CN110878493A - 一种水性涂料组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水性涂料组合物及其应用，按各原料组分的质量份计，所述水性涂料组合物包含如下原料组分：水性羟基丙烯酸乳液70‑85份，甲醚化的氨基树脂5‑15份，水性封闭型异氰酸酯2‑16份，催化剂0.3‑1.0份；其中，所述水性羟基丙烯酸乳液具有以下特性：羟基含量大于2.0％，优选为2.5‑3.5％，玻璃化温度为50‑80℃；所述水性封闭型异氰酸酯的解封温度为80‑120℃。本发明提供的水性涂料组合物以及制备方法能够实现快速交联，涂层交联密度高，进而提升了涂层的化学品抗性和耐磨性。

Description

一种水性涂料组合物及其应用
技术领域
本发明涉及水性涂料组合物及其应用，具体是一种用于木纹纸的水性涂料，属于水性涂料的技术领域。
背景技术
木纹纸质是一种表皮装饰纸，其原材料一般是木浆牛皮纸，强度较大。主要用于家具，音箱等家居办公用品的外表装饰或修边。其它的用途还包括：塑料包装、香烟酒类包装、塑料挂历、装饰画等。木纹纸属于装饰纸中的宝丽纸分类，属于耐磨性最弱的一种装饰纸。公开号为CN106049175B的专利(专利申请号为201610385702.5)公开了一种木纹纸的制备方法，其虽采用水性油墨印刷但仍采用改性三聚氰胺树脂为浸胶剂，施工过程中会有大量的甲醛释放。
而鉴于表面可塑性的要求以及环保，主要是无甲醛的要求，木纹纸行业开发了新的工艺，与使用三聚氰胺树脂来浸涂，然后热压不同，改为在纸张表面上完油墨之后，然后再在表面涂布水性涂料，起到抗刮的保护作用，弥补了耐磨不足的问题；水性涂料涂布在纸张表面后，纸张还能够进行包覆卷曲，可塑性会比先前的更好。但目前水性涂料存在干速慢，交联固化时间长等问题，这将会严重影响木纹纸涂层的施工效率，不具备产业化可行性。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种水性涂料组合物，提高了涂层的交联密度，进而提升了涂层的化学品抗性和耐磨性。
为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明第一方面提供了一种水性涂料组合物，按各组分的质量份计，所述水性涂料组合物包含如下组分：
Figure BDA0002306586700000021
其中，所述水性羟基丙烯酸乳液具有以下特性：羟基质量含量大于2.0％，优选为2.5-3.5％，玻璃化温度为50-80℃；所述水性封闭型异氰酸酯的解封温度为80-120℃，可采用异氰酸酯三聚体如HDI三聚体与离子型或非离子型亲水基团如聚乙二醇单甲醚(MPEG)反应，再用肟类或酚类或胺类封闭剂如甲乙酮肟将剩余的异氰酸酯基封闭制得。
在本发明中提到的水性封闭型异氰酸酯的解封温度是指封闭型异氰酸酯在不同温度下测试红外光谱，当出现2250cm-1的红外光谱吸收峰的即时温度。
在本发明的优选实施方式中，按各组分的质量份计，所述水性涂料组合物包含如下组分：
Figure BDA0002306586700000022
在本发明的水性羟基丙烯酸乳液中羟基含量大于2.0％，，优选为2.5-3.5％，玻璃化温度为50-80℃，水性羟基丙烯酸乳液中羟基含量越高，可提供更多的与交联剂发生反应的交联基团，也保证了涂层交联密度，获得很好的化学品抗性。
本发明采用了甲醚化的氨基树脂和解封温度为80-120℃的水性封闭型异氰酸酯固化剂作为交联剂，所述甲醚化的氨基树脂可与水性羟基丙烯酸乳液中的羟基和羧基在高温下发生交联反应，提升涂层的交联密度进而提升化学品抗性；同时，水性封闭型异氰酸酯可与水性羟基丙烯酸乳液中的羟基反应形成氨基甲酸酯结构，在提升交联密度的同时，可提高涂层的柔韧性和耐磨性。
本发明使用的水性羟基丙烯酸乳液的固含量为40-50％；在一些优选的实施方式中，可以采用万华化学的水性羟基丙烯酸乳液
Figure BDA0002306586700000031
4702或选自巴斯夫化学(BASF)的Luhydran938T。
本发明中使用的催化剂为水性烤漆用酸催化剂，降低了反应的活化能，促进了树脂在高温下短时间内发生交联反应。在一些具体的实施方式中，可选用如下催化剂韩国一心的AD3307，AD3303W或湾厦新材料科技的WX-X818。
在本发明一些具体的实施方式中，所述甲醚化的氨基树脂选自湛新Cymel 325、Cymel 327或英力士的Resimene 717中的一种或多种；所述水性封闭型异氰酸酯选自武汉仕全兴的F-70D、F-38或东莞江兴的JX-615中的一种或多种。
在本发明中，按照各组分的质量份计，所述水性涂料组合物还包括如下组分：
Figure BDA0002306586700000032
上述本发明提到的润湿剂、流平剂、消泡剂均为有机硅类水性助剂，所述润湿剂优选自Tego KL 245、Tego 270或BYK-346中的一种或多种；所述流平剂优选自Tego 410和/或Tego 4100，所述消泡剂优选自Tego Foamex 1488、BYK-024或BYK-028中的一种或多种。
本发明提到的中和剂选自N,N-二甲基乙醇胺、AMP-95或三乙醇胺，所述中和剂优选自N,N-二甲基乙醇胺，所述成膜助剂选自乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚或二丙二醇丁醚中的一种或多种。
在本发明中，所述的水性涂料组合物采用包括如下步骤的方法制备：
在20-25℃下，将水性羟基丙烯酸乳液，甲醚化的氨基树脂，水性封闭型异氰酸酯，中和剂和成膜助剂混合并以第一搅拌速度搅拌；继续加入催化剂，润湿剂，流平剂和消泡剂后以第二搅拌速度继续搅拌；并在第三搅拌速度下，继续加入水，以调节所述水性涂料组合物的固含量。
在一些具体的实施方式中，所述第一搅拌速度为500-800r/min，以第一搅拌速度搅拌5-10min；所述第二搅拌速度为1200-1500r/min，以第二搅拌速度搅拌30-40min；所述第三搅拌速度为800-1000r/min，以第二搅拌速度搅拌10-15min；调节所述水性涂料组合物的固含量为40-50％。
本发明第二方面提供了一种水性涂料组合物的应用，上述的水性涂料组合物在木纹纸表面上的应用；
在一些优选实施方式中，所述的水性涂料组合物在制备要求具有耐水和化学品抗性的木纹纸表面上的应用；
例如，所述耐水的温度是23-25℃，时间是20-25h；所述化学品抗性是在耐乙醇、耐酸和耐碱；比如，耐10％乙酸，耐10％Na2CO3。
在本发明中提到的溶液浓度均使用了“％”，其具体是指溶质的质量百分含量；比如，30％乙酸是指质量百分比为30的乙酸溶液。
在一些具体的实施方式中，上述具有耐水和化学品抗性的木纹纸采用包括如下步骤的方法制备：在如下条件下完成将所述水性涂料组合物涂布在所述木纹纸的表面上，涂布的间距为20-40μm，在160-190℃下完成涂布的过程，所述涂布完成之后，在该温度下烘烤60-100s后就能够在木纹纸的表面上交联形成涂层。
在本发明中，所述涂布的间距是指涂布试验机刮刀与基材上表面之间的距离。在一些具体的实施方式中，使用刮刀式涂布器，比如，中仪ZY-TB-X1真空吸附刮刀式涂布试验机进行上述涂布操作。
采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
本发明提供的水性涂料组合物，以甲醚化的氨基树脂和解封温度为80-120℃的水性封闭型异氰酸酯作为交联剂，同时配以水性羟基丙烯酸乳液，提高了涂层的交联密度，进而提升了涂层的化学品抗性和耐磨性。
本发明提供的水性涂料组合物的应用，即通过将水性涂料组合物用于制备要求具有耐水和化学品抗性的木纹纸表面上的应用。优选方案中，通过控制涂布过程中的间距、温度和时间，提升了涂层的耐磨性能，也提高了施工效率。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
实施例中所用的原料除另有说明外，均为涂料用市售工业品，原料用量均为质量份。
以下实施例中所用的部分物料具体选择如下市售工业品：
(1)水性羟基丙烯酸乳液：
万华化学的
Figure BDA0002306586700000051
4702：玻璃化温度为60℃，羟基含量为3.0％，固含量为45％；
巴斯夫Luhydran938T：玻璃化温度为60℃，羟基含量为3.0％，固含量为45％；
万华化学的
Figure BDA0002306586700000052
2033：玻璃化温度为30℃，羟基含量为3.3％，固含量为46％；
万华化学的
Figure BDA0002306586700000053
0620：玻璃化温度为50℃，羟基含量为0％，固含量为45％；
(2)水性封闭型异氰酸酯
武汉仕全兴的F-70D、F-38，解封温度均为120℃；
东莞江兴的JX-615，解封温度均为105℃；
科思创的BL 3175SN，解封温度均为140℃；
(3)木纹纸：大连好友的环保木纹纸6010-6199。
Figure BDA0002306586700000061
刮刀式涂布器：中仪ZY-TB-X1真空吸附刮刀式涂布试验机；烘道采用奇联电力的温控烘道，温控烘道的长度为12m。
实施例1
将70g
Figure BDA0002306586700000062
4702，0.2g DMEA，13g Cymel 325，5g F-70D，8g乙二醇丁醚加入调漆罐中，在分散机转速为500r/min下搅拌搅拌5min；再将0.6g AD3307，0.3g Tego KL245、0.3g Tego 410和0.3g Tego Foamex1488依次加入，将分散机的转速调整至1200r/min，搅拌30min；将分散机转速降低至800r/min，加入2.3g水搅拌10min即可出料，得到水性涂料组合物1，其固含量为45.4％。
按如下施工条件将水性涂料组合物1涂布至木纹纸表面，涂布的间距为20μm，温度为160℃，涂布完成后烘烤70s，即为涂层1。
实施例2
将80g
Figure BDA0002306586700000063
4702，0.3g DMEA、5g Cymel 327、2g F-38D、5g丙二醇丁醚加入调漆罐中，在分散机转速为800r/min下搅拌5min；再将0.3g的AD3303W、0.3g Tego 270、0.5gTego 4100和0.3g BYK-024依次加入，将分散机转速调整至1500r/min，搅拌40min；将分散机转速降低至800r/min，加入1.3g水搅拌10min即可出料，得到水性涂料组合物2，其固含量为40.76％。
按如下施工条件将水性涂料组合物2涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤100s，即为涂层2。
实施例3
将75g
Figure BDA0002306586700000071
4702，0.3g DMEA、10g Resimene 717、3g JX-615、5g二丙二醇丁醚加入调漆罐中，在分散机转速为600r/min下搅拌5min；再将1.0g的AD3303W、0.5g BKY-346、0.3g BYK-333和1.0g BYK-028依次加入，将分散机转速调整至1300r/min，搅拌35min；将分散机转速降低至1000r/min，加入3.9g水搅拌15min即可出料，得到水性涂料组合物3，其固含量为42.8％。
按如下施工条件将水性涂料组合物3涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为180℃，涂布完成后烘烤60s，即为涂层3。
实施例4
将71g
Figure BDA0002306586700000072
4702，1.0g DMEA、8g Cymel 327、6g F-38D、10g丙二醇丁醚加入调漆罐中，在分散机转速为700r/min下搅拌10min；再将0.7g的AD3303W、1.0g Tego KL245、0.3g Tego 410和0.5g BYK-024依次加入，将分散机转速调整至1400r/min，搅拌40min；将分散机转速降低至1000r/min，加入1.5g水搅拌5min即可出料，得到水性涂料组合物4，其固含量为40.63％。
按如下施工条件将水性涂料组合物4涂布至木纹纸表面，涂布的间距为30μm，温度为170℃，涂布完成后烘烤80s，即为涂层4。
实施例5
将70g BASF_Luhydran938T，0.6g DMEA、10g Resimene 717、5g JX-615、8g丙二醇丁醚加入调漆罐中，在分散机转速为600r/min下搅拌8min；再将0.8g的WX-X818、0.5g Tego270、0.4g Tego 4100和0.2g Tego Foamex 1488依次加入，将分散机转速调整至1300r/min，搅拌35min；将分散机转速降低至900r/min，加入4.5g水搅拌10min即可出料，得到水性涂料组合物5，其固含量为41.2％。
按如下施工条件将水性涂料组合物5涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为180℃，涂布完成后烘烤60s，即为涂层5。
实施例6
将80g BASF_Luhydran938T，0.3g DMEA、9g Cymel 325、2g F-38D、5g丙二醇丁醚加入调漆罐中，在分散机转速为800r/min下搅拌5min；再将0.3g的AD3303W、0.3g Tego KL245、0.5g Tego 410和0.3g Tego Foamex 1488依次加入，将分散机转速调整至1500r/min，搅拌40min；将分散机转速降低至800r/min，加入2.3g水搅拌10min即可出料，得到水性涂料组合物6，其固含量为44％。
按如下施工条件将水性涂料组合物6涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤90s，即为涂层6。
对比例1
此对比例与实施例6的区别在于：加入的水性羟基丙烯酸乳液为80g
Figure BDA0002306586700000081
0620，得到水性涂料组合物7，其固含量为44％。
按如下施工条件将水性涂料组合物7涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤90s，即为涂层7。
对比例2
此对比例与实施例6的区别在于：加入的水性羟基丙烯酸乳液为80g
Figure BDA0002306586700000082
2033，得到水性涂料组合物8，其固含量为44.8％。
按如下施工条件将水性涂料组合物8涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤90s，即为涂层8。
对比例3
此对比例制备得到的水性涂料组合物与实施例6采用相同的原料配比和方法，记为水性涂料组合物9，其固含量为44％。
按如下施工条件将水性涂料组合物9涂布至木纹纸表面，涂布的间距为70μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤90s，即为涂层9。
对比例4
此对比例制备得到的水性涂料组合物与实施例6采用相同的原料配比和方法，得到水性涂料组合物10，其固含量为44％。
按如下施工条件将水性涂料组合物10涂布至木纹纸表面，涂布的间距为15μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤90s，即为涂层10。
对比例5
此对比例与实施例6的区别在于：制备涂料组合物的过程中不添加催化剂，得到水性涂料组合物11，其固含量为44％。
按如下施工条件将水性涂料组合物11涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤90s，即为涂层11。
对比例6
此对比例与实施例6的区别在于：加入的水性封闭型异氰酸酯为2g BL 3175SN，得到水性涂料组合物12，其固含量为44.7％。
按如下施工条件将水性涂料组合物12涂布至木纹纸表面，涂布的间距为40μm，温度为190℃，涂布完成后烘烤90s，即为涂层12。
对实施例1-6、对比例1-6的涂料组合物及将其涂布于木纹纸表面上形成的涂层进行性能评价和检测。评价要求如下表1所示。
表1涂料组合物以及涂层性能评价要求
Figure BDA0002306586700000091
Figure BDA0002306586700000101
对实施例1-6、对比例1-6所制备的水性涂料组合物在木纹纸上的基本性能进行测试，所得测试结果分别如下表2、3所示。
表2
Figure BDA0002306586700000102
Figure BDA0002306586700000111
表3
Figure BDA0002306586700000112
由上述数据对比可知，对比例1采用不含羟基水性羟基丙烯酸乳液，由于水性羟基丙烯酸乳液内部只含有少量的羧酸反应基团，漆膜交联密度低，其硬度、耐磨性和化学品抗性均无法达到要求；对比例2采用低玻璃化温度的羟基丙烯酸乳液其硬度和化学品抗性无法满足要求；对比例3厚度较厚，一方面影响干燥速度导致漆膜偏软，另一方面漆膜内交联固化不充分，影响化学品抗性；对比例4膜厚较低，影响涂层最终的化学品抗性；对比例5配方体系不含催化剂，体系交联反应不充分，涂层硬度、耐磨性和化学品抗性均无法满足要求；对比例6采用低反应活性的水性封闭型异氰酸酯交联剂，涂层最终性能也无法满足要求。
综上可知，本申请提供的水性涂料组合物，其硬度、耐磨性、耐水和化学品抗性(耐50％乙醇、10％乙酸、耐10％碳酸钠、耐丁酮擦拭1kg力作为指标)能够完全满足涂层性能评价要求；同时，本发明制备得到的水性涂料组合物在耐水和化学品抗性的木纹纸表面的应用上也有显著提高。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以本发明的优选实施方式进行描述，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种水性涂料组合物，其特征在于，按各组分的质量份计，所述水性涂料组合物包含如下组分：
Figure FDA0002306586690000011
其中，所述水性羟基丙烯酸乳液具有以下特性：羟基质量含量大于2.0％，优选为2.5-3.5％，玻璃化温度为50-80℃；所述水性封闭型异氰酸酯的解封温度为80-120℃。
2.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其特征在于，按各组分的质量份计，所述水性涂料组合物包含如下组分：
Figure FDA0002306586690000012
3.根据权利要求1或2所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸乳液的固含量为40-50％，所述催化剂为水性烤漆用酸催化剂；
优选地，所述水性羟基丙烯酸乳液优选自万华化学的
Figure FDA0002306586690000013
4702或巴斯夫化学的Luhydran938T。
4.根据权利要求3所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述甲醚化的氨基树脂选自湛新Cymel 325、Cymel 327或英力士的Resimene 717中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述水性封闭型异氰酸酯选自武汉仕全兴的F-70D、F-38或东莞江兴的JX-615中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的水性涂料组合物，其特征在于，按各组分的质量份计，所述水性涂料组合物还包括如下组分：
Figure FDA0002306586690000021
7.根据权利要求6所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述润湿剂、流平剂、消泡剂均为有机硅类水性助剂，所述润湿剂优选自Tego KL245、Tego 270或BYK-346中的一种或多种；所述流平剂优选自Tego 410和/或Tego 4100，所述消泡剂优选自Tego Foamex 1488、BYK-024或BYK-028中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述中和剂选自N,N-二甲基乙醇胺、AMP-95或三乙醇胺，所述中和剂优选自N,N-二甲基乙醇胺。
9.根据权利要求8所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述成膜助剂选自乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚或二丙二醇丁醚中的一种或多种。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述的水性涂料组合物采用包括如下步骤的方法制备：
在20-25℃下，将水性羟基丙烯酸乳液，甲醚化的氨基树脂，水性封闭型异氰酸酯，中和剂和成膜助剂混合并以第一搅拌速度搅拌；继续加入催化剂，润湿剂，流平剂和消泡剂后以第二搅拌速度继续搅拌；并在第三搅拌速度下，继续加入水，以调节所述水性涂料组合物的固含量。
11.根据权利要求10所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述第一搅拌速度为500-800r/min，以第一搅拌速度搅拌5-10min；
所述第二搅拌速度为1200-1500r/min，以第二搅拌速度搅拌30-40min；
所述第三搅拌速度为800-1000r/min，以第二搅拌速度搅拌10-15min；
调节所述水性涂料组合物的固含量为40-50％。
12.一种水性涂料组合物的应用，其特征在于，权利要求1-11中任一项所述的水性涂料组合物在木纹纸表面上的应用；
优选地，所述的水性涂料组合物在制备要求具有耐水和化学品抗性的木纹纸表面上的应用；
例如，所述耐水的温度是23-25℃，时间是20-25h；所述化学品抗性是在耐乙醇、耐酸和耐碱；比如，耐10％乙酸，耐10％Na2CO3。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于：所述具有耐水和化学品抗性的木纹纸采用包括如下步骤的方法制备：
将所述水性涂料组合物在如下条件下涂布于所述木纹纸的表面上，所述涂布的间距为20-40μm，所述涂布的温度为160-190℃，所述涂布完成后烘烤时间为60-100s。
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