CN111217538B - 自发泡可剥离保护涂层及其制备与应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能对玻璃提供临时或长期保护的自发泡可剥离保护涂层，包括可剥离层和厚度至少为3mm的可膨胀自发泡层两层。该可剥离层是由聚合乳液以及成膜助剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂等添加剂在玻璃基材上喷涂、涂刷或滚压而成的涂料混合物。可膨胀的自发泡层由包含多元醇组分和异氰酸酯组分的自发泡材料形成，可通过喷涂、涂刷或滚刷等方式应用于玻璃基板上，在可剥离层上形成可膨胀的泡沫结构。具有良好的抗紫外线、耐水、阻燃性能的自发泡可剥离涂层，适用于玻璃在室外暴露时间长达18个月的情况下进行防护，并可作为整体轻易地从玻璃表面去除。本发明还包括可剥离层和自发泡层材料的制备方法以及将这些层应用于玻璃表面的方法。

Description

自发泡可剥离保护涂层及其制备与应用方法
技术领域
本发明涉及保护涂层材料技术领域，更具体地，涉及一种自发泡可剥离保护涂层。
背景技术
在建筑工地，玻璃很容易受到灰浆和灰泥的污染或被刮花，尤其是当物体掉下来时，承包商不得不花很多钱进行大修甚至更换。在过去，窗户玻璃在建造过程中的保护一直是一个大问题，人们做了很多努力来提供玻璃的临时保护。
一些专利公开了关于玻璃防护涂层的发明。美国专利公开号US 6,579,353 B1公开了一种透明涂层，用于保护木材、砖、玻璃、钢铁和其他材料免受涂鸦、油漆、油墨、霉菌、铁锈以及含有盐分的空气的侵蚀。该透明涂层由水、固体石蜡、腐蚀抑制剂、有机胺和乳化剂组成。美国专利公开号US 2009/0258187 Al公开了一种用于在运输过程中保护玻璃的水性丙烯酸防护涂层。
一些专利公开了玻璃的多层保护涂层。美国专利公开号US 7,410,686 B2披露了一种至少5层或5层以上的玻璃保护膜，该保护膜具有透明性、抗撕裂性和抗冲击性，适用于保护玻璃，防止玻璃碎片破损。美国专利公开号US 2005/0053768 Al公开了一种具有上保护膜和/ 或下保护膜的膜。
一些专利公开了关于玻璃泡沫保护涂层的发明。美国专利公开号US 6,289,642B1披露了一种保护建筑窗结构玻璃的方法，包括在风暴到来之前在玻璃窗格上加一层聚合泡沫层，在风暴过去之后将玻璃窗格上的聚合泡沫层剥落。美国专利公开号US 6,303,665B1公开了一种用于相应基材(特别是皮革)的耐水喷射和可浇注泡沫保护层。美国专利公开号US 2003/0191207 A1号公开了一种可扩展的涂层组合物，该组合物可以通过简单的工艺制备出弹性、柔软、强度足以满足汽车仪表板使用的涂层膜。美国专利公开号US 2006/0079635 Al公开了一种具有软性能的水处理制剂，该制剂通过机械发泡可获得泡沫，以及基于泡沫的软手感涂料。
一些专利公开了关于防水保护涂层的发明。美国专利公开号US 2005/0027024 Al公开了一种具有膨胀泡沫结构的防水可剥保护涂层泡沫结构，适用于各种基材，包括汽车漆、金属、玻璃、塑料、混凝土和陶制品。美国专利公开号US 6,964,989 B1公开了一种防水可剥保护和透明或着色装饰作用的涂料组合物，形成用于各种基质上保护性和/或装饰性涂料，该涂料根据需要可配制成临时或长期防护。
一些专利公开了具有泡沫结构的防火保护涂层。美国专利公开号US 4,871,477 A揭示了含有分散无机阻燃材料的泡沫聚合物组合物具有优异的阻燃性能。
发明内容
有鉴于此，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种具有两层结构的自发泡可剥离保护涂层，可作为玻璃的临时或长期保护涂层。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种自发泡可剥离保护涂层，包括依次涂覆形成于玻璃上的可剥离层和自发泡层两层结构。
所述可剥离层可直接作用于玻璃基材上，包括如下重量份的各组分：水性聚合物乳液 100、成膜助剂0～10、润湿剂0～1.5、增稠剂0～3、消泡剂0.01～3。
优选地，所述水性聚合物乳液为聚氨酯乳液、丙烯酸乳液、橡胶乳液中的一种或多种组合。此外，优选水性聚合物乳液为固含量在30％～50％之间的水性聚合物乳液。所述成膜助剂为苯甲酸酯、异丁酸盐、乙二醇醚中的任一种，可以促使可剥离层形成均匀和光滑的表面，含量在0～10.0之间，以改善涂层形成过程中可剥离层的连贯性。所述润湿剂如聚醚改性的聚硅氧烷(polyether modified polysiloxane)、聚醚改性的聚二甲基硅氧烷(polyether modified polydimethylsiloxane)。所述增稠剂为纤维素大分子、水凝胶或有机硅化合物，可根据不同处理过程(喷涂或涂刷)添加不超过3wt％来调整乳液的粘度。所述消泡剂为硅氧烷消泡剂、有机硅氧烷消泡剂或液体分子消泡剂，含量为0.01～3wt％之间，以消除水性聚合物乳液制备过程中产生的气泡。
所述自发泡层可直接作用于可剥离层上，由多元醇组分和异氰酸酯组分反应形成厚度超过3mm的泡沫结构层。
所述多元醇组分包括如下重量份数的各组分：多元醇100、发泡催化剂0.01～5、交联剂 0.01～1、水2～6、阻燃剂30～200、扩链剂5～20、稳泡剂0.1～5。更优选为：多元醇100、发泡催化剂0.1～3、交联剂0.01～0.5、水2.5～4、阻燃剂30～150、扩链剂5～20、稳泡剂0.1～5。
其中，所述多元醇包括聚醚多元醇和接枝磷元素的阻燃多元醇。所述聚醚多元醇含有能够与异氰酸酯组分发生反应的活性羟基，其羟基值优选为20～120(mg KOH)/(g多元醇)，用于生成软质聚氨酯泡沫层；更优选为35～56(mg KOH)/(g多元醇)；所述阻燃多元醇为多元醇链上接枝有磷元素的阻燃多元醇，具有良好的阻燃性。这些多元醇化合物的工业产品包括DEP5631D、EP330N、290E等，可以单独使用，也可以两种或两种以上组合使用。
所述发泡催化剂用于加速反应，优选为胺基发泡催化剂或醚基发泡催化剂，如发泡催化剂A1(主要由70％双(二甲胺基乙基)醚的二丙二醇溶液组成)，BDMA(苄基二甲胺)和发泡催化剂PC5(五甲基二乙基三胺)。在多元醇混合物组分中。
所述交联剂用于促使多元醇类化合物与异氰酸酯类化合物发生交联反应，提高两者之间的固化反应速率。例如，辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡和二月桂酸二丁基锡、硬脂酸锌，这些交联剂中以有机锡化合物为首选。
所述阻燃剂为无卤液体阻燃剂、粉末阻燃剂中一种或多种，可提高自发泡涂料的阻燃性。所述液体阻燃剂可以是有机磷酸酯，如甲基膦酸二甲酯(DMMP)、乙基膦酸二乙酯(DEEP)；所述粉末阻燃剂可以是氢氧化铝、氢氧化镁、膨胀石墨、三聚氰胺、聚磷酸铵；这些阻燃剂可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
所述扩链剂用于改变涂层泡沫结构，可以是一些低分子量的二醇，如1,4丁二醇、丙二醇、二甘醇、新戊二醇，主要作为相邻异氰酸酯之间的间隔物，以降低自发泡层的硬度。
所述稳泡剂为有机硅化合物，例如聚醚改性的聚二甲基硅氧烷、聚醚改性的甲基烷基聚硅氧烷，优选聚醚改性的甲基烷基聚硅氧烷。其中，L-580、L-520、L-477(Momentive市售) 等能较好地防止泡沫层表面张力的降低。
所述异氰酸酯组分包括二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二甲苯二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯中的一种或几种组合。
所述可剥离层的涂料的制备方法为：按配比将水性聚合物乳液和成膜助剂、消泡剂和增稠剂混合，加入高速剪切搅拌机中，在转速为1000-2000转/分下搅拌30分钟以上。
所述多元醇组分的制备方法为：按配比依次将聚醚多元醇、阻燃多元醇、阻燃剂、水、扩链剂、稳泡剂、发泡催化剂、交联剂加入到装有高速分散盘的混合器中，在300～500rpm高速分散下，以50～100rpm的速度混合得到混合物。
本发明还提供了一种应用上述自发泡可剥离保护涂层的方法，包括如下步骤：
S1.直接在玻璃上涂覆形成可剥离层；
S2.在步骤S1形成的可剥离层上涂覆形成具有良好抗紫外线性能、耐水性、阻燃性的自发泡层。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果：
1、自发泡保护的厚度超过3毫米、保护玻璃免受外部照射伤害长达18个月。
2、容易完整地从玻璃上撕下来。
3、具有良好的阻燃性和环境友好性(自熄性和无卤性)。
4、外用耐水性好，可使用18个月。
附图说明
图1是两层结构(可剥层和自发泡层)的自发泡可剥离涂层的结构示意图。
图2是自发泡可剥离涂层从玻璃上整块撕下的示意图。
图3是可剥层的制备过程及其在玻璃上的应用示意图。
图4是自发泡层的制备过程及其在可剥层上的应用示意图。
图5是180度剥离测试的示意图。
图6a是本发明试样加速老化试验前的拉伸曲线图。
图6b是本发明试样加速老化试验后的拉伸曲线图。
图7a是产品A试样加速老化试验前的拉伸曲线图。
图7b是产品A试样加速老化试验后的拉伸曲线图。
图8a是产品B试样加速老化试验前的拉伸曲线图。
图8b是产品B试样加速老化试验后从玻璃上剥离的照片。
图9a是产品C试样加速老化试验前的拉伸曲线图。
图9b是产品C试样加速老化试验后的拉伸曲线图。
附图标记说明：玻璃101，可剥离层102，自发泡层103。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种自发泡可剥离保护涂层，包括依次涂覆形成于玻璃上的可剥离层和自发泡层两层结构。所述可剥离层可直接作用于玻璃基材上，包括如下重量份的各组分：水性聚合物乳液 100、成膜助剂0、润湿剂0、增稠剂0.25、消泡剂0.3。所述自发泡层可直接作用于可剥离层上，由多元醇组分和异氰酸酯组分反应形成厚度超过3mm的泡沫结构层；所述多元醇组分包括如下重量份数的各组分：聚醚多元醇50、阻燃多元醇50、发泡催化剂0.8、交联剂0.2、水 3、阻燃剂200、稳泡剂0.5；所述异氰酸酯组分的重量份数为65.8。
实施例2
一种自发泡可剥离保护涂层，包括依次涂覆形成于玻璃上的可剥离层和自发泡层两层结构。所述可剥离层可直接作用于玻璃基材上，包括如下重量份的各组分：水性聚合物乳液 100、成膜助剂0、润湿剂0、增稠剂1、消泡剂0.5。所述自发泡层可直接作用于可剥离层上，由多元醇组分和异氰酸酯组分反应形成厚度超过3mm的泡沫结构层；所述多元醇组分包括如下重量份数的各组分：聚醚多元醇40、阻燃多元醇50、发泡催化剂0.8、交联剂0.2、水3、阻燃剂120、扩链剂10、稳泡剂0.5；所述异氰酸酯组分的重量份数为73。
实施例3
一种自发泡可剥离保护涂层，包括依次涂覆形成于玻璃上的可剥离层和自发泡层两层结构。所述可剥离层可直接作用于玻璃基材上，包括如下重量份的各组分：水性聚合物乳液 100、成膜助剂8、润湿剂0.3、增稠剂0.8、消泡剂0.3。所述自发泡层可直接作用于可剥离层上，由多元醇组分和异氰酸酯组分反应形成厚度超过3mm的泡沫结构层；所述多元醇组分包括如下重量份数的各组分：聚醚多元醇50、阻燃多元醇50、发泡催化剂0.5、交联剂0.1、水 3、阻燃剂150、稳泡剂0.5；所述异氰酸酯组分的重量份数为63.33。
各组分的制备方法：
1、制备可剥离层
分别按上述各实施例的配方将水性聚合物乳液和涂料添加剂(包括成膜助剂、消泡剂和增稠剂)混合，加入高速剪切搅拌机中，转速为1000-2000转/分，搅拌30分钟以上。
2、制备自发泡层
(1)制备多元醇组分
分别按上述各实施例的配方依次将聚醚多元醇、阻燃多元醇、阻燃剂、水、扩链剂、稳泡剂、发泡催化剂、交联剂加入到装有高速分散盘的混合器中，在高速分散(300rpm)下，以 50rpm的速度混合得到混合物。
(2)准备异氰酸酯组分
分别按上述各实施例的配方备好MDI。
为了表明所得到的涂层组合物的性能，下面根据国际标准分别对上述实施例制备的自发泡可剥离保护涂层进行测试。
1、老化测试：根据ASTM G154-7(UVA340，黑板温度60℃下1.55W/m2/nm UV照射8h；无光、不控温条件下喷水0.25h；黑板温度50℃下凝露测试3.75h)标准将试样置于UV 老化试验箱中进行模拟气候加速老化试验7天后，对试样进行表征。
2、耐水性测试：根据ASTM D870标准对试样进行耐水性试验，准备尺寸为150mm(长)×150mm(宽)×3mm(厚)的试样，用熔融石蜡和松香(质量比1:1)混合物密封试样边缘，在室温下将样品的下四分之三部分浸泡在水中至少96小时。记录涂层在玻璃表面的附着力和外观变化，可以发现涂层在水中浸泡至少96小时后无粘附损失。
3、阻燃测试：根据BS476-7第7部分对试样进行表面火焰蔓延试验，准备尺寸为885mm (长)×267mm(宽)×4mm(厚)的试样，在距离75mm处的辐射强度为32.5kw/m2(表面)的辐射板，火焰高度为75-100mm的喷灯，并使火焰与辐射板对于试样的作用方向相同，将试样暴露于辐射热源板10min，记录1.5分钟和10分钟时试样的火焰蔓延等级。
表1自发泡可剥离保护涂层的测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3
老化测试后的剥离情况 能够完整剥离 能够完整剥离 能够完整剥离
涂层厚度 >3mm >3mm >3mm
泡沫质地 柔软 柔软 柔软
阻燃测试 2级 2级 2级
耐水性测试 达标 达标 达标
为了评估使用寿命，根据ASTM G154-7(UVA340，黑板温度60℃下1.55W/m2/nm UV照射8h；无光、不控温条件下喷水0.25h；黑板温度50℃下凝露测试3.75h)标准分别对本发明的自发泡可剥离保护涂层以及市面上的同类产品A、B、C进行加速老化试验10天。试验前后，根据国际标准(ASTM D 882)使用通用试验机(Model:E-104,MTS SystemsCorporation, USA)以500mm/min的拉伸速度对试样进行拉伸测试，根据国际标准(ASTM D3330)使用万能试验机以300mm/min的拉伸速度、50mm/min的剥离速度对形成于玻璃上的试样(最小长度为150毫米，宽度为25毫米)进行180度剥离测试(如图5所示)，测试结果记录在表 2中。
表2老化测试前后试样的拉伸测试与剥离强度测试结果
Figure BDA0002370582250000061
图6a和6b示出了自发泡可剥离保护涂层在紫外加速老化试验前后的拉伸行为。结果表明，自发泡可剥离保护涂层经紫外加速老化处理后，抗拉强度明显降低。表2列出了自发泡可剥离保护涂层以及市面上产品A/B/C在紫外加速老化测试前后的抗拉强度和剥离强度，通过剥离强度与抗拉强度值的比较，可以分析确定涂层是否容易从玻璃基板上去除。结果表明，紫外加速老化处理前自发泡可剥离保护涂层的抗拉强度远高于涂层的剥离强度，可以很容易地从玻璃上剥离。紫外加速老化测试后涂层的抗拉强度和剥离强度分别降低和提高。但我们可以发现，紫外加速老化测试后涂层的剥离强度仍然远远低于抗拉强度，而且剥离强度提高较少，说明老化后的自发泡可剥离保护涂层仍然可以很容易的从玻璃上完整剥离。
图7a和7b示出了紫外加速老化试验前后防护涂层产品A的拉伸行为。可以看出，A产品抗拉强度高(～24MPa)，断裂伸长率好(位移大于150mm)。在紫外加速老化处理后，由于胶带的老化作用，A产品的抗拉强度和断裂伸长率均有所下降，位移减少到小于70mm。
图8a示出了B产品在紫外加速老化试验前的拉伸行为。从图8b可以看出，由于涂层的抗紫外线能力较差，导致b产品经过加速老化的UV测试后无法完整地从玻璃上剥落，无法获得试样进行拉伸测试。
图9a和9b示出了产品C在紫外加速老化试验前后的拉伸行为。可以发现，在紫外加速老化处理后，产品C的抗拉强度略有降低。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自发泡可剥离保护涂层，其特征在于，包括依次涂覆形成于玻璃上的可剥离层和自发泡层两层结构；所述可剥离层包括如下重量份的各组分：水性聚合物乳液100、成膜助剂0~10、润湿剂0~1.5、增稠剂0~3、消泡剂0.01~3，其中所述水性聚合物乳液为聚氨酯乳液、丙烯酸乳液、橡胶乳液中的一种或多种组合；所述自发泡层由多元醇组分和异氰酸酯组分反应形成厚度超过3mm的泡沫结构层，其中所述多元醇组分包括如下重量份数的各组分：多元醇100、发泡催化剂0.01~5、交联剂0.01~1、水2~6、阻燃剂30~200、扩链剂5~20、稳泡剂0.1~5，所述异氰酸酯组分包括甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯化合物、六甲撑二异氰酸酯化合物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的自发泡可剥离保护涂层，其特征在于，水性聚合物乳液固含量在30%~50%之间；或者所述成膜助剂为苯甲酸酯、异丁酸盐、乙二醇醚中的任一种；或者所述增稠剂为纤维素大分子、水凝胶或有机硅化合物；或者所述消泡剂为硅氧烷消泡剂。
3.根据权利要求1所述的自发泡可剥离保护涂层，其特征在于，所述多元醇组分包括如下重量份数的各组分：多元醇100、发泡催化剂0.1~3、交联剂0.01~0.5、水2.5~4、阻燃剂30~150、扩链剂5~20、稳泡剂0.1~5。
4.根据权利要求1所述的自发泡可剥离保护涂层，其特征在于，所述多元醇包括聚醚多元醇和接枝磷元素的阻燃多元醇，聚醚多元醇的羟基值为20~120。
5.根据权利要求1所述的自发泡可剥离保护涂层，其特征在于，所述发泡催化剂为胺基发泡催化剂或醚基发泡催化剂；或者所述交联剂为辛酸亚锡、或二醋酸二丁基锡和二月桂酸二丁基锡、或硬脂酸锌；或者所述阻燃剂为无卤液体阻燃剂、粉末阻燃剂中一种或多种，所述液体阻燃剂为甲基膦酸二甲酯或乙基膦酸二乙酯中的一种或多种有机磷酸酯，所述粉末阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、膨胀石墨、三聚氰胺、聚磷酸铵中的一种或多种；或者所述扩链剂为1,4丁二醇、丙二醇、二甘醇、新戊二醇中的任一种低分子量的二醇；或者所述稳泡剂为有机硅化合物。
6.根据权利要求2所述的自发泡可剥离保护涂层，其特征在于，所述可剥离层的涂料的制备方法为：按配比将水性聚合物乳液和成膜助剂、润湿剂、消泡剂和增稠剂混合，加入高速剪切搅拌机中，在转速为1000-2000转/分下搅拌30分钟以上。
7.根据权利要求4所述的自发泡可剥离保护涂层，其特征在于，所述多元醇组分的制备方法为：按配比依次将聚醚多元醇、阻燃多元醇、阻燃剂、水、扩链剂、稳泡剂、发泡催化剂、交联剂加入到装有高速分散盘的混合器中，在300~500 rpm高速分散下，以50~100 rpm的速度混合得到混合物。
8.一种如权利要求1~7任一项所述自发泡可剥离保护涂层的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.直接在玻璃上涂覆形成可剥离层；
S2.在步骤S1形成的可剥离层上涂覆形成具有良好抗紫外线性能、耐水性、阻燃性的自发泡层。
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