CN115558390B - 一种厚涂聚氨酯面漆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C09D175/04领域，具体为一种厚涂聚氨酯面漆材料及其制备方法，包括主剂和水性固化剂，所述主剂和水性固化剂的质量比为(80‑90)：(10‑20)；按照重量份计，所述主剂的制备原料至少包括：羟基丙烯酸树脂30‑60份、溶剂10‑20份、成膜助剂2‑10份、填料5‑20份、颜料0‑10份、pH调节剂0.1‑1份、分散剂0.5‑1.5份、消泡剂0.1‑0.5份、加工助剂0.1‑2份。通过低羟值羟基丙烯酸树脂、多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂、高沸点的醇醚类成膜助剂以及其他原料的共同作用，保证漆膜的综合性能的同时，实现水性丙烯酸聚氨酯涂料的厚涂。
Description
技术领域
本发明涉及C09D175/04领域，具体为一种厚涂聚氨酯面漆材料及其制备方法。
背景技术
自1990年以来，全球对涂料的需求量逐年上升，由于我国对环保的要求越来越严，因此涂料市场的发展方向逐渐由传统的溶剂型涂料转向无毒无害的水性涂料。目前，在工程机械领域的轻防腐方面通常采用底漆加面漆的配套；重防腐方面采用底漆加中间漆加面漆的配套。其中底漆通常使用水性环氧底漆，而面漆一般使用2K水性丙烯酸聚氨酯涂料。因为2K水性丙烯酸聚氨酯涂料具有优异的耐磨性、柔韧性、机械性能以及耐化学品性，同时还具有漆膜丰满度高、耐候等特点。相对于溶剂型聚氨酯涂料的毒害性大，水性丙烯酸聚氨酯涂料具有环保、绿色、不燃、保色性好等优点。因此，水性丙烯酸聚氨酯涂料正在逐步取代溶剂型聚氨酯涂料成为面漆的主要选择。
中国专利CN107163807A公开了一种自清洁高耐候水性丙烯酸聚氨酯面漆及制备方法，通过将石墨相氮化碳引入水性涂料中，提高涂膜的自清洁性能。中国专利CN113416480A公开了一种防腐型水性丙烯酸聚氨酯面漆及其制备工艺，通过改变甲苯二异氰酸酯和高精氨酸的含量控制面漆的性能；但是水性丙烯酸聚氨酯涂料中的-NCO会和H2O发生反应生成CO2，导致漆膜表面容易产生气泡，也就是起痱子，这种情况通常出现在涂料施工膜厚较厚或者流平时间较短时，这就导致水性丙烯酸聚氨酯涂料在施工时难以做到较高的膜厚，从而造成施工出现困难，有时候为了达到相应的施工膜厚，需要进行多次施工，大大降低了施工效率，造成了资源和人力的浪费。
因此，本发明提供一种厚涂聚氨酯面漆材料，旨在解决水性丙烯酸聚氨酯涂料不能厚涂的问题，通过采用特定的羟基丙烯酸树脂、固化剂以及成膜助剂，实现水性丙烯酸聚氨酯涂料的厚涂。
发明内容
本发明一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，包括主剂和水性固化剂，所述主剂和水性固化剂的质量比为(80-90)：(10-20)；按照重量份计，所述主剂的制备原料至少包括：羟基丙烯酸树脂30-60份、溶剂10-20份、成膜助剂2-10份、填料5-20份、颜料0-10份、pH调节剂0.1-1份、分散剂0.5-1.5份、消泡剂0.1-0.5份、加工助剂0.1-2份。
作为一种优选的技术方案，所述羟基丙烯酸树脂为低羟值羟基丙烯酸树脂；优选的，所述低羟值羟基丙烯酸树脂的羟基含量(基于固体含量)为1.2-3％；优选的，所述低羟值羟基丙烯酸树脂的羟基含量(基于固体含量)为2-3％；所述低羟值羟基丙烯酸树脂的型号为HAR863、HAR865、HAR867、BT75003、BT65063、BT65034中的一种。
作为一种优选的技术方案，所述成膜助剂为高沸点醇醚类成膜助剂；所述高沸点醇醚类成膜助剂为丙二醇单丁醚、丙二醇正丁醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚中的一种或几种的组合；优选的，所述高沸点醇醚类成膜助剂的沸点高于220℃。优选的，所述高沸点醇醚类成膜助剂为二丙二醇丁醚和/或二乙二醇丁醚。
作为一种优选的技术方案，所述溶剂为水；
作为一种优选的技术方案，所述填料为超细硫酸钡、硅微粉、滑石粉、超细碳酸钙中的至少一种；所述填料为超细硫酸钡，所述超细硫酸钡购买自阿拉丁。
作为一种优选的技术方案，所述分散剂为TEGO Dispers 760W、TEGO Dispers740W、TEGO Dispers 655、TEGO Dispers 670中的至少一种；优选的，所述分散剂为TEGODispers 760W。
作为一种优选的技术方案，所述pH调节剂选自N,N-二甲基乙醇胺、三乙胺、异丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的至少一种；优选的，所述pH调节剂为异丙醇胺。
作为一种优选的技术方案，所述颜料为钛白粉、氧化铁红、氧化铁绿、酞菁蓝、酞菁绿中的至少一种；
所述消泡剂为有机硅消泡剂和/或聚醚类消泡剂；优选的，所述消泡剂为TEGOAirex 932和TEGO Airex 920的组合；所述TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的质量比为(0.8-1.5)：(3-5)。基于本发明体系，通过采用质量比为(0.8-1.5)：(3-5)TEGO Airex 932和TEGO Airex 920作为消泡剂，进一步抑制加工过程中气泡的产生，有效减少厚涂时的面漆内的气泡。
作为一种优选的技术方案，所述加工助剂至少包括色浆、流平剂、增稠剂；所述色浆、流平剂、增稠剂的质量比为(0-0.5)：(0-0.5)：(0.1-1)。
所述增稠剂为ASE-60、RM-2020、RM-8W、TT-615、TT935、RM-2050D中的至少一种；优选的，所述增稠剂为RM-8W、TT-615的组合；所述RM-8W、TT-615的质量比为(1-2)：(0.5-1.5)。所述RM-8W、TT-615均来源于陶氏化学。基于本发明体系，通过采用上述增稠剂的组合，在加工过程中具有良好的抗辊涂飞溅性、防沉降性能和抗流挂性能，同时不影响后续固化后得到的漆膜光泽。
所述流平剂为TEGO Flow 300、TEGO Glide B 1484、TEGO Glide482中的至少一种；优选的，所述流平剂为TEGO Glide B 1484。
所述色浆为水性纳米色浆，所述水性纳米色浆来源于三升贸易有限公司。
作为一种优选的技术方案，所述水性固化剂为水性聚氨酯固化剂；优选的，所述水性聚氨酯固化剂为多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂。
发明人在实际研发探究过程中发现，水性丙烯酸聚氨酯面漆的厚度超过50μm会发生起痱子的现象，发明人分析原因主要是由于水性丙烯酸聚氨酯涂料中的-NCO会和H2O发生反应生成CO2，而产生的CO2在漆膜的表面干燥时未能彻底挥发出去，导致漆膜表面出现痱子，影响漆膜的表观和性能。基于本发明体系，通过低羟值羟基丙烯酸树脂、多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂、高沸点的醇醚类成膜助剂以及其他原料的共同作用，保证漆膜的综合性能的同时，实现水性丙烯酸聚氨酯涂料的厚涂。一方面，通过控制体系中采用低羟值羟基丙烯酸树脂，尤其是控制低羟值羟基丙烯酸树脂的羟基含量(基于固体含量)为2-3％，使提供的厚涂聚氨酯面漆材料实现90μm膜厚不起痱子。发明人分析原因可能为：控制低羟值羟基丙烯酸树脂的羟基含量(基于固体含量)为2-3％，使丙烯酸树脂侧链上的活性官能官有效用于后期交联，增大树脂的极性，改良漆膜的附着力和润湿分散性的同时，降低后期交联固化速度，使反应生成的CO2可以在漆膜表面干燥前彻底挥发出去，不容易出现起痱子现象。
另一方面，本发明采用特定的多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂，与体系中的低羟值羟基丙烯酸树脂具有优异的相容性，保证厚涂聚氨酯面漆材料的稳定性和综合性能，同时多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂与低羟值羟基丙烯酸树脂的交联固化反应较慢，且不易与水发生反应，使固化后得到的漆膜具有高光泽、高丰满度、高无泡膜厚以及优异的耐候性。
第三方面，本发明通过采用高沸点的醇醚类成膜助剂，尤其是采用二丙二醇丁醚和/或二乙二醇丁醚作为成膜助剂，通过控制水性聚氨酯面漆的表干速度，使反应生成的气体在固化的同时彻底挥发，从而实现施工时做到高膜厚而不起痱子。
本发明另一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料的制备方法，至少包括以下步骤：
(1)清洗高速分散机的分散盘、分散轴以及所用容器；
(2)向容器中加入40-60wt％羟基丙烯酸树脂、40-60wt％溶剂、分散剂、消泡剂，pH调节剂搅拌均匀；
(3)之后加入颜料、填料，搅拌均匀后用少量水清洗容器内壁，确保内壁无粉料残留；
(4)搅拌均匀后，进清洗后的研磨机，待浆料细度研磨到20μm以下，将浆料、剩余的羟基丙烯酸树脂和溶剂，成膜助剂，增稠剂，色浆以及流平剂加入到拉缸中，搅拌8-15分钟得到主剂；
(5)将主剂和水性固化剂按质量比混合即得。
作为一种优选的技术方案，所述步骤(4)中研磨机通冷却水保证研磨温度不超过60℃。
有益效果
1、本发明提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，通过低羟值羟基丙烯酸树脂、多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂、高沸点的醇醚类成膜助剂以及其他原料的共同作用，保证漆膜的综合性能的同时，实现水性丙烯酸聚氨酯涂料的厚涂。
2、基于本发明体系，通过控制体系中采用低羟值羟基丙烯酸树脂，尤其是控制低羟值羟基丙烯酸树脂的羟基含量(基于固体含量)为2-3％，使提供的厚涂聚氨酯面漆材料实现90μm膜厚不起痱子。
3、本发明通过采用特定的多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂，与体系中的低羟值羟基丙烯酸树脂具有优异的相容性，保证厚涂聚氨酯面漆材料的稳定性和综合性能，同时多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂与低羟值羟基丙烯酸树脂的交联固化反应较慢，且不易与水发生反应，使固化后得到的漆膜具有高光泽、高丰满度、高无泡膜厚以及优异的耐候性。
4、本发明通过采用高沸点的醇醚类成膜助剂，尤其是采用二丙二醇丁醚和/或二乙二醇丁醚作为成膜助剂，通过控制水性聚氨酯面漆的表干速度，使反应生成的气体在固化的同时彻底挥发，从而实现施工时做到高膜厚而不起痱子。
5、基于本发明体系，通过采用质量比为(1-2)：(0.5-1.5)RM-8W、TT-615增稠剂的组合，在加工过程中具有良好的抗辊涂飞溅性、防沉降性能和抗流挂性能，同时不影响后续固化后得到的漆膜光泽。
附图说明
图1为本发明实施例制备得到的面漆实际产品图。
具体实施方式
实施例1
本发明的实施例1一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，包括主剂和水性固化剂，所述主剂和水性固化剂的质量比为85：15；按照重量份计，所述主剂的制备原料包括：羟基丙烯酸树脂45份、溶剂15份、成膜助剂6份、填料14份、颜料2份、pH调节剂0.5份、分散剂1份、消泡剂0.5份、加工助剂1份。
所述羟基丙烯酸树脂为低羟值羟基丙烯酸树脂；所述低羟值羟基丙烯酸树脂的型号为HAR863。所述低羟值羟基丙烯酸树脂来源于昆山卡斯特高分子材料有限公司。
所述成膜助剂为高沸点醇醚类成膜助剂；所述高沸点醇醚类成膜助剂为二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚，所述二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的质量比为1:1。
所述溶剂为水；
所述填料为超细硫酸钡，所述超细硫酸钡购买自阿拉丁。
所述分散剂为TEGO Dispers 760W。
所述pH调节剂为异丙醇胺。
所述颜料为氧化铁红；
所述消泡剂为TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的组合；所述TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的质量比为1：4。
所述加工助剂包括色浆、流平剂、增稠剂；所述色浆、流平剂、增稠剂的质量比为0.2：0.2：0.6。
所述增稠剂为RM-8W、TT-615的组合；所述RM-8W、TT-615的质量比为1.5：1。所述RM-8W、TT-615均来源于陶氏化学。
所述流平剂为TEGO Glide B 1484。
所述色浆为水性纳米色浆，所述水性纳米色浆来源于三升贸易有限公司。
所述水性固化剂为水性聚氨酯固化剂；所述水性聚氨酯固化剂为多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂。所述多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂的型号为280，来源于万华化学。
本发明的实施例1另一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗高速分散机的分散盘、分散轴以及所用容器；
(2)向容器中加入50wt％羟基丙烯酸树脂、50wt％溶剂、分散剂、消泡剂，pH调节剂搅拌均匀；
(3)之后加入颜料、填料，搅拌均匀后用少量水清洗容器内壁，确保内壁无粉料残留；
(4)搅拌均匀后，进清洗后的研磨机，待浆料细度研磨到15±2μm，将浆料、剩余的羟基丙烯酸树脂和溶剂，成膜助剂，增稠剂，色浆以及流平剂加入到拉缸中，搅拌10分钟得到主剂；
(5)将主剂和水性固化剂按质量比混合即得。
所述步骤(4)中研磨机通冷却水保证研磨温度为50±5℃。
实施例2
本发明的实施例2一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，包括主剂和水性固化剂，所述主剂和水性固化剂的质量比为90：10；按照重量份计，所述主剂的制备原料包括：羟基丙烯酸树脂50份、溶剂15份、成膜助剂10份、填料10份、颜料2份、pH调节剂0.5份、分散剂1份、消泡剂0.5份、加工助剂1份。
所述羟基丙烯酸树脂为低羟值羟基丙烯酸树脂；所述低羟值羟基丙烯酸树脂的型号为HAR867。所述低羟值羟基丙烯酸树脂来源于昆山卡斯特高分子材料有限公司。
所述成膜助剂为高沸点醇醚类成膜助剂；所述高沸点醇醚类成膜助剂为二丙二醇丁醚。
所述溶剂为水；
所述填料为超细硫酸钡，所述超细硫酸钡购买自阿拉丁。
所述分散剂为TEGO Dispers 760W。
所述pH调节剂为异丙醇胺。
所述颜料为氧化铁红；
所述消泡剂为TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的组合；所述TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的质量比为1：4。
所述加工助剂包括色浆、流平剂、增稠剂；所述色浆、流平剂、增稠剂的质量比为0.2：0.2：0.6。
所述增稠剂为RM-8W、TT-615的组合；所述RM-8W、TT-615的质量比为1.5：1。所述RM-8W、TT-615均来源于陶氏化学。
所述流平剂为TEGO Glide B 1484。
所述色浆为水性纳米色浆，所述水性纳米色浆来源于三升贸易有限公司。
所述水性固化剂为水性聚氨酯固化剂；所述水性聚氨酯固化剂为多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂。所述多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂的型号为280，来源于万华化学。
本发明的实施例2另一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗高速分散机的分散盘、分散轴以及所用容器；
(2)向容器中加入50wt％羟基丙烯酸树脂、50wt％溶剂、分散剂、消泡剂，pH调节剂搅拌均匀；
(3)之后加入颜料、填料，搅拌均匀后用少量水清洗容器内壁，确保内壁无粉料残留；
(4)搅拌均匀后，进清洗后的研磨机，待浆料细度研磨到15±2μm，将浆料、剩余的羟基丙烯酸树脂和溶剂，成膜助剂，增稠剂，色浆以及流平剂加入到拉缸中，搅拌10分钟得到主剂；
(5)将主剂和水性固化剂按质量比混合即得。
所述步骤(4)中研磨机通冷却水保证研磨温度为50±5℃。
实施例3
本发明的实施例3一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，包括主剂和水性固化剂，所述主剂和水性固化剂的质量比为80：20；按照重量份计，所述主剂的制备原料包括：羟基丙烯酸树脂40份、溶剂15份、成膜助剂5份、填料15份、颜料2份、pH调节剂0.5份、分散剂1份、消泡剂0.5份、加工助剂1份。
所述羟基丙烯酸树脂为低羟值羟基丙烯酸树脂；所述低羟值羟基丙烯酸树脂的型号为HAR863、HAR865、HAR867。所述低羟值羟基丙烯酸树脂来源于昆山卡斯特高分子材料有限公司。
所述成膜助剂为高沸点醇醚类成膜助剂；所述高沸点醇醚类成膜助剂为二乙二醇丁醚。
所述溶剂为水；
所述填料为超细硫酸钡，所述超细硫酸钡购买自阿拉丁。
所述分散剂为TEGO Dispers 760W。
所述pH调节剂为异丙醇胺。
所述颜料为氧化铁红；
所述消泡剂为TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的组合；所述TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的质量比为1：4。
所述加工助剂包括色浆、流平剂、增稠剂；所述色浆、流平剂、增稠剂的质量比为0.2：0.2：0.6。
所述增稠剂为RM-8W、TT-615的组合；所述RM-8W、TT-615的质量比为1.5：1。所述RM-8W、TT-615均来源于陶氏化学。
所述流平剂为TEGO Glide B 1484。
所述色浆为水性纳米色浆，所述水性纳米色浆来源于三升贸易有限公司。
所述水性固化剂为水性聚氨酯固化剂；所述水性聚氨酯固化剂为多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂。所述多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂的型号为280，来源于万华化学。
本发明的实施例3另一方面提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗高速分散机的分散盘、分散轴以及所用容器；
(2)向容器中加入50wt％羟基丙烯酸树脂、50wt％溶剂、分散剂、消泡剂，pH调节剂搅拌均匀；
(3)之后加入颜料、填料，搅拌均匀后用少量水清洗容器内壁，确保内壁无粉料残留；
(4)搅拌均匀后，进清洗后的研磨机，待浆料细度研磨到15±2μm，将浆料、剩余的羟基丙烯酸树脂和溶剂，成膜助剂，增稠剂，色浆以及流平剂加入到拉缸中，搅拌10分钟得到主剂；
(5)将主剂和水性固化剂按质量比混合即得。
所述步骤(4)中研磨机通冷却水保证研磨温度为50±5℃。
对比例1
本发明的对比例1提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述羟基丙烯酸树脂的型号为BT3465，购买于广东波特新材料有限公司。
对比例2
本发明的对比例2提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述成膜助剂为丙二醇单丁醚。
对比例3
本发明的对比例3提供了一种厚涂聚氨酯面漆材料，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述水性固化剂替换为G-800水性固化剂，购买自江门市聚力化工科技有限公司。
性能测试方法
将本发明实施例和对比例得到的厚涂聚氨酯面漆材料在彩钢板表面进行施工，施工条件为：流平3分钟，90℃下烘烤20分钟，实施例1-3及对比例1-3得到的面漆膜厚分别为90.8μm、90.5μm、90μm、85μm、90μm、90μm。
参照HG/T4761-2014《水性聚氨酯涂料》中金属表面用涂料产品性能测试标准及要求以及HG/T4339-2012《工程机械涂料》中聚氨酯面漆产品及涂层体系性能测试标准及要求，性能测试结果参见表1、表2。
表1HG/T4761-2014《水性聚氨酯涂料》中金属表面用涂料产品性能要求及实施例、对比例性能测试结果。
表2HG/T4339-2012《工程机械涂料》中聚氨酯面漆产品及涂层体系性能要求及实施例、对比例性能测试结果。
Claims (1)
1.一种厚涂聚氨酯面漆材料，其特征在于，由主剂和水性固化剂组成，所述主剂和水性固化剂的质量比为85：15；按照重量份计，所述主剂的制备原料由以下原料组成：羟基丙烯酸树脂45份、溶剂15份、成膜助剂6份、填料14份、颜料2份、pH调节剂0.5份、分散剂1份、消泡剂0.5份、加工助剂1份；
所述羟基丙烯酸树脂为低羟值羟基丙烯酸树脂；所述低羟值羟基丙烯酸树脂的型号为HAR863；
所述成膜助剂为高沸点醇醚类成膜助剂；所述高沸点醇醚类成膜助剂为二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚，所述二丙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的质量比为1:1；
所述溶剂为水；所述填料为超细硫酸钡；所述分散剂为TEGO Dispers 760W；所述pH调节剂为异丙醇胺；所述颜料为氧化铁红；
所述消泡剂为TEGO Airex 932和TEGO Airex 920的组合；所述TEGO Airex 932和TEGOAirex 920的质量比为1：4；
所述加工助剂包括色浆、流平剂、增稠剂；所述色浆、流平剂、增稠剂的质量比为0.2：0.2：0.6；
所述增稠剂为RM-8W、TT-615的组合；所述RM-8W、TT-615的质量比为1.5：1；
所述流平剂为TEGO Glide B 1484；
所述色浆为水性纳米色浆；
所述水性固化剂为水性聚氨酯固化剂；所述水性聚氨酯固化剂为多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂；所述多异氰酸酯类水性聚氨酯固化剂的型号为Aquolin® 280；
所述厚涂聚氨酯面漆材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗高速分散机的分散盘、分散轴以及所用容器；
（2）向容器中加入50wt%羟基丙烯酸树脂、50wt %溶剂、分散剂、消泡剂，pH调节剂搅拌均匀；
（3）之后加入颜料、填料，搅拌均匀后用少量水清洗容器内壁，确保内壁无粉料残留；
（4）搅拌均匀后，进清洗后的研磨机，待浆料细度研磨到15±2μm，将浆料、剩余的羟基丙烯酸树脂和溶剂，成膜助剂，增稠剂，色浆以及流平剂加入到拉缸中，搅拌10分钟得到主剂；
（5）将主剂和水性固化剂按质量比混合即得；
所述步骤（4）中研磨机通冷却水保证研磨温度为50±5℃。
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