100％拉伸模量为2500-3500psi。所述聚氨酯分散体具有根据ASTM D638/ISO 527测量的断裂伸长率为300-400％。

适合用于本发明的聚氨酯树脂可以商购获得。例如，适合用于本发明的聚氨酯树脂的实例包括但不限于，来自Lubrizol的Sancure 970和来自BASF的HYB-6340。

在一些实施方式种，本发明的底漆涂料组合物包括至少约5wt％，合适地至少约10wt％，诸如至少约12wt％，以及至多约25wt％，合适地至多约20wt％，诸如至少约17wt％的聚氨酯树脂。

在一些实施方式中，本发明所用的环氧树脂与聚氨酯的重量比为约1.2至约11，合适地约2至约6.5，诸如约3至约5。

根据本发明的底漆涂料组合物还可以包含约8-12wt％的防锈填料。适合用于本发明的底漆涂料组合物的防锈填料包括，但不限于磷酸锌、磷酸铝和二氧化硅。

根据本发明的底漆涂料组合物还可以包含约5-10wt％的填料。适合用于本发明的底漆组合物的填料包括，但不限于滑石粉、硫酸钡和云母。

根据本发明的底漆涂料组合物还可以包含约8-15wt％的助溶剂。适合用于本发明的底漆涂料组合物的助溶剂包括，但不限于二丙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚。根据本发明的底漆涂料组合物还可以包含约10-20wt％的水。

根据本发明的底漆涂料组合物还可以包含一种或多种其他添加剂，其包括但不限于，促进涂料组合物中成分相容的分散剂，在生产过程中抑制气泡的形成和使已生成的气泡逸出或破裂的抑泡剂和消泡剂，改善涂料的可加工性能以提供平滑涂层的流平剂，为涂料提供令人愉悦的气味的香料，改进流动性和流平性能并减少缺陷的流变改性剂，可保护涂层免于发霉的防腐剂，控制pH和稳定涂料的pH调节剂，提高防划性和改善触感的蜡，提高涂料粘性并改善湿膜厚度和保护涂料免于沉降和分层的增稠剂，等等。当使用时，基于本发明的底漆涂料组合物的总重量，所述其他添加剂的量为每种不多于1wt％。

本发明还提供了一种在基底上形成涂层的方法，包括将单组份底漆组合物涂覆在至少部分基底上，其中所述单组份底漆组合物包括环氧树脂和聚氨酯树脂。根据本发明的单组份底漆组合物可以通过本领域已知的常规技术施用于基底，诸如刷涂、喷涂、浸涂。根据本发明的在基底上形成涂层的方法，还包括将涂覆于基底的漆膜在常温下干燥。在一些实施方式中，所述漆膜在20-30℃下干燥至多约1小时、至多约50分钟、或至多约30分钟。所形成涂层厚度根据预期的应用而变化。通常，所形成涂层的干膜厚度为15-40μm，合适地为25-35μm。

在一些实施方式中，将本发明的单组份底漆组合物涂覆于基底形成涂层的方法包括：

(1)将本发明的单组份底漆组合物涂覆在至少部分基底上；

(2)将涂覆于基底的漆膜在常温下干燥。

在一些实施方式中，将本发明的单组份底漆组合物涂覆于基底形成涂层的方法仅包括上述步骤(1)和(2)。

本发明的单组份底漆涂料组合物在基底上形成涂层不需要经历烘烤步骤，在常温即可干燥成膜。本发明的单组份底漆组合物在基底上形成的漆膜可在常温下在30分钟内达到GB/T 1728的表干要求。本发明的单组份底漆组合物在基底上形成的漆膜可在常温下在50分钟内达到GB/T 1728的实干要求。因此，本发明的单组份底漆组合物节约了成本并提高了施用效率，特别适用于不具有烘烤设备，无法进行高温干燥的环境。相比之下，现有技术中的涂料组合物通常需要至少60℃下烘烤，或常温下实现干燥需要至少数个小时。

本发明的底漆涂料组合物适合施涂于众多基材，诸如，金属基材。合适的金属基材包括，但不限于HRS、CRS、铝合金、镀锌钢等。

实施例

提供下述实施例进一步阐述本发明，但不应认为其将本发明限制在实施例所述的细节。除另有说明，下述实施例中所有的份数和百分数均以重量计。

实施例1：单组份底漆组合物-1的制备

根据下表1中所示量如下制备底漆涂料组合物-1：在低速搅拌下，顺序将7、6、3、4号物料投入搅拌罐，然后高速搅拌20-30分钟，研磨细度至25μm以下，过滤出料；在研磨浆中低速搅拌下加入5、1和2号物料，中速分散20-30分钟。所述低速为200-300rpm，中速为700-850rpm，以及高速为1400-1600rpm。

表1.单组份底漆涂料组合物-1

编号	名称	用量(g)
			1	环氧树脂，EPICLON H-502-42W	32
2	聚氨酯树脂，Sancure 970	18
			3	防锈填料，磷酸锌和二氧化硅	9
4	填料，滑石粉和硫酸钡	6
			5	助溶剂，乙二醇单丁醚	14
6	助剂，分散剂	5
			7	水	16

实施例2：单组份底漆组合物-2的制备

根据下表2中所示量如下制备底漆涂料组合物-2：在低速搅拌下，顺序将7、6、3、4号物料投入搅拌罐，然后高速搅拌20-30分钟，研磨细度至25μm以下，过滤出料；在研磨浆中低速搅拌下加入5、1和2号物料，中速分散20-30分钟。所述低速为200-300rpm，中速为700-850rpm，以及高速为1400-1600rpm。

表2.单组份底漆涂料组合物-2

编号	名称	用量(g)
			1	环氧树脂，日本荒川M-502	45
2	聚氨酯树脂，Sancure 970	10
			3	防锈填料，磷酸锌和二氧化硅	11
4	填料，云母和硫酸钡	7
			5	助溶剂，二丙二醇单丁醚	10
6	助剂，分散剂	4
			7	水	13

实施例3：单组份底漆涂料组合物-3的制备

根据下表3中所示量如下制备底漆涂料组合物-3：在低速搅拌下，顺序将7、6、3、4号物料投入搅拌罐，然后高速搅拌20-30分钟，研磨细度至25μm以下，过滤出料；在研磨浆中低速搅拌下加入5、1和2号物料，中速分散20-30分钟。所述低速为200-300rpm，中速为700-850rpm，以及高速为1400-1600rpm。

表3.单组份底漆涂料组合物-3

编号	名称	用量(g)
			1	环氧树脂，日本荒川M-502	36
2	聚氨酯树脂，BASF HYB-6340	20
			3	防锈填料，磷酸锌和二氧化硅	10
4	填料，云母和硫酸钡	6
			5	助溶剂，乙二醇单丁醚	10
6	助剂，分散剂	3
			7	水	15

将上述实施例1-3的单组份底漆组合物涂覆在CRS基底上，干燥后，对所得涂层进行下述各项性能测试。将所得各项测试结果示于表4中。

性能指标

1.附着力：

用NT刀在试样表面划6x6刻线(25个1mm²方格，划线应深及基底)，保持测试表面尽可能平整(保持刀刃锋利)。若试样太小没有足够的空间划格，则划45度交叉格。将Nichiban胶带(No.405)、Scotch胶带(No.610)或同类型其它胶带(18mm宽，胶带粘性应当大于等于5.3 N/18mm宽)粘贴至试样表面，并用橡皮将胶带压实，使胶带与测试表面充分接触，静置3分钟。沿90度方向迅速撕下胶带，目测检验测试表面，参照ISO标准评级。

ISO标准评级

0级：5B

切口的边缘完全光滑，格子边缘没有任何剥离。

1级：4B

在切口相交处有小片剥离，划格区内实际破损小于等于5％。

2级：3B切口的边缘或相交处有剥离，其面积在5％-15％。

3级：2B沿切口边缘有部分剥离或整大片剥离，或部分格子被整片剥离，剥离的面积在15％-35％。

4级：1B切口边缘大于剥离或一些方格部分或全部剥落，其面积在35％-65％。

5级：0B在划线边缘及交叉处有成片的油漆脱落，且脱落总面漆大于65％。

要求测试结果在4B或4B以上。

2.耐腐蚀性：

通过耐盐雾测试来评估涂层的耐腐蚀性。根据GB/T 1771进行耐盐雾测试，要求达到单边锈蚀<2mm。

3.耐水性：

根据ASTM D1308进行耐水性测试，要求板面无起泡、脱落、锈蚀。

4.快干性

根据GB/T 1728进行快干性测试，分别记录表干和实干时间。所述表干时间代表表层成膜的时间；而实干时间代表全部形成固体涂膜的时间。

由上表可见，根据本发明的单组份底漆涂料组合物在附着力、耐盐雾性(耐腐蚀性)、耐水性和快干性方面均具有优异的性能。与现有的双组份产品相比，本发明的单组份底漆涂料组合物的附着力、耐盐雾性(耐腐蚀性)、耐水性可与之相媲美；此外，本发明的单组份底漆涂料组合物常温干燥且干燥速度快，从而节省了成本、提高了施用效率。相比于现有的单组份涂料产品，本发明的单组份底漆涂料组合物具有良好的附着力、耐腐蚀性和耐水性，可以满足工业用漆的需要。

尽管已经解释和描述了本发明的特定方面，对本领域技术人员来说很明显的是可做出多种其它改变和修饰而不会背离本发明的精神和范围。因此所附权利要求意图涵盖落入本发明范围内的所有这些改变和修饰。

Claims

1.单组份底漆组合物，包括环氧树脂和聚氨酯树脂，其中该组合物在基底上形成的漆膜在常温下干燥，且在30分钟内达到GB/T 1728的表干要求，其中所述环氧树脂是改性的双酚A型环氧树脂，其不含有环氧基，其重均分子量为至少2万。

2.根据权利要求1所述的底漆组合物，其中所述聚氨酯树脂为水性聚氨酯分散体。

3.根据权利要求1所述的底漆组合物，其中环氧树脂与聚氨酯树脂的重量比为1.2～11。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的底漆组合物，其中该组合物在基底上形成的漆膜在常温下干燥，且在50分钟内达到GB/T 1728的实干要求。

5.在基底上形成涂层的方法，包括：

(2)将涂覆于基底上的漆膜在常温下干燥，

其中所述环氧树脂是改性的双酚A型环氧树脂，其不含有环氧基，其重均分子量为至少2万。

6.经涂覆的基底，其包括基底和涂覆在所述基底的至少一部分上的单组份底漆组合物，其中所述单组份底漆组合物包括环氧树脂和聚氨酯树脂，其中该组合物在基底上形成的漆膜在常温下干燥，且在30分钟内达到GB/T 1728的表干要求，其中所述环氧树脂是改性的双酚A型环氧树脂，其不含有环氧基，其重均分子量为至少2万。

7.根据权利要求6所述的基底，其中所述基底为HRS、CRS、铝合金或镀锌钢。