CN114539901A

CN114539901A - 一种水性聚氨酯涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN114539901A
Application number: CN202210350455.0A
Authority: CN
Inventors: 闫磊; 刘冬立; 邓煜东; 刘旭
Original assignee: Jiangsu Fuqisen New Materials Co ltd
Current assignee: Jiangsu Fuqisen New Materials Co ltd
Priority date: 2022-04-02
Filing date: 2022-04-02
Publication date: 2022-05-27

Abstract

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种水性聚氨酯涂料及其制备方法。本发明的水性聚氨酯涂料，包括组分A和组分B；所述组分A包括按重量份数计的如下组分：水性树脂50～70份、成膜助剂3～6份、无机颜料18～24份、分散剂1.5～5份、润湿剂0.1～1份、消泡剂0.2～1份、流平剂0.1～1份、增稠剂0.1～1份和水5～20份；所述组分B包括按重量份数计的如下组分：溶剂型固化剂50～80份和助溶剂20～50份；所述组分A和所述组分B的质量比为100：20～25。该涂料具有优异的丰满度、耐水性和耐化学品性等综合性能，并且生产成本低廉。

Description

一种水性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，尤其是涉及一种水性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

随着人们对环境及健康的日益重视，由于传统的溶剂型涂料中挥发性有机化合物(VOCs)比较高，有些产品含有苯类、乙二醇醚类等有害溶剂对于制造和涂装人员的身体伤害较大，对环境破坏比较严重，而且这类涂料易燃，不宜在开放的环境中施工；因此，水性涂料由于具有安全环保的特点而获得越来越广泛的应用。

目前，现有的单组分涂料，虽然安全环保，但是在耐水性及硬度等方面的性能较差，综合性能难以满足市场的需求。水性双组份聚氨酯因具有成膜温度低、高硬度和优异的耐候性等特点而越来越受到人们的关注。水性双组份聚氨酯涂料以水作为分散介质，施工后大幅度降低了有机挥发物的排放，是一种绿色可持续发展的环保型涂料，以优异的装饰性和耐化学品性广泛用于轨道交通、工程机械、工业设备和零部件上，提高了人们的生活质量，深受消费者青睐。但是现有的水性双组份聚氨酯的成本较高，因此，需要在控制成本的同时，还要保证涂料的性能不下降；亟需研发一类生产成本低且性能优异的水性涂料满足市场需求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供水性聚氨酯涂料，在制备成本低廉的同时具有优异的丰满度、耐水性和耐化学品性等综合性能。

本发明的第二目的在于提供上述水性聚氨酯涂料的制备方法，其原料简单易得、成本低廉、步骤简单，大大降低了水性聚氨酯涂料的生产成本。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种水性聚氨酯涂料，包括组分A和组分B；

所述组分A包括按重量份数计的如下组分：水性树脂50～70份、成膜助剂3～6份、无机颜料18～24份、分散剂1.5～5份、润湿剂0.1～1份、消泡剂0.2～1份、流平剂0.1～1份、增稠剂0.1～1份和水5～20份；

所述组分B包括按重量份数计的如下组分：溶剂型固化剂50～80份和助溶剂20～50份；

所述组分A和所述组分B的质量比为100：20～25。

本发明还提供了如上所述的水性聚氨酯涂料的制备方法，各组分混合均匀后得到所述水性聚氨酯涂料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过对特定种类的组分和配比的设计，制备出能够与溶剂型固化剂相匹配的水性聚氨酯涂料；通过采用特定种类的水性树脂和溶剂型固化剂，从而制备出性能优异的水性聚氨酯涂料；其中，水性树脂中含有的大量反应活性高、成链性能优异的羟基，溶剂型固化剂的反应活性好，且具有多侧基的分子结构，从而有利于水性树脂中的羟基与溶剂型固化剂中的异氰酸酯基团发生化学反应，能够形成互穿网络结构，极大提高了水性聚氨酯涂覆后得到的漆膜的致密性、光滑性和平整性，漆膜的整体视角效果好，具有优异的丰满度、耐水性和耐化学品性；同时由于本发明选用了溶剂型固化剂，大大降低了水性聚氨酯涂料的生产成本。

本发明的水性聚氨酯涂料具有安全环保、成本低廉和综合性能优异的特点，可广泛应用于轨道交通、汽车零配件、电力设备、机械设备等对于水性聚氨酯的性能要求比较高的领域。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种水性聚氨酯涂料及其制备方法进行具体说明。

在本发明的一些实施方式中提供了一种水性聚氨酯涂料，包括组分A和组分B；

组分A包括按重量份数计的如下组分：水性树脂50～70份、成膜助剂3～6份、无机颜料18～24份、分散剂1.5～5份、润湿剂0.1～1份、消泡剂0.2～1份、流平剂0.1～1份、增稠剂0.1～1份和水5～20份；

组分B包括按重量份数计的如下组分：溶剂型固化剂50～80份和助溶剂20～50份；

组分A和组分B的质量比为100：20～25。

本发明的水性聚氨酯涂料为水性双组份聚氨酯涂料，通过特定的组分以及配比的设计，制备出能够与溶剂型固化剂相匹配的水性聚氨酯涂料；通过选用溶剂型固化剂，大大降低了水性聚氨酯涂料的制备成本；并且，通过水性树脂与溶剂型固化剂的交联反应，赋予了水性聚氨酯涂料优异的性能。

本发明的水性聚氨酯涂料，以水作为分散介质，溶剂含量极低，相比与传统的溶剂型涂料，不含有苯系溶剂、甲醛等，安全环保；并且该水性聚氨酯涂料涂覆后得到的漆膜的整体视觉效果好；具有优异的丰满度、耐水性和耐化学品性等综合性能。

在本发明的一些实施方式中，水性树脂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为50份、55份、60份、65份或者70份等等。

成膜助剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为3份、4份、5份或者6份等等。

无机颜料的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为18份、19份、20份、21份、22份、23份或者24份等等。

分散剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或者5份等等。

润湿剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或者1份等等。

消泡剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或者1份等等。

流平剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或者1份等等。

增稠剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或者1份等等。

水的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为5份、10份、15份、或者20份等等。

溶剂型固化剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为50份、55份、60份、65份或者70份等等。

助溶剂的重量份数，典型但非限制性的，例如，可以为20份、25份、30份、35份、40份、45份或者50份等等。

在本发明的一些实施方式中，组分A和组分B的质量比，典型但非限制性的，例如，可以为100：20、100：21、100：22、100：23、100：24或者100：25等等。

在本发明的一些实施方式中，水性树脂包括水性羟基丙烯酸分散体；优选地，水性羟基丙烯酸分散体中，羟基的质量百分数为3.2％～3.4％；更优选地，水性羟基丙烯酸分散体中，羟基的质量百分数为3.25％～3.35％。

在本发明的一些具体的实施方式中，水性羟基丙烯酸分散体为AQUQPAC-8533A；上述水性羟基丙烯酸分散体为江苏富琪森新材料有限公司的AQUQPAC-8533A；通过采用上述特定型号的水性丙烯酸分散体，可进一步提高制得的水性聚氨酯涂料的性能。

上述特定型号的水性羟基丙烯酸分散体在合成时，通过合成工艺，将极性官能团分布在最适合乳化溶剂型固化剂的范围，降低水性羟基丙烯酸分散体和溶剂型固化剂之间的界面张力，乳化溶剂型固化剂，提升两者的相容性。其次，该水性羟基丙烯酸分散体的分子量和粒径分布精确控制在一个固定的范围；能够提高与异氰酸酯固化剂粒子接触融合，形成结构致密度、更加一致均衡的交联成膜物。

在本发明的一些实施方式中，溶剂型固化剂包括脂肪族二异氰酸酯；优选地，脂肪族二异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。

上述种类的溶剂型固化剂具有良好的反应活性，并且具备多侧基的分子链结构，有利于与水性树脂发生交联反应，从而改善涂料的耐水性、耐化学品性和机械强度等性能，且耐紫外线稳定性好。

在本发明的一些实施方式中，溶剂型固化剂包括HI-100、HT-100、N3300和TPA-100中的一种或多种。

本发明通过采用特定种类的水性羟基丙烯酸分散体和溶剂型固化剂，从而制备出性能优异的水性聚氨酯涂料；其中，水性羟基分散体中含有大量的羟基，具有优异的反应活性和成链性能，可以和溶剂型固化剂中的异氰酸酯基团进行快速的化学成链反应，从而形成互穿网络结构，使水性聚氨酯涂料涂覆后可形成密度高且光滑平整的漆膜，大大提高了漆膜的致密性，从而赋予了漆膜优异的性能。

在本发明的一些实施方式中，成膜助剂包括二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚中的一种或多种；优选地，成膜助剂包括二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚；更优选地，丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的质量比为1：0.8～1.2：0.8～1.2。

上述种类的成膜剂可改善水性聚氨酯涂料的分子链的聚结能力，降低涂料的玻璃化转变温度，使该涂料能在较宽的温度范围均具有良好的成膜性能，同时还具备一定的消泡能力。此外，上述种类的成膜剂还具有环保性强、混溶性好和挥发率低等优点。

在本发明的一些实施方式中，无机颜料包括钛白；优选地，钛白为钛白粉。钛白粉具有良好的光稳定性和着色性能。

在本发明的一些实施方式中，分散剂包括含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物分散剂。该分散剂具备良好的表面活性，对颜料有良好的分散性能。

在本发明的一些实施方式中，润湿剂包括聚醚硅氧烷共聚物和双生结构的硅氧烷中的一种或两种。

上述种类的润湿剂具有优良的分子润湿性能，可提高涂料对基材的润湿性。此外，该润湿剂与流平剂形成了涂料中的含硅体系，在反应体系中可与分子链充分发生链接反应，从而有效提高涂料的装饰性、耐水性和耐化学品性。

在本发明的一些实施方式中，消泡剂包括非硅类聚合物和炔二醇类分子中的一种或两种。

上述种类的消泡剂具有较强的表面活化能力，可有效降低水性树脂和溶剂型固化剂之间的两相界面张力，从而减少涂料中的气泡。

在本发明的一些实施方式中，流平剂包括疏水性聚氨酯和聚醚改性聚硅氧烷中的一种或两种。

上述种类的流平剂具有良好的流动性能，并可与润湿剂和消泡剂产生流动协同作用，从而改善涂料的流动性能，有效提高漆膜的光滑度和装饰性。

在本发明的一些实施方式中，增稠剂包括聚丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或两种。

上述种类的增稠剂可调整涂料的流动黏度，延长涂料的保存期限。

在本发明的一些实施方式中，助溶剂包括乙二醇丁醚醋酸酯。

乙二醇丁醚醋酸酯可稀释溶剂型固化剂，从而缓和了溶剂型固化剂在加入水性树脂后的反应速度，减少颗粒沉淀的产生。

在本发明的一些实施方式中还提供了上述水性聚氨酯涂料的制备方法，各组分混合均匀后得到水性聚氨酯涂料。

在本发明的一些实施方式中，水性聚氨酯涂料的制备方法，包括如下步骤：

(A)将水、分散剂、消泡剂、成膜助剂和钛白混合、搅拌、研磨后得到浆料；

(B)再将浆料与水性树脂混合、搅拌后得到混合物；

(C)将混合物与成膜助剂、润湿剂、消泡剂、流平剂、增稠剂和水混合、搅拌后得到组分A；

(D)将溶剂型固化剂和助溶剂混合搅拌后得到组分B；

(E)组分A和所述组分B混合后，经静置、过滤后得到所述水性聚氨酯涂料。

在本发明的一些实施方式中，步骤(A)中，搅拌的转速为400～800r/min，搅拌的时间为5～15min。

在本发明的一些实施方式中，步骤(A)中，研磨的时间为20～40min。

在本发明的一些实施方式中，步骤(B)中，搅拌的转速为300～600r/min，搅拌的时间为5～10min。

在本发明的一些实施方式中，步骤(C)中，搅拌的转速为1000～1500r/min，搅拌的时间为15～30min。

在本发明的一些实施方式中，步骤(D)中，搅拌的转速为300～600r/min，搅拌的时间为5～15min。

在本发明的一些实施方式中，步骤(E)中，静置的时间为20～40min。

在本发明的一些实施方式中，步骤(E)中，过滤的滤布的尺寸为100～200目。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的水性聚氨酯涂料，包括质量比为100：23的组分A和组分B；

组分A包括按重量份数计的如下组分：水性树脂60份、成膜助剂5.4份、无机颜料22.5份、分散剂1.5份、润湿剂0.5份、消泡剂0.45份、流平剂0.2份、增稠剂0.2份、去离子水9.25份；

组分B包括按重量份数计的如下组分：溶剂型固化剂65份和助溶剂35份。

其中，水性树脂为江苏富琪森新材料有限公司的AQUQPAC-8533A。

成膜助剂为美国DOW公司的二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚，二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的质量比为1：1：1。

无机颜料为杜邦公司的R-706金红石型钛白粉。

分散剂为毕克化学的BYK-190。

润湿剂为赢创公司的TEGO TWIN 4100。

消泡剂为赢创公司的SURFYNOL DF110D。

流平剂为赢创公司的TEGO 496。

增稠剂为阿科玛集团的XS-83。

溶剂型固化剂为巴斯夫公司的HI-100。

助溶剂为美国DOW公司的乙二醇丁醚醋酸酯。

本实施例的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括如下步骤：

(A)常温常压下，在带搅拌机的容器内加入去离子水5.55份、分散剂1.5份、消泡剂0.15份、成膜助剂0.3份和钛白粉22.5份，并在600r/min的转速下持续搅拌10min，再转入砂磨机中研磨30min，得到浆料；

(B)常温常压下，在带搅拌机的容器内分别加入水性树脂60份和步骤(A)得到的混合物，并在500r/min的转速下搅拌10min；

(C)常温常压下，在步骤(B)中得到的混合物中依次加入成膜助剂5.1份、润湿剂0.5份、消泡剂0.3份、流平剂0.2份、增稠剂0.2份和去离子水3.7份，并在1500r/min的转速下搅拌20min，得到组分A；

(D)常温常压下，在带搅拌机的容器内分别加入溶剂型固化剂65份和助溶剂35份，并在600r/min的转速下搅拌15min，得到组分B；

(E)常温常压下，将上述组分A和组分B按照质量比100：23的比例加入带搅拌机的容器内，持续搅拌至组分A和组分B均匀混合，然后静止30min，再用200目滤布过滤出料，即可得到水性聚氨酯涂料。

实施例2

本实施例提供的水性聚氨酯涂料的组分与实施例1相同，不同之处仅在于：包括质量比为100：23.2的组分A和组分B；溶剂型固化剂为万华公司的HT-100。

本实施例提供的水性聚氨酯涂料的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供的水性聚氨酯涂料的组分与实施例1相同，不同之处仅在于：包括质量比为100：23.5的组分A和组分B；溶剂型固化剂为科思创公司的N3300。

本实施例提供的水性聚氨酯涂料的制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例提供的水性聚氨酯涂料的组分与实施例1相同，不同之处仅在于：包括质量比为100：22的组分A和组分B；溶剂型固化剂为旭化成公司的TPA-100。

本实施例提供的水性聚氨酯涂料的制备方法与实施例1相同。

对比例1

本对比例提供的水性聚氨酯涂料的组分与实施例1相同，不同之处仅在于：包括质量比为100：7.8的组分A和组分B；水性树脂为江苏富琪森新材料有限公司的AQUAPUD-9382。

本对比例提供的水性聚氨酯涂料的制备方法与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供的水性聚氨酯涂料的组分与实施例1相同，不同之处仅在于：包括质量比为100：18.7的组分A和组分B；水性树脂为江苏富琪森新材料有限公司的AQUAPAL-8130。

本对比例提供的水性聚氨酯涂料的制备方法与实施例1相同。

试验例1

对实施例1～4和对比例1～2的水性聚氨酯的丰满度、耐水性和耐化学品性能进行测试；根据色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜镜面光泽的标准GB/T 9754-2007测定上述水性聚氨酯在20°和60°斜角条件下的光泽；根据漆膜耐水性测定法的标准GB/T 1733-1993测定水性聚氨酯涂料漆膜试样浸水后的变化；根据漆膜耐化学试剂性测定法的标准GB1763-1979测定水性聚氨酯涂料漆膜试样浸酸和浸碱后的变化。

表1

从表1可以看出，本发明实施例1～4的水性聚氨酯涂料在20°斜角条件下的光泽度为85°～90°，60°斜角条件下的光泽度为90°～96°。水性聚氨酯涂料漆膜试样浸水240h后，漆膜均无起泡、无明显变色与失光；水性聚氨酯涂料漆膜试样浸酸240h后，漆膜均无起泡、无明显变色与失光；水性聚氨酯涂料漆膜试样浸碱240h后，漆膜均无起泡、无明显变色与失光。本发明的水性聚氨酯涂料具有优异的丰满度、耐水性和耐化学品性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，包括组分A和组分B；

所述组分A和所述组分B的质量比为100：20～25。

2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性树脂包括水性羟基丙烯酸分散体；

优选地，所述水性羟基丙烯酸分散体中，羟基的质量百分数为3.2％～3.4％；

优选地，所述水性羟基丙烯酸分散体为AQUQPAC-8533A。

3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述溶剂型固化剂包括脂肪族二异氰酸酯；

优选地，所述溶剂型固化剂包括HI-100、HT-100、N3300和TPA-100中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述成膜助剂包括二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚中的一种或多种；

优选地，所述无机颜料包括钛白。

5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述分散剂包括含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物分散剂。

6.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述润湿剂包括聚醚硅氧烷共聚物和双生结构的硅氧烷中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述消泡剂包括非硅类聚合物和炔二醇类分子中的一种或两种；

优选地，所述流平剂包括疏水性聚氨酯和聚醚改性聚硅氧烷中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述增稠剂包括聚丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或两种；

优选地，所述助溶剂包括乙二醇丁醚醋酸酯。

9.如权利要求1～8任一项所述的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，各组分混合均匀后得到所述水性聚氨酯涂料。

10.根据权利要求9所述的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(B)将所述浆料与水性树脂混合、搅拌后得到混合物；

(C)将所述混合物与成膜助剂、润湿剂、消泡剂、流平剂、增稠剂和水混合、搅拌后得到组分A；

(D)将溶剂型固化剂和助溶剂混合搅拌后得到组分B；

(E)所述组分A和所述组分B混合后，经静置、过滤后得到所述水性聚氨酯涂料。