CN111393888A - 一种水性dtm聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性dtm聚氨酯涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，具体公开一种水性DTM聚氨酯涂料及其制备方法。所述水性DTM聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，所述A组分包括如下质量份数的组分：羟基丙烯酸分散体40‑60份；钛白粉15‑20份；改性磷酸锌3‑5份；磷酸铝锌3‑5份；沉淀硫酸钡5‑10份；耐盐雾助剂1‑2份；防闪锈助剂0.5‑1份；分散剂1‑2份；消泡剂0.2‑0.4份；润湿流平剂0.5‑1份；增稠剂0.2‑0.5份；成膜助剂2‑5份；去离子水5‑10份，所述B组分包括水性异氰酸酯固化剂10‑25份。本发明提供的涂料VOC含量低，具有较好的耐水性、耐酸碱性、耐人工老化性和耐盐雾性能，能够满足抗腐蚀性和耐候性的要求。

Description

一种水性DTM聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性DTM聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术
腐蚀危害已经成为全世界面临的共同问题，仅我国每年在船舶、铁轨、桥梁、管道等领域因腐蚀造成的损失达上万亿元。因此，涂层防护因其适应性强、施工方便、成本较低、防腐蚀效果显著而备受青睐，其中聚氨酯(PU)涂料不仅具有良好的耐磨性、低温柔顺性、理想的机械和化学性能，还兼具绿色环保的特性，在材料的腐蚀防护中得到了广泛应用，成为了广大学者关注和研究的重点。
水性双组份聚氨酯涂料，有良好的保护性能、优良的装饰性能和较高的耐候性，大量应用于表面装饰，但同时水性双组份聚氨酯涂料，交联密度高，漆膜耐腐蚀性强，在各种底材上有良好的附着力，也可作为防腐涂料应用于各种底材防腐。然而，目前对水性聚氨酯涂料的研究多数为配套体系的研究，对水性DTM聚氨酯涂料的研究甚少。水性DTM聚氨酯涂料是一种直接涂覆于金属表面(DTM)的聚氨酯涂料，该涂层既要有相应的防腐性能也要具有一定的耐候性能。因此，研发一种具有良好防腐性能和耐候性能的水性DTM聚氨酯涂料意义重大。
发明内容
针对现有水性DTM涂料存在的上述技术问题，本发明提供一种水性DTM聚氨酯涂料及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种水性DTM聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，所述A组分包括如下质量份数的组分：羟基丙烯酸分散体40-60份；钛白粉15-20份；改性磷酸锌3-5份；磷酸铝锌3-5份；沉淀硫酸钡5-10份；耐盐雾助剂1-2份；防闪锈助剂0.5-1份；分散剂1-2份；消泡剂0.2-0.4份；润湿流平剂0.5-1份；增稠剂0.2-0.5份；成膜助剂2-5份和去离子水5-10份，所述B组分包括水性异氰酸酯固化剂10-25份，
所述水性异氰酸酯固化剂中异氰酸酯基(NCO)含量为14％，
所述羟基丙烯酸分散体的羟值为100-120mg KOH/g，
所述水性异氰酸酯固化剂的异氰酸酯基与所述羟基丙烯酸分散体的总的羟基的比例，以NCO/OH摩尔比计，为1.3-1.5。
相对于现有技术，本发明提供的水性DTM聚氨酯涂料，羟基丙烯酸分散体和水性异氰酸酯固化剂为主要成膜物质，通过控制NCO/OH摩尔比为1.3-1.5，既可以解决由于水性异氰酸酯的副反应(与水、胺、羧酸的副反应)而消耗部分NCO，导致水性异氰酸酯固化剂与羟基丙烯酸分散体反应不充分，部分羟丙分散体单独存在，使漆膜耐性变差的问题，又可以避免过多的水性异氰酸酯固化剂发生副反应，产生聚脲使得漆膜韧性下降，产生大量的CO2气体使得漆膜外观变差，进而影响漆膜理化性能及外观性能的问题。羟基丙烯酸分散体和水性异氰酸酯固化剂充分交联反应，改善漆膜的耐化学性、耐水性和耐候性。此外，以改性磷酸锌、磷酸铝锌作为防锈颜料与耐盐雾助剂共同使用，在磷酸锌的基础上通过添加铝元素活性组分，增强金属表面的耐极化性，减少钝化所需的临界电流密度，增加钝化膜的稳定性，改善金属底材的抗腐蚀性，且耐盐雾助剂为极性物质，能被吸附在金属表面形成一层单分子的疏水保护膜，阻止外界腐蚀因子对金属基材的侵蚀，并与耐候性优良的颜填料共同作用增加涂料的抗腐蚀性、抗划痕腐蚀能力及耐候性能。本发明提供的水性DTM聚氨酯涂料不仅VOC含量低，装饰性优异，还具有优异的防腐性能和耐候性能。
进一步地，所述水性异氰酸酯固化剂为阴离子磺酸改性水性HDI型异氰酸酯Aquolin268，即磺酸型阴离子改性的水性HDI型异氰酸酯，利用含磺酸根阴离子改性剂对异氰酸酯进行亲水改性，使其具有优异的水可分散性和高NCO含量，能够与羟基丙烯酸分散体充分交联反应，且在漆膜在形成过程中，磺酸盐分解形成酸，酸再与异氰酸根反应，成膜后不存在亲水基团，保证漆膜的耐水耐化学性能。
进一步地，所述耐盐雾助剂为阳离子型润湿剂
Figure BDA0002392772450000031
142DA，能被吸附在基材表面形成一层单分子的疏水层保护膜，这种亲和力能增加涂料的附着力和抗划痕腐蚀能力，可阻止外界腐蚀因子对基材的侵蚀，来有效地减缓划叉处基材的腐蚀程度，与改性磷酸锌、磷酸铝锌共同作用，改善漆膜的耐腐蚀性和抗划痕腐蚀性能。
进一步地，所述防闪锈剂为防闪锈助剂FA179与改性磷酸锌、磷酸铝锌及耐盐雾助剂共同作用，改善漆膜的耐腐蚀性和耐候性能。
进一步地，所述分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液；所述消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂。
进一步地，所述润湿流平剂为聚醚硅氧烷共聚物类流平剂；所述增稠剂为聚醚聚氨酯缔合型流变助剂。
进一步地，所述成膜助剂为二丙二醇甲醚或二丙二醇丁醚，与其他组分共同作用保证漆膜的整体性能。
本发明还提供了上述水性DTM聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所述去离子水与所述分散剂、消泡剂、钛白粉、沉淀硫酸钡、改性磷酸锌及磷酸铝锌混合，搅拌并研磨，得到水浆；
S2：将所述水浆与所述羟基丙烯酸分散体、防闪锈剂、润湿流平剂、耐盐雾助剂、防闪锈助剂、增稠剂及成膜助剂混合，得到A组分；
S3：将所述A组分与B组分混合，得到水性DTM聚氨酯涂料。
进一步地，步骤S1中，研磨至细度≤40μm，使各组分充分混合，形成均一体系。
相对于现有技术，本发明提供的水性DTM聚氨酯涂料的制备方法，工艺简单，操作方便，绿色环保，先制备含有羟基丙烯酸分散体的组分A，再与含水性异氰酸酯固化剂的组分B混合，即为水性DTM聚氨酯涂料，所得涂料具有优异的耐水性、耐酸碱性、防腐性和耐候性。
附图说明
图1为不同NCO/OH比例与漆膜性能综合评分关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种水性DTM聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，A组分包括如下质量份数的组分：羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000041
2035(羟值为100mg KOH/g)为50份；R298钛白粉18份；改性磷酸锌PZ20为4份；磷酸铝锌ZPA为4份；沉淀硫酸钡8份；耐盐雾助剂
Figure BDA0002392772450000042
142DA为1.5份；防闪锈助剂FA179为为0.8份；分散剂BYK-190为1.5份；消泡剂BYK-024为0.3份；润湿流平剂TEGO 4100为1份；增稠剂RHEOLATE 299为0.2份；二丙二醇甲醚4份；去离子水6.7份，B组分包括Aquolin268水性异氰酸酯固化剂(NCO含量为14％)16份，NCO/OH摩尔比为1.4。
上述水性DTM聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将上述去离子水与分散剂BYK-190、消泡剂BYK-024、R298钛白粉、沉淀硫酸钡、改性磷酸锌PZ20及磷酸铝锌ZPA混合，搅拌并研磨至细度≤40μm，得到水浆；
S2：将所得水浆与上述羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000053
2035、耐盐雾助剂
Figure BDA0002392772450000054
142DA、防闪锈助剂FA179、润湿流平剂TEGO4100、增稠剂RHEOLATE 299及二丙二醇甲醚混合，得到A组分；
S3：将A组分与B组分中的Aquolin268水性异氰酸酯固化剂混合，得到水性DTM聚氨酯涂料。
实施例2
一种水性DTM聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，A组分包括如下质量份数的组分：羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000055
2470(羟值为120mg KOH/g)为60份；R298钛白粉15份；改性磷酸锌PZ20为3份；磷酸铝锌ZPA为3份；沉淀硫酸钡5份；耐盐雾助剂
Figure BDA0002392772450000056
142DA为1份；防闪锈助剂FA179为0.5份；分散剂BYK-190为1份；消泡剂BYK-024为0.3份；润湿流平剂TEGO4100为0.5份；增稠剂RHEOLATE 299为0.5份；二丙二醇丁醚5份；去离子水5.2份，B组分包括Aquolin268水性异氰酸酯固化剂(NCO含量为14％)21份，NCO/OH摩尔比为1.3。
上述水性DTM聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将上述去离子水与分散剂BYK-190、消泡剂BYK-024、R298钛白粉、沉淀硫酸钡、改性磷酸锌PZ20及磷酸铝锌ZPA混合，搅拌并研磨至细度≤40μm，得到水浆；
S2：将所得水浆与上述羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000051
2470、防闪锈助剂FA179、耐盐雾助剂
Figure BDA0002392772450000052
142DA、润湿流平剂TEGO4100、增稠剂RHEOLATE 299及二丙二醇丁醚混合，得到A组分；
S3：将A组分与B组分中的Aquolin268水性异氰酸酯固化剂混合，得到水性DTM聚氨酯涂料。
实施例3
一种水性DTM聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，A组分包括如下质量份数的组分：羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000061
2035(羟值为100mg KOH/g)为40份；R298钛白粉20份；改性磷酸锌PZ20为5份；磷酸铝锌ZPA为5份；沉淀硫酸钡10份；耐盐雾助剂
Figure BDA0002392772450000062
142DA为2份；防闪锈助剂剂FA179为1.0份；分散剂BYK-190为2份；消泡剂BYK-024为0.2份；润湿流平剂TEGO4100为1份；增稠剂RHEOLATE 299为0.3份；二丙二醇甲醚3.5份；去离子水10份，B组分包括Aquolin268水性异氰酸酯固化剂(NCO含量为14％)14份，NCO/OH摩尔比为1.5。
上述水性DTM聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将上述去离子水与分散剂BYK-190、消泡剂BYK024、R298钛白粉、沉淀硫酸钡、改性磷酸锌PZ20及磷酸铝锌ZPA混合，搅拌并研磨至细度≤40μm，得到水浆；
S2：将所得水浆与上述羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000063
2035、耐盐雾助剂
Figure BDA0002392772450000064
142DA、润湿流平剂TEGO4100、防闪锈助剂FA179、增稠剂RHEOLATE 299及二丙二醇甲醚混合，得到A组分；
S3：将A组分与B组分中的Aquolin268水性异氰酸酯固化剂混合，得到水性DTM聚氨酯涂料。
为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。
对比例1
将实施例1中的羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000065
2035替换为羟基丙烯酸分散体CTR-6014(羟值为60mg KOH/g)，并调整羟基丙烯酸分散体CTR-6014与Aquolin268水性异氰酸酯固化剂用量，使NCO/OH摩尔比为1.4，其他组分及制备方法与实施例1相同，制得水性DTM聚氨酯涂料。
对比例2
将实施例1中的耐盐雾助剂
Figure BDA0002392772450000072
142DA替换为等量的磷酸铝锌ZPA，其他组分及制备方法与实施例1相同，制得水性DTM聚氨酯涂料。
对比例3-6
调整实施例1中的羟基丙烯酸分散体
Figure BDA0002392772450000073
2035与Aquolin268水性异氰酸酯固化剂的用量，使NCO/OH摩尔比为分别为1.1、1.2、1.6和1.7(分别对应对比例3、4、5和6)，其他组分及制备方法与实施例1相同，制得水性DTM聚氨酯涂料。
为了更好的说明本发明实施例提供的水性DTM聚氨酯涂料的特性，下面将实施例1-3及对比例1、2制备的水性DTM聚氨酯涂料进行相应性能的测试，测试标准如表1所示，具体结果如表2所示。
表1
Figure BDA0002392772450000071
Figure BDA0002392772450000081
表2
Figure BDA0002392772450000082
Figure BDA0002392772450000091
此外，将实施例1-3与对比例3-6所得的水性DTM聚氨酯涂料进行相应性能的测试，结果如表3所示。根据表3中数据，绘制了不同NCO/OH比例与漆膜性能综合评分关系图，如图1所示，当NCO/OH比例为1.3-1.5时，漆膜的综合性能最佳。
表3
Figure BDA0002392772450000092
注：划格试验、弯曲试验、耐冲击性、耐水、耐酸碱性这6个指标的满分为10分，合格为6分。双组份耐盐雾性、耐人工气候老化性这2个指标的满分为20分，合格为12分。
由以上数据可知，本发明提供的水性DTM聚氨酯涂料，VOC含量低，具有较好的耐水性、耐酸碱性、耐人工老化性和耐盐雾性能，能够满足抗腐蚀性和耐候性的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水性DTM聚氨酯涂料，其特征在于：包括A组分和B组分，所述A组分包括如下质量份数的组分：羟基丙烯酸分散体40-60份；钛白粉15-20份；改性磷酸锌3-5份；磷酸铝锌3-5份；沉淀硫酸钡5-10份；耐盐雾助剂1-2份；防闪锈助剂0.5-1份；分散剂1-2份；消泡剂0.2-0.4份；润湿流平剂0.5-1份；增稠剂0.2-0.5份；成膜助剂2-5份和去离子水5-10份，所述B组分包括水性异氰酸酯固化剂10-25份，
所述羟基丙烯酸分散体的羟值为100-120mg KOH/g，
所述水性异氰酸酯固化剂的异氰酸酯基与所述羟基丙烯酸分散体的总的羟基的比例，以NCO/OH摩尔比计，为1.3-1.5。
2.如权利要求1所述的水性DTM聚氨酯涂料，其特征在于：所述水性异氰酸酯固化剂为阴离子磺酸改性水性HDI型异氰酸酯Aquolin268。
3.如权利要求1所述的水性DTM聚氨酯涂料，其特征在于：所述耐盐雾助剂为
Figure FDA0002392772440000011
142DA；所述防闪锈助剂为防闪锈助剂FA179。
4.如权利要求1所述的水性DTM聚氨酯涂料，其特征在于：所述分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液；所述消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂。
5.如权利要求1所述的水性DTM聚氨酯涂料，其特征在于：所述润湿流平剂为聚醚硅氧烷共聚物类流平剂；所述增稠剂为聚醚聚氨酯缔合型流变助剂。
6.如权利要求1所述的水性DTM聚氨酯涂料，其特征在于：所述成膜助剂为二丙二醇甲醚或二丙二醇丁醚。
7.一种权利要求1至6任一项所述的水性DTM聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将所述去离子水与所述分散剂、消泡剂、钛白粉、沉淀硫酸钡、改性磷酸锌及磷酸铝锌混合，搅拌并研磨，得到水浆；
S2：将所述水浆与所述羟基丙烯酸分散体、耐盐雾助剂、防闪锈助剂、润湿流平剂、增稠剂及成膜助剂混合，得到A组分；
S3：将所述A组分与B组分混合，得到水性DTM聚氨酯涂料。
8.如权利要求7所述的水性DTM聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，研磨至细度≤40μm。
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