CN110564275A - 一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用 - Google Patents

一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用，具体涉及工业涂装领域，该水性聚脲由特制漆料与异氰酸酯反应生成，其中特制漆料包括不对称结构的聚天门冬氨酸酯。本发明通过在不对称结构的聚天门冬氨酸酯内复合聚合物贵金属纳米复合粒子材料，集高分子自身性能和导电性、纳米效应功能于一体，具有组成与结构可设计，形态特征可控制等优点，贵金属纳米粒子具有独特的光学性质、化学催化和良好的化学稳定针对本项目产品中因为聚天门冬氨酸酯与异氰酸酯的反应速度不均衡的问题，消除涂膜固化时产生的内应力，提高涂膜的力学性能和与基材的粘结力，使得不对称聚天门冬氨酸酯用于新型聚脲涂料的技术成为现实可能。

Description

一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用
技术领域
本发明涉及工业涂装领域，更具体地说，本发明涉及一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用。
背景技术
聚脲环保涂料产品包括无溶剂聚脲涂料、高固含聚脲涂料和水性聚脲涂料三大系列，通过聚天门冬氨酸酯与异氰酸酯反应制备聚脲涂料，反应后，结构中会形成一个对称的脲-二酯结构，这种对称的脲-二酯结构很不稳定，容易发生成环反应并形成环内酰脲，同时脱出一个醇。这种成环反应的结果，带来了两个缺陷，一是产生的醇会在聚合物内起增塑作用，影响漆膜涂层的耐老化性能；二是成环反应会影响聚合物的尺寸稳定性，导致漆膜涂层产生收缩，因此需要对聚天门冬氨酸酯进行处理。
为了解决这一问题，需要一种不对称结构的聚天门冬氨酸酯，当它与异氰酸酯反应时，不再产生对称脲-二酯结构，从而避免了漆膜涂层内部成环反应的副反应，而这种不对称结构的聚天门冬氨酸酯与异氰酸酯的反应速度是不均衡的，由此涂膜在反应固化时容易产生内应力，因而会影响涂膜的力学性能和与基材的粘结力。
因此，发明一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用来解决上述问题很有必要。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用，通过在不对称结构的聚天门冬氨酸酯内复合聚合物贵金属纳米复合粒子材料，集高分子自身性能和导电性、纳米效应等功能性于一体，具有组成与结构可设计，形态特征可控制等优点，贵金属纳米粒子具有独特的光学性质、化学催化和良好的化学稳定针对本项目产品中因为聚天门冬氨酸酯与异氰酸酯的反应速度不均衡的问题，消除涂膜固化时产生的内应力，提高涂膜的力学性能和与基材的粘结力，使得不对称聚天门冬氨酸酯用于新型聚脲涂料的技术成为现实可能，以解决背景技术中所提出问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型水性聚脲，所述该水性聚脲由特制漆料与异氰酸酯反应生成，其中特制漆料包括不对称结构的聚天门冬氨酸酯，且该不对称结构的聚天门冬氨酸酯分子结构为：
所述不对称结构的聚天门冬氨酸酯由聚天门冬氨酸酯与二异氰酸酯反应制得，其具体反应式为：
所述特制漆料内部还设有功能性助剂，该功能性助剂设置为聚合物贵金属纳米复合粒子材料。
优选的，所述聚合物贵金属纳米复合粒子材料以高分子粒子为基体，该基体材料与导电高分子和贵金属纳米粒子复合形成多组分功能型高分子复合粒子。
优选的，所述贵金属纳米粒子设置为金、银和铂族金属中的一种或多种复合。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，所述该水性聚脲用于生产水性聚脲环保涂料，喷涂在工程机械表面作为防水层、防腐层、防冲磨层和表面装饰层。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，还包括该水性聚脲环保涂料的生产工艺，具体步骤如下：
步骤一：制备不对称结构的聚天门冬氨酸酯，准备聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯，将聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯混合反应制得不对称结构的聚天门冬氨酸酯；
步骤二：改善不对称结构的聚天门冬氨酸酯，在步骤一中制备的不对称结构的聚天门冬氨酸酯中加入聚合物贵金属纳米复合粒子材料均匀复合完全后制得特制漆料，备用；
步骤三：准备异氰酸酯，并按比例取特制漆料100-150份和异氰酸酯60-80份，将二者混合反应后制得水性聚脲涂料基体；
步骤四：准备改性硅微粉、附着力促进剂、稀释剂、消泡剂、附着力促进剂、平滑剂、颜填料、颜色分离防止剂、变色添加剂和紫外线吸收剂，并按比例取改性硅微粉20-40份，附着力促进剂4-10份、稀释剂15-20份、消泡剂6-10份、附着力促进剂4-6份、平滑剂5-8份、颜填料20-25份、颜色分离防止剂5-10份、变色添加剂5-10份和紫外线吸收剂3-6份，加入水性聚脲涂料基体中搅拌均匀后制得水性聚脲环保涂料成品。
优选的，所述步骤一中选择的聚天门冬氨酸酯氨基基团为仲氨基，所述不对称结构的聚天门冬氨酸酯带有不对称位阻结构的仲氨基基团。
优选的，所述颜填料包括颜料和填料，所述颜料设置为水基颜料，所述填料由云母粉、滑石粉和透明粉复合制成，所述颜料与云母粉、滑石粉和透明粉的添加比例设置为3-5：1：1：1。
优选的，所述步骤四中在搅拌过程中通入惰性气体，所述惰性气体设置为氮气，所述变色添加剂由无机变色材料制成。
本发明的技术效果和优点：
1、通过在不对称结构的聚天门冬氨酸酯内复合聚合物贵金属纳米复合粒子材料，集高分子自身性能和导电性、纳米效应等功能性于一体，具有组成与结构可设计，形态特征可控制等优点，贵金属纳米粒子具有独特的光学性质、化学催化和良好的化学稳定针对本项目产品中因为聚天门冬氨酸酯与异氰酸酯的反应速度不均衡的问题，消除涂膜固化时产生的内应力，提高涂膜的力学性能和与基材的粘结力，使得不对称聚天门冬氨酸酯用于新型聚脲涂料的技术成为现实可能，还可以提高功能型添加组分在涂膜基体中的分散性，亦可消除其向环境的散逸现象；
2、通过在制备的水性聚脲涂料基体中加入改性硅微粉、附着力促进剂、稀释剂、消泡剂、附着力促进剂和平滑剂，提高涂料的整体性能，颜填料、颜色分离防止剂、变色添加剂和紫外线吸收剂的加入提高了涂料的装饰效果和防护能力，该生产工艺简单，且生产的涂料环保，整体性能高，能够满足汽车工程机械的喷涂需求，便于推广使用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种新型水性聚脲，所述该水性聚脲由特制漆料与异氰酸酯反应生成，其中特制漆料包括不对称结构的聚天门冬氨酸酯，且该不对称结构的聚天门冬氨酸酯分子结构为：
所述不对称结构的聚天门冬氨酸酯由聚天门冬氨酸酯与二异氰酸酯反应制得，其具体反应式为：
所述特制漆料内部还设有功能性助剂，该功能性助剂设置为聚合物贵金属纳米复合粒子材料。
进一步的，所述聚合物贵金属纳米复合粒子材料以高分子粒子为基体，该基体材料与导电高分子和贵金属纳米粒子复合形成多组分功能型高分子复合粒子。
进一步的，所述贵金属纳米粒子设置为金、银和铂族金属中的一种或多种复合。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，所述该水性聚脲用于生产水性聚脲环保涂料，喷涂在工程机械表面作为防水层、防腐层、防冲磨层和表面装饰层。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，还包括该水性聚脲环保涂料的生产工艺，具体步骤如下：
步骤一：制备不对称结构的聚天门冬氨酸酯，准备聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯，选择的聚天门冬氨酸酯氨基基团为仲氨基，将聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯混合反应制得不对称结构的聚天门冬氨酸酯；
步骤二：改善不对称结构的聚天门冬氨酸酯，在步骤一中制备的不对称结构的聚天门冬氨酸酯中加入聚合物贵金属纳米复合粒子材料均匀复合完全后制得特制漆料，不对称结构的聚天门冬氨酸酯带有不对称位阻结构的仲氨基基团，备用；
步骤三：准备异氰酸酯，并按比例取特制漆料100份和异氰酸酯60份，将二者混合反应后制得水性聚脲涂料基体；
步骤四：准备改性硅微粉、附着力促进剂、稀释剂、消泡剂、附着力促进剂、平滑剂、颜填料、颜色分离防止剂、变色添加剂和紫外线吸收剂，并按比例取改性硅微粉20份，附着力促进剂4份、稀释剂15份、消泡剂6份、附着力促进剂4份、平滑剂5份、颜填料20份、颜色分离防止剂5份、变色添加剂5份和紫外线吸收剂3份，加入水性聚脲涂料基体中搅拌均匀后制得水性聚脲环保涂料成品，颜填料包括颜料和填料，所述颜料设置为水基颜料，所述填料由云母粉、滑石粉和透明粉复合制成，所述颜料与云母粉、滑石粉和透明粉的添加比例设置为3：1：1：1，搅拌过程中通入惰性气体，所述惰性气体设置为氮气，所述变色添加剂由无机变色材料制成。
本实施例中制备的水性聚脲环保涂料质地均匀，颜色无色差，分散性好，附着力好，使用性能好，另外本实施例中对制备的水性聚脲环保涂料进行使用测试和涂料稳定性测试，结果显示该水性聚脲环保涂料喷涂在金属表面后，表干时间为0.5h，实干时间为2h，干燥后涂层的柔韧性为0.78mm，将干燥后的金属放置在中性盐雾环境下，涂层耐中性盐雾时长＞1000h，在紫外线环境下测试表明，涂层耐QUV紫外老化时长＞1000h，将带有该涂层的金属放置在冷热循环环境下，从-10℃到80℃循环，15次，涂层表面无异常，与涂层面接触的情况下加压1Kg，50℃下静置12h后，涂层表面无异常，另外对涂料测试结果显示，该涂料VOC限值为68g/L，该涂料在储存6个月后仍具备喷涂效果。
实施例2：
本发明提供了一种新型水性聚脲，所述该水性聚脲由特制漆料与异氰酸酯反应生成，其中特制漆料包括不对称结构的聚天门冬氨酸酯，且该不对称结构的聚天门冬氨酸酯分子结构为：
所述不对称结构的聚天门冬氨酸酯由聚天门冬氨酸酯与二异氰酸酯反应制得，其具体反应式为：
所述特制漆料内部还设有功能性助剂，该功能性助剂设置为聚合物贵金属纳米复合粒子材料。
进一步的，所述聚合物贵金属纳米复合粒子材料以高分子粒子为基体，该基体材料与导电高分子和贵金属纳米粒子复合形成多组分功能型高分子复合粒子。
进一步的，所述贵金属纳米粒子设置为金、银和铂族金属中的一种或多种复合。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，所述该水性聚脲用于生产水性聚脲环保涂料，喷涂在工程机械表面作为防水层、防腐层、防冲磨层和表面装饰层。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，还包括该水性聚脲环保涂料的生产工艺，具体步骤如下：
步骤一：制备不对称结构的聚天门冬氨酸酯，准备聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯，选择的聚天门冬氨酸酯氨基基团为仲氨基，将聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯混合反应制得不对称结构的聚天门冬氨酸酯；
步骤二：改善不对称结构的聚天门冬氨酸酯，在步骤一中制备的不对称结构的聚天门冬氨酸酯中加入聚合物贵金属纳米复合粒子材料均匀复合完全后制得特制漆料，不对称结构的聚天门冬氨酸酯带有不对称位阻结构的仲氨基基团，备用；
步骤三：准备异氰酸酯，并按比例取特制漆料125份和异氰酸酯70份，将二者混合反应后制得水性聚脲涂料基体；
步骤四：准备改性硅微粉、附着力促进剂、稀释剂、消泡剂、附着力促进剂、平滑剂、颜填料、颜色分离防止剂、变色添加剂和紫外线吸收剂，并按比例取改性硅微粉30份，附着力促进剂7份、稀释剂17份、消泡剂8份、附着力促进剂5份、平滑剂6份、颜填料23份、颜色分离防止剂8份、变色添加剂7份和紫外线吸收剂5份，加入水性聚脲涂料基体中搅拌均匀后制得水性聚脲环保涂料成品，颜填料包括颜料和填料，所述颜料设置为水基颜料，所述填料由云母粉、滑石粉和透明粉复合制成，所述颜料与云母粉、滑石粉和透明粉的添加比例设置为4：1：1：1，搅拌过程中通入惰性气体，所述惰性气体设置为氮气，所述变色添加剂由无机变色材料制成。
对比实施例1，本实施例中制备的水性聚脲环保涂料质地均匀，颜色无色差，分散性好，附着力好，使用性能好，另外本实施例中对制备的水性聚脲环保涂料进行使用测试和涂料稳定性测试，结果显示该水性聚脲环保涂料喷涂在金属表面后，表干时间为0.4h，实干时间为1.5h，干燥后涂层的柔韧性为0.53mm，将干燥后的金属放置在中性盐雾环境下，涂层耐中性盐雾时长＞1000h，在紫外线环境下测试表明，涂层耐QUV紫外老化时长＞1000h，将带有该涂层的金属放置在冷热循环环境下，从-10℃到80℃循环，15次，涂层表面无异常，与涂层面接触的情况下加压1Kg，50℃下静置12h后，涂层表面无异常，另外对涂料测试结果显示，该涂料VOC限值为60g/L，该涂料在储存6个月后仍具备喷涂效果。
实施例3：
本发明提供了一种新型水性聚脲，所述该水性聚脲由特制漆料与异氰酸酯反应生成，其中特制漆料包括不对称结构的聚天门冬氨酸酯，且该不对称结构的聚天门冬氨酸酯分子结构为：
所述不对称结构的聚天门冬氨酸酯由聚天门冬氨酸酯与二异氰酸酯反应制得，其具体反应式为：
所述特制漆料内部还设有功能性助剂，该功能性助剂设置为聚合物贵金属纳米复合粒子材料。
进一步的，所述聚合物贵金属纳米复合粒子材料以高分子粒子为基体，该基体材料与导电高分子和贵金属纳米粒子复合形成多组分功能型高分子复合粒子。
进一步的，所述贵金属纳米粒子设置为金、银和铂族金属中的一种或多种复合。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，所述该水性聚脲用于生产水性聚脲环保涂料，喷涂在工程机械表面作为防水层、防腐层、防冲磨层和表面装饰层。
一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，还包括该水性聚脲环保涂料的生产工艺，具体步骤如下：
步骤一：制备不对称结构的聚天门冬氨酸酯，准备聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯，选择的聚天门冬氨酸酯氨基基团为仲氨基，将聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯混合反应制得不对称结构的聚天门冬氨酸酯；
步骤二：改善不对称结构的聚天门冬氨酸酯，在步骤一中制备的不对称结构的聚天门冬氨酸酯中加入聚合物贵金属纳米复合粒子材料均匀复合完全后制得特制漆料，不对称结构的聚天门冬氨酸酯带有不对称位阻结构的仲氨基基团，备用；
步骤三：准备异氰酸酯，并按比例取特制漆料150份和异氰酸酯80份，将二者混合反应后制得水性聚脲涂料基体；
步骤四：准备改性硅微粉、附着力促进剂、稀释剂、消泡剂、附着力促进剂、平滑剂、颜填料、颜色分离防止剂、变色添加剂和紫外线吸收剂，并按比例取改性硅微粉40份，附着力促进剂10份、稀释剂20份、消泡剂10份、附着力促进剂6份、平滑剂8份、颜填料25份、颜色分离防止剂10份、变色添加剂10份和紫外线吸收剂6份，加入水性聚脲涂料基体中搅拌均匀后制得水性聚脲环保涂料成品，颜填料包括颜料和填料，所述颜料设置为水基颜料，所述填料由云母粉、滑石粉和透明粉复合制成，所述颜料与云母粉、滑石粉和透明粉的添加比例设置为5：1：1：1，搅拌过程中通入惰性气体，所述惰性气体设置为氮气，所述变色添加剂由无机变色材料制成。
对比实施例1和2，本实施例中制备的水性聚脲环保涂料质地均匀，颜色无色差，分散性好，附着力好，使用性能好，另外本实施例中对制备的水性聚脲环保涂料进行使用测试和涂料稳定性测试，结果显示该水性聚脲环保涂料喷涂在金属表面后，表干时间为0.4h，实干时间为1.6h，干燥后涂层的柔韧性为0.60mm，将干燥后的金属放置在中性盐雾环境下，涂层耐中性盐雾时长＞1000h，在紫外线环境下测试表明，涂层耐QUV紫外老化时长＞1000h，将带有该涂层的金属放置在冷热循环环境下，从-10℃到80℃循环，15次，涂层表面无异常，与涂层面接触的情况下加压1Kg，50℃下静置12h后，涂层表面无异常，另外对涂料测试结果显示，该涂料VOC限值为61g/L，该涂料在储存6个月后仍具备喷涂效果。
根据实施例1-3得出下表：
表1水性聚脲环保涂料涂层性能测试结果
表2水性聚脲环保涂料稳定性测试结果
由表1-2可知，实施例2中原材料比例适中，加工温度适中，并且改性硅微粉、附着力促进剂、稀释剂、消泡剂、附着力促进剂和平滑剂加入水性聚脲涂料基体中能够提高涂料的整体性能，颜填料、颜色分离防止剂、变色添加剂和紫外线吸收剂的加入提高了涂料的装饰效果和防护能力，另外通过在不对称结构的聚天门冬氨酸酯内复合聚合物贵金属纳米复合粒子材料，集高分子自身性能和导电性、纳米效应等功能性于一体，具有组成与结构可设计，形态特征可控制等优点，贵金属纳米粒子具有独特的光学性质、化学催化和良好的化学稳定针对本项目产品中因为聚天门冬氨酸酯与异氰酸酯的反应速度不均衡的问题，影响主体分子上特定官能团的化学活性及其化学反应，实现选择性地定向控制反应速度，最终消除涂膜固化时产生的内应力，提高涂膜的力学性能和与基材的粘结力，还可以提高功能型添加组分在涂膜基体中的分散性，亦可消除其向环境的散逸现象。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型水性聚脲，其特征在于：所述该水性聚脲由特制漆料与异氰酸酯反应生成，其中特制漆料包括不对称结构的聚天门冬氨酸酯，且该不对称结构的聚天门冬氨酸酯分子结构为：
所述不对称结构的聚天门冬氨酸酯由聚天门冬氨酸酯与二异氰酸酯反应制得，其具体反应式为：
所述特制漆料内部还设有功能性助剂，该功能性助剂设置为聚合物贵金属纳米复合粒子材料。
2.根据权利要求1所述的一种新型水性聚脲，其特征在于：所述聚合物贵金属纳米复合粒子材料以高分子粒子为基体，该基体材料与导电高分子和贵金属纳米粒子复合形成多组分功能型高分子复合粒子。
3.根据权利要求2所述的一种新型水性聚脲，其特征在于：所述贵金属纳米粒子设置为金、银和铂族金属中的一种或多种复合。
4.一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，其特征在于：所述该水性聚脲用于生产水性聚脲环保涂料，喷涂在工程机械表面作为防水层、防腐层、防冲磨层和表面装饰层。
5.根据权利要求4所述的一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，其特征在于：还包括该水性聚脲环保涂料的生产工艺，具体步骤如下：
步骤一：制备不对称结构的聚天门冬氨酸酯，准备聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯，将聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯混合反应制得不对称结构的聚天门冬氨酸酯；
步骤二：改善不对称结构的聚天门冬氨酸酯，在步骤一中制备的不对称结构的聚天门冬氨酸酯中加入聚合物贵金属纳米复合粒子材料均匀复合完全后制得特制漆料，备用；
步骤三：准备异氰酸酯，并按比例取特制漆料100-150份和异氰酸酯60-80份，将二者混合反应后制得水性聚脲涂料基体；
步骤四：准备改性硅微粉、附着力促进剂、稀释剂、消泡剂、附着力促进剂、平滑剂、颜填料、颜色分离防止剂、变色添加剂和紫外线吸收剂，并按比例取改性硅微粉20-40份，附着力促进剂4-10份、稀释剂15-20份、消泡剂6-10份、附着力促进剂4-6份、平滑剂5-8份、颜填料20-25份、颜色分离防止剂5-10份、变色添加剂5-10份和紫外线吸收剂3-6份，加入水性聚脲涂料基体中搅拌均匀后制得水性聚脲环保涂料成品。
6.根据权利要求5所述的一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，其特征在于：所述步骤一中选择的聚天门冬氨酸酯氨基基团为仲氨基，所述不对称结构的聚天门冬氨酸酯带有不对称位阻结构的仲氨基基团。
7.根据权利要求5所述的一种新型水性聚脲在汽车工程机械方面的应用，其特征在于：所述颜填料包括颜料和填料，所述颜料设置为水基颜料，所述填料由云母粉、滑石粉和透明粉复合制成，所述颜料与云母粉、滑石粉和透明粉的添加比例设置为3-5：1：1：1。
8.根据权利要求5所述的一种新型水性聚脲及其在汽车工程机械方面的应用，其特征在于：所述步骤四中在搅拌过程中通入惰性气体，所述惰性气体设置为氮气，所述变色添加剂由无机变色材料制成。
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