CN110577797B - 双组分低voc环保聚氨酯木器漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法。所述双组分低VOC环保聚氨酯木器漆包括甲组分和乙组分；所述甲组分由包括以下重量份的原料制备而成：短油醇酸树脂18‑60份、功能醇酸树脂10‑30份、胺类化合物0.1‑1份、助剂10‑30份；所述乙组分由包括以下重量份的原料制备而成：TDI‑TMP聚合物20‑60份、HDI固化剂10‑30份、第二溶剂10‑70份。上述双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，既能降低VOC的排放量，又能提高施工固含，不增加成本，同时，还能缩短施工干燥时间。

Description

双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别是涉及双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法。
背景技术
传统聚氨酯木器漆具有高性能、低成本的特性，深受市场欢迎，但是其VOC排放较高。目前，随着社会的发展及生活水平的提高，人们的环保和健康意识明显增强，如何降低挥发性有机物(VOC)的排放，是聚氨酯木器漆的一大研究重点。
已报道多种方法降低木器漆的VOC排放，例如：原料中加入低吸油量粉料或大量使用HDI固化剂、MDI固化剂来降粘降VOC，使VOC的排放量低于420g/L，但这种方法显著增加了成本，而且不能兼顾施工固含，导致施工固含普遍低于63％。
发明内容
基于此，本发明提供一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，既能降低VOC的排放量，又能提高施工固含，不增加成本，同时，还能缩短施工干燥时间。
具体技术方案为：
一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，包括甲组分和乙组分；
所述甲组分由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure BDA0002174778420000011
Figure BDA0002174778420000021
所述乙组分由包括以下重量份的原料制备而成：
TDI-TMP聚合物 20-60份、
HDI固化剂 10-30份、
第二溶剂 10-70份；
所述短油醇酸树脂的固含量为99-100％，粘度为8000mpa.s-10000mpa.s，羟值为150mgKOH/g-170mgKOH/g；
所述功能醇酸树脂的固含量为79-81％，粘度为7000mpa.s-10000mpa.s，羟值为112mgKOH/g-116mgKOH/g。
在其中一个实施例中，所述短油醇酸树脂和功能醇酸树脂的重量比为(2-4)：1。
在其中一个实施例中，所述功能醇酸树脂由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure BDA0002174778420000022
在其中一个实施例中，所述三元醇选自甘油、三羟甲基丙烷中的一种或两种。
在其中一个实施例中，所述二元醇选自乙二醇、丙二醇和新戊二醇中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述第三溶剂为二甲苯。
在其中一个实施例中，所述功能醇酸树脂的制备方法包括以下步骤：
将所述蓖麻油和三元醇混合，升温至200-250℃，加入氢氧化锂，醇解15min-20min后，降温至140-160℃，再加入所述二元醇、邻苯二甲酸酐、己二酸、次磷酸和一部分第三溶剂，升温至170-190℃，酯化3h-4h后，继续升温至200-210℃，保温反应至产物酸值≤11mgKOH/g，降温至150-170℃，加入兑烯后的剩余部分第三溶剂，调节粘度。
在其中一个实施例中，所述胺类化合物为二甲基乙醇胺。
在其中一个实施例中，所述其他助剂选自消泡剂、流平剂、防沉剂、分散剂、第一溶剂和钛白粉中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述双组分低VOC环保聚氨酯木器漆包括所述甲组分、乙组分和稀释剂。
本发明还提供一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆的制备方法。
具体技术方案为：
一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆的制备方法，包括以下步骤：
甲组分的制备：将所述短油醇酸树脂、功能醇酸树脂、胺类化合物和助剂混合搅拌；
乙组分的制备：将所述TDI-TMP聚合物、HDI固化剂和第二溶剂混合搅拌。
与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：
上述双组分聚氨酯木器漆在施工状态下，VOC排放量低于420mg/L，施工固含高达65％-80％，适用于空气喷涂、无气喷涂等多种涂装方法，与传统聚氨酯木器漆相比，VOC排放量显著较少，而成本却相当。此外，上述双组分聚氨酯木器漆的漆膜丰满、硬度高、耐黄变。可能的机理如下：
首先，上述短油醇酸树脂固含高、羟值高，一方面，有利于大幅减少VOC排放；另一方面，羟基基团丰富，可以提供更多交联密度，提升漆膜性能，还可以提升干燥后漆膜的丰满度。同时，搭配功能醇酸树脂，功能醇酸树脂具有优异的柔韧性，能够明显改善短油醇酸树脂柔韧性差的缺点，而且，功能醇酸树脂固含较高，容易被稀释，进一步减少VOC排放，并能提升漆膜干燥速度。同时，再通过加入有机胺类化合物，进一步使产品的干燥时间缩短一倍而不影响漆膜最终性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下具体实施方式中，若无特殊说明，所有原料均可来源于市售。
短油醇酸树脂可购自鹤山和利化工实业有限公司，型号为SY100，固含量为99-100％，粘度为8000mpa.s-10000mpa.s，羟值为150mgKOH/g-170mgKOH/g。
消泡剂可购自日本共荣社，型号为AC270。
分散剂可购自珠海华夏奔腾化工有限公司，型号为HX-4028。
防沉剂可购自珠海华夏奔腾化工有限公司，型号为HX-8820。
流平剂可购自毕克化学BYK-333。
实施例1
本实施例提供一种功能醇酸树脂及其制备方法，步骤如下：
(1)按照以下重量份称取原料：
Figure BDA0002174778420000051
(2)将所述蓖麻油和甘油投入反应釜中，通入氮气除去反应釜中的氧气，然后升温至230℃，加入氢氧化锂，在230℃下醇解18min后，降温至150℃，再向反应釜中加入所述乙二醇、邻苯二甲酸酐、己二酸、次磷酸和回流用二甲苯，升温至180℃，酯化3.5h后，继续升温至205℃，保温继续酯化，期间，对反应产物进行取样，检测酸值，当反应产物的酸值≤11mgKOH/g，降温至160℃，加入兑烯后的二甲苯，调节粘度，即得功能醇酸树脂。
上述方法制备的功能醇酸树脂具有低粘、超柔韧特性，羟值为115mgKOH/g，固含量为81％，粘度为8000mpa.s。
实施例2
本实施例提供一种功能醇酸树脂及其制备方法，步骤如下：
(1)按照以下重量份称取原料：
Figure BDA0002174778420000061
(2)将所述蓖麻油和三羟甲基丙烷投入反应釜中，通入氮气除去反应釜中的氧气，然后升温至230℃，加入氢氧化锂，在230℃下醇解18min后，降温至150℃，再向反应釜中加入所述丙二醇、邻苯二甲酸酐、己二酸、次磷酸和回流用二甲苯，升温至180℃，酯化3.5h后，继续升温至205℃，保温继续酯化，期间，对反应产物进行取样，检测酸值，当反应产物的酸值≤11mgKOH/g，降温至160℃，加入兑烯后的二甲苯，调节粘度，即得功能醇酸树脂。
上述方法制备的功能醇酸树脂具有低粘、超柔韧特性，羟值为115mgKOH/g，固含量为81％，粘度为8000mpa.s。
实施例3
本实施例提供一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法，步骤如下：
(1)甲组分的制备
称取以下重量份的原料：短油醇酸树脂50份、实施例1制备的功能醇酸树脂15份、二甲基乙醇胺0.2份、消泡剂0.4份、分散剂0.8份、防沉剂2份、流平剂0.5份、钛白粉16份、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯3份。
将上述短油醇酸树脂、实施例1制备的功能醇酸树脂、消泡剂和分散剂投入分散釜，在200r/min-300r/min下搅拌5min-10min，然后向分散釜中投入钛白粉，在1000r/min-1500r/min下搅拌10min-15min，然后再投入防沉剂、二甲基乙醇胺、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，在500r/min-800r/min下搅拌10min-15min，制得甲组分。
(2)乙组分的制备
称取以下重量份的原料：TDI-TMP聚合物35份、HDI固化剂30份、溶剂醋酸丁酯35份。
将上述TDI-TMP聚合物、HDI固化剂和醋酸丁酯投入到分散釜中，在200r/min-300r/min下搅拌5min-15min，制得乙组分。
(3)稀释剂的制备
将30份醋酸丁酯和70份丙二醇甲醚醋酸酯混合，制得稀释剂。
使用时，将甲组分、乙组分和稀释剂以1:0.6:0.2的质量比混合。
实施例4
本实施例提供一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法，步骤如下：
(1)甲组分的制备
称取以下重量份的原料：短油醇酸树脂60份、实施例2制备的功能醇酸树脂20份、二甲基乙醇胺0.3份、消泡剂0.4份、分散剂0.8份、防沉剂2份、流平剂0.5份、钛白粉16份、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯3份。
将上述短油醇酸树脂、实施例2制备的功能醇酸树脂、消泡剂和分散剂投入分散釜，在200r/min-300r/min下搅拌5min-10min，然后向分散釜中投入钛白粉，在1000r/min-1500r/min下搅拌10min-15min，然后再投入防沉剂、二甲基乙醇胺、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，在500r/min-800r/min下搅拌10min-15min，制得甲组分。
(2)乙组分的制备
称取以下重量份的原料：TDI-TMP聚合物40份、HDI固化剂35份、溶剂醋酸丁酯25份。
将上述TDI-TMP聚合物、HDI固化剂和醋酸丁酯投入到分散釜中，在200r/min-300r/min下搅拌5min-15min，制得乙组分。
(3)稀释剂的制备
将30份醋酸丁酯和70份丙二醇甲醚醋酸酯混合，制得稀释剂。
使用时，将甲组分、乙组分和稀释剂以1:1:0.2的质量比混合。
实施例5
本实施例提供一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法，步骤如下：
(1)甲组分的制备
称取以下重量份的原料：短油醇酸树脂40份、实施例1制备的功能醇酸树脂30份、二甲基乙醇胺0.2份、消泡剂0.4份、分散剂0.8份、防沉剂2份、流平剂0.5份、钛白粉16份、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯3份。
将上述短油醇酸树脂、实施例1制备的功能醇酸树脂、消泡剂和分散剂投入分散釜，在200r/min-300r/min下搅拌5min-10min，然后向分散釜中投入钛白粉，在1000r/min-1500r/min下搅拌10min-15min，然后再投入防沉剂、二甲基乙醇胺、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，在500r/min-800r/min下搅拌10min-15min，制得甲组分。
(2)乙组分的制备
称取以下重量份的原料：TDI-TMP聚合物35份、HDI固化剂30份、溶剂醋酸丁酯35份。
将上述TDI-TMP聚合物、HDI固化剂和醋酸丁酯投入到分散釜中，在200r/min-300r/min下搅拌5min-15min，制得乙组分。
(3)稀释剂的制备
将30份醋酸丁酯和70份丙二醇甲醚醋酸酯混合，制得稀释剂。
使用时，将甲组分、乙组分和稀释剂以1:0.6:0.2的质量比混合。
对比例1
本对比例提供一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法，与实施例3基本相同，区别在于，将实施例1的功能醇酸树脂替换为嘉宝莉自产的醇酸树脂H166-65，粘度4000mpa.s-7000mpa.s，固含65％。具体步骤如下：
(1)甲组分的制备
称取以下重量份的原料：短油醇酸树脂50份、醇酸树脂H166-65 15份、二甲基乙醇胺0.2份、消泡剂0.4份、分散剂0.8份、防沉剂2份、流平剂0.5份、钛白粉16份、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯3份。
将上述短油醇酸树脂、醇酸树脂H166-65、消泡剂和分散剂投入分散釜，在200r/min-300r/min下搅拌5min-10min，然后向分散釜中投入钛白粉，在1000r/min-1500r/min下搅拌10min-15min，然后再投入防沉剂、二甲基乙醇胺、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，在500r/min-800r/min下搅拌10min-15min，制得甲组分。
(2)乙组分的制备
称取以下重量份的原料：TDI-TMP聚合物35份、HDI固化剂30份、溶剂醋酸丁酯35份。
将上述TDI-TMP聚合物、HDI固化剂和醋酸丁酯投入到分散釜中，在200r/min-300r/min下搅拌5min-15min，制得乙组分。
(3)稀释剂的制备
将30份醋酸丁酯和70份丙二醇甲醚醋酸酯混合，制得稀释剂。
使用时，将甲组分、乙组分和稀释剂以1:0.6:0.2的质量比混合。
对比例2
本对比例提供一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆及其制备方法，与实施例3基本相同，区别在于，未加入胺类化合物。具体步骤如下：
(1)甲组分的制备
称取以下重量份的原料：短油醇酸树脂50份、实施例1制备的功能醇酸树脂15份、消泡剂0.4份、分散剂0.8份、防沉剂2份、流平剂0.5份、钛白粉16份、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯3份。
将上述短油醇酸树脂、实施例1制备的功能醇酸树脂、消泡剂和分散剂投入分散釜，在200r/min-300r/min下搅拌5min-10min，然后向分散釜中投入钛白粉，在1000r/min-1500r/min下搅拌10min-15min，然后再投入防沉剂、溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，在500r/min-800r/min下搅拌10min-15min，制得甲组分。
(2)乙组分的制备
称取以下重量份的原料：TDI-TMP聚合物35份、HDI固化剂30份、溶剂醋酸丁酯35份。
将上述TDI-TMP聚合物、HDI固化剂和醋酸丁酯投入到分散釜中，在200r/min-300r/min下搅拌5min-15min，制得乙组分。
(3)稀释剂的制备
将30份醋酸丁酯和70份丙二醇甲醚醋酸酯混合，制得稀释剂。
使用时，将甲组分、乙组分和稀释剂以1:0.6:0.2的质量比混合。
性能测试
对实施例3-5和对比例1-2制备的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆和传统聚氨酯木器漆(嘉宝莉自产的KBM1115)的加工性能、VOC排放量和漆膜性能进行测试，具体测试方法如下，测试结果如表1所示：
施工粘度测试方法：将甲组份、乙组分、稀释剂按比例混合搅拌，调温至25℃，使用涂-4杯测量秒数。
施工固含测试方法：将甲组份、乙组分、稀释剂按比例混合搅拌，在120℃烘箱中烘2小时测量。
VOC排放量测试方法：按GB18581规定的测试方法测试。
表1
Figure BDA0002174778420000111
Figure BDA0002174778420000121
由上表可知，实施例3-5的双组分聚氨酯木器漆在施工状态下，VOC的排放量可降低至420g/L以下，且施工固含保持在63％以上，漆膜性能也符合GB23997标准，还能显著减少涂覆遍数，进一步减少VOC的排放，实现节能减排。其中，短油醇酸树脂和功能醇酸树脂的加入量，对最终VOC的排放量具有重要影响。
而相比于实施例3，对比例1的施工固含低于63％，说明特定的功能醇酸树脂的加入，对施工固含的提高及降低VOC排放具有重要作用；对比例2未加胺类化合物，明显延长了干燥速率，不利于施工。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，包括甲组分和乙组分；
所述甲组分由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure FDA0003157367460000011
所述乙组分由包括以下重量份的原料制备而成：
TDI-TMP聚合物 20-60份、
HDI固化剂 10-30份、
第二溶剂 10-70份；
所述短油醇酸树脂为SY100；
所述功能醇酸树脂的固含量为79-81％，粘度为7000mpa.s-10000mpa.s，羟值为112mgKOH/g-116mgKOH/g；
所述短油醇酸树脂和功能醇酸树脂的重量比为(2-4)：1。
2.根据权利要求1所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述短油醇酸树脂和功能醇酸树脂的重量比为60：20。
3.根据权利要求1所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述功能醇酸树脂由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure FDA0003157367460000012
Figure FDA0003157367460000021
4.根据权利要求3所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述三元醇选自甘油、三羟甲基丙烷中的一种或两种。
5.根据权利要求3所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述二元醇选自乙二醇、丙二醇和新戊二醇中的一种或几种。
6.根据权利要求3所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述第三溶剂为二甲苯。
7.根据权利要求3所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述功能醇酸树脂的制备方法包括以下步骤：
将所述蓖麻油和三元醇混合，升温至200-250℃，加入氢氧化锂，醇解15min-20min后，降温至140-160℃，再加入所述二元醇、邻苯二甲酸酐、己二酸、次磷酸和一部分第三溶剂，升温至170-190℃，酯化3h-4h后，继续升温至200-210℃，保温反应至产物酸值≤11mgKOH/g，降温至150-170℃，加入兑烯后的剩余部分第三溶剂，调节粘度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述胺类化合物为二甲基乙醇胺。
9.根据权利要求1-7任一项所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆，其特征在于，所述助剂选自消泡剂、流平剂、防沉剂、分散剂、第一溶剂和钛白粉中的一种或几种。
10.一种权利要求1-9任一项所述的双组分低VOC环保聚氨酯木器漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
甲组分的制备：将所述短油醇酸树脂、功能醇酸树脂、胺类化合物和助剂混合搅拌；
乙组分的制备：将所述TDI-TMP聚合物、HDI固化剂和第二溶剂混合搅拌。
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