CN111138960A - 一种水性高物性皮革漆及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性高物性皮革漆，其特征在于，该皮革漆包括以下重量份组分，A组分1‑10份，B组分1‑10份，其中A组分包括水性聚碳酸酯28‑32ωt％、去离子水28‑32ωt％、高效消泡剂0.2‑0.5ωt％、高效流平剂0.5‑1ωt％，消光粉3‑4ωt％、慢干剂3‑5ωt％、去离子水25‑35ωt％、增稠剂1‑2ωt％，B组分包括水性固化剂70‑80ωt％、溶剂20‑30ωt％，经过A组分和B组分搅拌混合得到。与现有技术相比，本发明具有附着力耐磨性能好、耐水解性能优异、能快速大批量的生产、环保且易于操作等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车内饰件及3C涂料技术领域，具体涉及一种水性高物性皮革漆及其制备方法和应用。
背景技术
目前，随着汽车及各类电子通讯娱乐产品的普及，相关的生产商越来越多，竞争愈加激烈。在众多产品中，如何使自己的产品吸引消费者并保持持续的关注力和信任力，是所有产商一直在思考的问题。
随着我国对环保力度的逐渐加强，水性必将成为与环保挂钩的代名词，在如今品种繁多，自主选择性很高的消费时代，用各种花哨的噱头，劲爆的卖点充斥于市售的产品往往能在短时间内吸引消费者，但不能长久。持续提升产品自身品质，尤其是与客户体验性相关的性能品质是吸引和保持客户的最长效的经营策略。
汽车及3C电子产品，消费者接触最多的是汽车内饰和3C外壳涂膜，消费者的体验感受也很直观。这些部位涂覆的涂料直接影响到客户对产品的耐用性和可靠性的判断和认知。因消费者使用时环境要求，产品的此类部位的涂膜一般设计要求为薄涂附着力及物性优异的涂膜。其中有一类涂膜因其特殊的软触手感大受消费者喜爱。
现行市售的产品为油性涂膜，不符合我国现有环保要求，严重影响生产厂商的环保改造及客户的体验感受和对产品的整体品质印象。市场上也出现了一些水性皮革漆产品，但大多是水性软PUD的涂膜，会使耐磨性能、耐水解性能等物性下降，无法替代同类油性产品，降低了产品的竞争力；这是因为现有技术错误地把原因归结到PUD涂料配方上，例如专利CN 110305575A中公开了一种双组份水性聚氨酯机车涂料，包括去离子水，分散剂，消泡剂，钛白粉，羟基丙烯酸酯水分散体，润湿流平剂，闪蚀抑制剂，流变助剂，水性异氰酸酯固化剂；将去离子水，分散剂，消泡剂，钛白粉，羟基丙烯酸酯水分散体加到灌中，先用篮式砂磨机研磨分散，然后将润湿流平剂，闪蚀抑制剂，流变助剂，水性异氰酸酯固化剂调成A组分，用分散机分散均匀，与水性异氰酸酯固化剂配套使用，配比为6/1，通过水调整粘度，达到喷涂的施工条件。
上述专利只考虑了PUD原料的性能，忽略了涂膜可以通过提高交联来增强耐磨性等物性，但这一目标是无法通过PUD原料达到的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种附着力耐磨性能好、耐水解性能优异、能快速大批量的生产、环保且易于操作的水性高物性皮革漆及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水性高物性皮革漆，该皮革漆包括以下重量份组分，A组分1-10份，B组分1-10份，其中A组分包括水性聚碳酸酯28-32ωt％、第一去离子水28-32ωt％、高效消泡剂0.2-0.5ωt％、高效流平剂0.5-1ωt％，消光粉3-4ωt％、慢干剂3-5ωt％、第二去离子水25-35ωt％、增稠剂0.9-2ωt％，B组分包括水性固化剂70-80ωt％、溶剂20-30ωt％。A组分：B组分质量比优选2:1。
进一步地，所述水性聚碳酸酯的分散平均粒径为100-150nm，羟值为100-120mgKOH/g，粘度为6200mPa·s，包括日本旭化成的PCDX-103水性聚碳酸酯。
PCDX-103是一款改性的聚碳酸酯多元醇，其结构规整，分子量分布小，可以制得各类高性能低粘度的树脂，本身不含有酯键，仅含聚碳酸酯键，其机械性能，耐水分解性，耐热性，耐药品性以及耐候性非常优越。
进一步地，所述的水性固化剂为基于六亚甲基二异氰酯(HDI)的亲水性脂肪族聚异氰酸酯，其-NCO含量为20-25ωt％，黏度为2500-3500mPa·s，异氰酸酯单体含量≤0.3ωt％，包括德国Bayhydur的XP2655固化剂。
Bayhydur XP2655是一种适用于水性体系的交联剂，原本作为水性双组分聚氨酯涂料体系的固化剂组分；此类水性体系需具有混溶稳定性和耐化学品性好的特点。
进一步地，所述消光粉的附聚体粒团大小为1-3μm，吸油量为200-250g/100ml，SiO2含量>98％ωt％，包括德国德固赛TS-100消光粉。
TS100采用气相法生产，高消光、高透明，特别适于所有难消光涂料系统、水性乳胶漆及水性木器漆。德固赛消光粉TS100具体功能和用途有：易分散、消光性好、透明度好、耐化学品性优、具导电性等；主要用于水性涂料、双组份聚氨酯涂料、木器漆、透明漆、烘烤型涂料、印刷油墨等。
进一步地，所述的高效消泡剂为聚醚硅氧烷共聚合物乳液，含气相二氧化硅，固含量为20-30ωt％，包括德国TEGO的Foamex 822高效消泡剂；
Foamex 822由于具有优异的相容性且易于混合，所以在水性涂料体系中性能显著，Foamex 822长效性佳，因此，适用于低温储存的涂料。在许多配方中，为了达到良好的消泡效果必须同时添加几种消泡剂，而Foamex 822则是理想的搭配产品，并且当Foamex 822与其它消泡剂或脱泡剂搭配使用时表现出优异的性能。
所述的高效流平剂固含量>99.8ωt％，粘度为500-1000cp，包括德国毕克化学的BYK-333。
水性流平剂BYK-333广泛应用于各类涂料体系，具有优异的底材润滑和流平性能，具有良好的水溶性和油溶性，还能防止缩孔、橘皮等缺陷的产生；水性流平剂BYK-333在水性涂料中还能改善其粘结性。
进一步地，所述的慢干剂包括二丙二醇丁醚DPNB或二丙二醇甲醚DPM；水性漆因含水为慢干型，加慢干剂是等水挥发后再参与到水性树脂的成膜中。对漆膜的成型和性能都大有帮助；
所述的溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯PMA；
所述增稠剂为聚醚聚氨酯缔合型增稠剂，其不挥发份为20-30ωt％，黏度为3000-5000mPa·s，包括美国海名斯公司的RHEOLATE 299增稠剂。
RHEOLATE 299为25％活性份的聚醚聚氨酯缔合型增稠剂，用于水性工业涂料、建筑涂料、色漆、清漆、亮光与高光泽等涂料体系。RHEOLATE 299在中低剪切速率范围提供高效的增稠性，且具有强烈的剪切稀化特性，非常适合用于乳液、分散体、水稀释型涂料及高光泽色漆等体系。
一种如上所述的水性高物性皮革漆的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量百分比，先将水性聚碳酸酯、第一去离子水混合，进行搅拌、分散，得到分散液；
(2)按重量百分比，在搅拌状态下依次将高效消泡剂、高效润湿剂、消光粉、慢干剂和第二去离子水加入至分散液中，继续搅拌，静置一段时间加入增稠剂调整粘度，再次搅拌，得到A组分；
(3)按重量百分比，在搅拌状态下依次将水性固化剂、溶剂加入，继续搅拌，得到B组分；
(4)按重量份，将A组分与B组分混合，得到水性高物性皮革漆。
进一步地，步骤(1)中所述搅拌的转速为800-1200rpm，分散的时间为20-40min。
进一步地，步骤(2)中所述搅拌状态的转速为300-600rpm，继续搅拌的转速为1000-1200rpm，时间为15-20min，再次搅拌的转速为500-700rpm，时间为10-15min。
进一步地，步骤(3)中所述搅拌状态的转速为300-400rpm的，继续搅拌的转速为800-1000rpm，时间为10-15min。
将该在皮革漆进行涂膜后，在50-100℃下烘烤1-5h。优选80℃下烘烤4h。
本发明水性皮革漆中，采用物性及强的聚碳酸酯分散体，搭配水性固化剂，以A组分：B组分＝2:1，使用前混合，使得涂膜具有表面手感，柔韧性，底材上附着力佳，耐水解性和耐磨性极佳的性能。
本发明水性皮革漆中，添加的各种粉料，像DEGUSSA TS-100等在涂料施工成膜后，均匀的分布在涂膜中，具有消光均匀的功能。
本发明水性皮革漆中，添加的各类助剂，像改性有机硅类流平剂、改性有机硅类消泡剂、非离子型聚氨酯增稠剂等具有优异的兼容性，针对A组分分散段具有优异的表面作用效果，例如：消泡能力、消光粉分散性、底材润湿以及防沉稳定性等既稳定而且优异；
本发明水性皮革漆中，选用的溶剂以去离子水为主要部分，适当添加一点DPNB或者DPM，是为了更好增加施工性能，提高雾化流平性。
综上所述，本发明水性皮革漆中，独有的综合所选的柔韧性和附着力好的聚碳酸酯分散体，搭配水性固化剂，使其在烘烤后具备良好的涂膜物理性能，针对各类塑胶附着力，柔韧性，耐水解性和耐磨性等方面性能优异。尤其所用的聚碳酸酯分散体是可以双组分固化并保持涂膜高性能的关键，可以得到高交联的涂膜，得到高性能的同时仍能保持涂膜的柔韧性。
本发明水性皮革漆中，涂膜具备和同类油性的特性，即涂膜不发生明显的物态变化。其制备的涂膜，完全固化后具有高物性及附着力保持的特点，而高物性的关键就是涂膜的可交联性大幅提高了分子量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)由于水性聚碳酸酯的羟值为100-120mgKOH/g，仅含聚碳酸酯键，又由于水性固化剂为基于六亚甲基二异氰酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯，其-NCO含量为20-25ωt％，固化后可以得到高交联度的涂膜，使得附着力耐磨性能好，可以保护汽车内饰和3C外壳，产品安全寿命延长，增强客户体验性；
(2)由于得到了高交联度的涂膜，使得耐水解性能优异，长期使用不会造成起泡，脱漆，反粘等异常，提高对产品耐受性能的正面评价；
(3)满足客户能快速大批量的生产和工件上涂膜高物性要求；
(4)本水性皮革漆的制备方法简单，环保且易于操作和批量化生产。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种水性高物性皮革漆及其制备方法，该皮革漆包括以下重量份组分，A组分5份，B组分1份，其中A组分包括PCDX-103水性聚碳酸酯30ωt％、第一去离子水30ωt％、TEGOFoamex 822高效消泡剂0.2ωt％、BYK-333高效流平剂1ωt％，DEGUSSA TS-100消光粉3.5ωt％、DOWANOL DPM慢干剂3ωt％、第二去离子水31.3ωt％、ELEMENTIS RHEOLATE 299增稠剂1ωt％，B组分包括BAYHYDUR XP 2655水性固化剂75ωt％、DOWANOL PMA溶剂25ωt％。
A组份制备：
按照重量百分含量进行备料；按剂量依次将PCDX-103、第一去离子水投入，上机1000r/min，分散30min；再在300-600rpm的搅拌机转速下依次将TEGO Foamex 822、BYK-333、DEGUSSA TS-100、DOWANOL DPNB和第二去离子水加入，之后在1000-1200rpm的转速下搅拌15-20min，静置一段时间后加入ELEMENTIS RHEOLATE 299调整粘度，在500-700rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到A组分。
B组份制备：
按照重量百分含量，在300-400rpm的搅拌机转速下依次将BAYHYDUR XP 2655水性固化剂、DOWANOL PMA溶剂加入至容器中，之后在800-1000rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到B组分。
将制备的A组分和B组分按配比A:B＝5:1混合，用少量去离子水开稀到喷涂粘度后用喷枪均匀涂装在塑胶素材上，之后置于80℃烤箱中烘烤4h。
该水性皮革漆的性能测试结果如下表所示：
实施例2
一种水性高物性皮革漆及其制备方法，该皮革漆包括以下重量份组分，A组分5份，B组分1份，其中A组分包括PCDX-103水性聚碳酸酯30.5ωt％、第一去离子水30.5ωt％、TEGO Foamex 822高效消泡剂0.2ωt％、BYK-333高效流平剂1ωt％，DEGUSSA TS-100消光粉3.4ωt％、DOWANOL DPM慢干剂3ωt％、第二去离子水30.5ωt％、ELEMENTIS RHEOLATE299增稠剂0.9ωt％，B组分包括BAYHYDUR XP 2655水性固化剂75ωt％、DOWANOL PMA溶剂25ωt％。
A组份制备：
按照重量百分含量进行备料；按剂量依次将PCDX-103、第一去离子水投入，上机1000r/min，分散30min；再在300-600rpm的搅拌机转速下依次将TEGO Foamex 822、BYK-333、DEGUSSA TS-100、DOWANOL DPNB和第二去离子水加入，之后在1000-1200rpm的转速下搅拌15-20min，静置一段时间后加入ELEMENTIS RHEOLATE 299调整粘度，在500-700rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到A组分。
B组份制备：
按照重量百分含量，在300-400rpm的搅拌机转速下依次将BAYHYDUR XP 2655水性固化剂、DOWANOL PMA溶剂加入至容器中，之后在800-1000rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到B组分。
将制备的A组分和B组分按配比A:B＝5:1混合，用少量去离子水开稀到喷涂粘度后用喷枪均匀涂装在塑胶素材上，之后置于80℃烤箱中烘烤4h。
该水性皮革漆的性能测试结果如下表所示：
实施例3
一种水性高物性皮革漆及其制备方法，该皮革漆包括以下重量份组分，A组分1份，B组分10份，其中A组分包括PCDX-103水性聚碳酸酯28ωt％、第一去离子水28ωt％、TEGOFoamex 822高效消泡剂0.5ωt％、BYK-333高效流平剂0.5ωt％，DEGUSSA TS-100消光粉3ωt％、DOWANOL DPM慢干剂3ωt％、第二去离子水35ωt％、ELEMENTIS RHEOLATE 299增稠剂2ωt％，B组分包括BAYHYDUR XP 2655水性固化剂80ωt％、DOWANOL PMA溶剂20ωt％。
A组份制备：
按照重量百分含量进行备料；按剂量依次将PCDX-103、第一去离子水投入，上机8000r/min，分散20min；再在300-600rpm的搅拌机转速下依次将TEGO Foamex 822、BYK-333、DEGUSSA TS-100、DOWANOL DPNB和第二去离子水加入，之后在1000-1200rpm的转速下搅拌15-20min，静置一段时间后加入ELEMENTIS RHEOLATE 299调整粘度，在500-700rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到A组分。
B组份制备：
按照重量百分含量，在300-400rpm的搅拌机转速下依次将BAYHYDUR XP 2655水性固化剂、DOWANOL PMA溶剂加入至容器中，之后在800-1000rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到B组分。
将制备的A组分和B组分按配比A:B＝1:10混合，用少量去离子水开稀到喷涂粘度后用喷枪均匀涂装在塑胶素材上，之后置于50℃烤箱中烘烤5h。
该水性皮革漆的性能测试结果如下表所示：
实施例4
一种水性高物性皮革漆及其制备方法，该皮革漆包括以下重量份组分，A组分10份，B组分1份，其中A组分包括PCDX-103水性聚碳酸酯32ωt％、第一去离子水32ωt％、TEGOFoamex 822高效消泡剂0.5ωt％、BYK-333高效流平剂0.5ωt％，DEGUSSA TS-100消光粉4ωt％、DOWANOL DPM慢干剂3ωt％、第二去离子水26ωt％、ELEMENTIS RHEOLATE 299增稠剂2ωt％，B组分包括BAYHYDUR XP 2655水性固化剂70ωt％、DOWANOL PMA溶剂30ωt％。
A组份制备：
按照重量百分含量进行备料；按剂量依次将PCDX-103、第一去离子水投入，上机1200r/min，分散40min；再在300-600rpm的搅拌机转速下依次将TEGO Foamex 822、BYK-333、DEGUSSA TS-100、DOWANOL DPNB和第二去离子水加入，之后在1000-1200rpm的转速下搅拌15-20min，静置一段时间后加入ELEMENTIS RHEOLATE 299调整粘度，在500-700rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到A组分。
B组份制备：
按照重量百分含量，在300-400rpm的搅拌机转速下依次将BAYHYDUR XP 2655水性固化剂、DOWANOL PMA溶剂加入至容器中，之后在800-1000rpm的转速下搅拌10-15min便可以得到B组分。
将制备的A组分和B组分按配比A:B＝10:1混合，用少量去离子水开稀到喷涂粘度后用喷枪均匀涂装在塑胶素材上，之后置于100℃烤箱中烘烤1h。
该水性皮革漆的性能测试结果如下表所示：
综上所述，本发明水性皮革漆中，综合所选的柔韧性和附着力好的聚碳酸酯分散体，搭配水性固化剂，使其在烘烤后具备良好的涂膜物理性能，针对各类塑胶附着力，柔韧性，耐水解性和耐磨性等方面性能优异。尤其所用的聚碳酸酯分散体是可以双组分固化并保持涂膜高性能的关键，可以得到高交联的涂膜，得到高性能的同时仍能保持涂膜的柔韧性。而客户对涂膜的关键要求就是能快速大批量的生产和工件上的涂膜保持软触手感和高物性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水性高物性皮革漆，其特征在于，该皮革漆包括以下重量份组分，A组分1-10份，B组分1-10份，其中A组分包括水性聚碳酸酯28-32ωt％、第一去离子水28-32ωt％、高效消泡剂0.2-0.5ωt％、高效流平剂0.5-1ωt％，消光粉3-4ωt％、慢干剂3-5ωt％、第二去离子水25-35ωt％、增稠剂0.9-2ωt％，B组分包括水性固化剂70-80ωt％、溶剂20-30ωt％。
2.根据权利要求1所述的水性高物性皮革漆，其特征在于，所述水性聚碳酸酯的分散平均粒径为100-150nm，羟值为100-120mgKOH/g，粘度为6200mPa·s。
3.根据权利要求1所述的水性高物性皮革漆，其特征在于，所述的水性固化剂为基于六亚甲基二异氰酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯，其-NCO含量为20-25ωt％，黏度为2500-3500mPa·s，异氰酸酯单体含量≤0.3ωt％。
4.根据权利要求1所述的水性高物性皮革漆，其特征在于，所述消光粉的附聚体粒团大小为1-3μm，吸油量为200-250g/100ml，SiO2含量>98％ωt％。
5.根据权利要求1所述的水性高物性皮革漆，其特征在于，所述的高效消泡剂为聚醚硅氧烷共聚合物乳液，含气相二氧化硅，固含量为20-30ωt％；
所述的高效流平剂固含量>99.8ωt％，粘度为500-1000cp；
所述的慢干剂包括二丙二醇丁醚DPNB或二丙二醇甲醚DPM；
所述的溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯PMA；
所述增稠剂为聚醚聚氨酯缔合型增稠剂，其不挥发份为20-30ωt％，黏度为3000-5000mPa·s。
6.一种如权利要求1所述的水性高物性皮革漆的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按重量百分比，先将水性聚碳酸酯、第一去离子水混合，进行搅拌、分散，得到分散液；
(2)按重量百分比，在搅拌状态下依次将高效消泡剂、高效润湿剂、消光粉、慢干剂和第二去离子水加入至分散液中，继续搅拌，静置一段时间加入增稠剂调整粘度，再次搅拌，得到A组分；
(3)按重量百分比，在搅拌状态下依次将水性固化剂、溶剂加入，继续搅拌，得到B组分；
(4)按重量份，将A组分与B组分混合，得到水性高物性皮革漆。
7.根据权利要求6所述的水性高物性皮革漆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌的转速为800-1200rpm，分散的时间为20-40min。
8.根据权利要求6所述的水性高物性皮革漆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述搅拌状态的转速为300-600rpm，继续搅拌的转速为1000-1200rpm，时间为15-20min，再次搅拌的转速为500-700rpm，时间为10-15min。
9.根据权利要求6所述的水性高物性皮革漆的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述搅拌状态的转速为300-400rpm的，继续搅拌的转速为800-1000rpm，时间为10-15min。
10.一种如权利要求1所述的水性高物性皮革漆的应用，其特征在于，将该在皮革漆进行涂膜后，在50-100℃下烘烤1-5h。
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