CN115651517A - 一种水性单组份高温固化弹性手感涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水性单组份高温固化弹性手感涂料及其制备方法，按重量分数计，其原料包括以下组分：水性聚氨酯改性二元醇80‑150份；水性聚氨酯分散体50‑100份；中和胺0.3‑1份，水性固化剂5‑8份；分散剂1‑5份；手感绒毛粉5‑15份；消光粉5‑15份；润湿剂0.2‑0.5份；催干剂1‑2份；成膜溶剂5‑15份；去离子水40‑60份。制备的水性单组份高温固化弹性手感涂料，固化温度高(130‑170℃)，储存方便，开桶调配好以后可以长时间使用，不会像双组份产品那样调配好以后有使用时间限制；也不会如光固化涂料产品无法见光保存，使用方便，使用时浪费少。
Description
技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，尤其涉及一种水性单组份高温固化弹性手感涂料及其制备方法。
背景技术
目前市场上普遍应用的柔性手感涂料(包括软性基材和硬性基材)普遍为油性双组份产品，其配方主要采用含溶剂的原材料，VOC(有挥发性有机物)含量高达600-1000g/L，远超国家涂料消费税免征点420g/L。因此，在本领域开发低VOC含量的水性柔性手感涂料具有很大意义。由于水性合成工艺、稳定性与成膜机理与油性产品的不同，已有的水性聚氨酯乳液很难满足柔性手感，抗指纹性，丝印附着，耐候性等要求，因此传统水性聚氨酯成膜后不具备细腻的手感，一般为涩感。
现有的文献资料关于水性弹性手感涂料的研究，多采用双组份体系(CN104231901 A)，可使用时间短，浪费大，且使用成本较高的水性异氰酸酯固化剂，性价比较低。水性光固化弹性手感涂料亦有报道，但同样存在可使用时间的限制(CN 113321954A)。单组份涂料具有可使用时间无限制，使用方便，浪费少的特点，但是采用不加固化剂的单组份手感产品耐性较差，而加入氨基树脂作为固化剂时则往往手感干涩。除此以外，在单独采用水性聚氨酯分散体体作为水性手感涂料主体树脂时，往往会因为水性聚氨酯分散体干燥较快，在喷枪枪口造成积油固化，使枪口堵塞造成出漆不畅，形成不合格品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种水性单组份高温固化弹性手感涂料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种水性单组份高温固化弹性手感涂料，按重量分数计，其原料包括以下组分：水性聚氨酯改性二元醇80-150份；水性聚氨酯分散体50-100份；中和胺0.3-1份，水性固化剂5-8 份；分散剂1-5份；手感绒毛粉5-15份；消光粉5-15份；润湿剂0.2-0.5份；催干剂1-2份；成膜溶剂5-15份；去离子水40-60份。
本发明通过引入水性聚氨酯改性多元醇，配合水性聚氨酯分散体的结构设计以及两者比例的选择，克服了氨基树脂固化带来的干涩手感效果，得到性价比高，可使用时间无限制的水性弹性手感涂料，其采用水性聚氨酯与合成聚氨酯用二元醇乳化所得，由于分子量小，柔韧性好，流平性能极佳的特点，赋予水性单组份高温固化弹性手感涂料手感细腻、光滑、柔软和富有弹性的特征。
优选的，所述水性聚氨酯改性二元醇主要由长链二元醇加入异弗尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、丙二醇甲醚醋酸酯合成聚氨酯二元醇，再加入二甲基乙醇胺、长链二元醇、乙二醇丁醚、水进行乳化后制得。
优选的，所述水性聚氨酯改性二元醇中-NCO/-OH＝0.65-0.90，所述长链二元醇分子量 1500-3500，所述长链二元醇包括聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的任一种或多种的组合；所述二羟甲基丙酸作为阴离子水性化单体，酸值为30-50mgKOH/g；进行乳化时所述聚氨酯二元醇与长链二元醇的质量比例为(3∶7)-(7∶3)。
优选的，所述水性聚氨酯分散体主要由长链二元醇加入异弗尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、丙二醇甲醚醋酸酯反应后进行水性化，再滴加乙二胺水溶液进行扩链后制得。
优选的，所述水性聚氨酯分散体中-NCO/-OH＝1.2-1.6，所述长链二元醇分子量1500-3500，所述长链二元醇包括聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的任一种或多种的组合；所述二羟甲基丙酸作为阴离子水性化单体，酸值为16-30mgKOH/g。
优选的，所述分散剂包括BYK2012、BYK190、BYK191中的一种或多种的组合。
优选的，所述水性固化剂包括氨基树脂、封闭异氰酸酯中的一种或多种的组合，所述氨基树脂包括Cymel 303、Cymel 325、Cymel 327、封闭异氰酸酯SY9170、SY9075中的一种或多种的组合。
优选的，所述手感绒毛粉为聚氨酯弹性粉；所述消光粉为表面处理的二氧化硅；所述润湿剂为有机硅改性复合物；所述催干剂为封闭型酸催化剂；所述成膜溶剂为醇醚类溶剂，所述醇醚类溶剂包括乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚中的一种或多种的组合；所述中和胺为二甲基乙醇胺。
基于总的发明构思，本发明还提供一种水性单组份高温固化弹性手感涂料的制备方法，包括以下步骤：
将水性聚氨酯改性二元醇、成膜溶剂搅拌均匀，保持搅拌时加入部分去离子水、润湿剂、水性固化剂、分散剂、中和胺、催干剂、消光粉、手感绒毛粉，分散均匀或进行研磨；分散后的乳液中加入剩余的去离子水、水性聚氨酯分散体搅拌均匀，即得水性单组份高温固化弹性手感涂料。
具体操作为：(1)将水性聚氨酯改性二元醇、成膜溶剂搅拌均匀，加入一部分去离子水，润湿剂，水性固化剂，分散剂再加入中和胺继续搅拌；
(2)步骤(1)处理后的乳液边搅拌边加入催干剂、消光粉、手感绒毛粉，分散均匀或进行研磨；
(3)往步骤(2)处理后的乳液中加入剩余的去离子水、水性聚氨酯分散体搅拌均匀，即得水性单组份高温固化弹性手感涂料。
优选的，所述研磨时，使颗粒细度降低至≤25um。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明的水性单组份高温固化弹性手感涂料，具有非常优异的手感、弹性，耐乙醇擦洗性、耐RCA纸带摩擦性，耐RCA纸带摩擦可达到50次，同时大大减少了VOC的排量，完全符合环保要求，可广泛应用于各种金属，玻璃，陶瓷等耐高温基材对涂层具有手感要求的场合。
2.本发明的水性单组份高温固化弹性手感涂料，配方中水性聚氨酯改性二元醇的引入，克服了传统水性聚氨酯成膜后不具备细腻的手感，使得漆膜更加细腻柔和。同时，由于水性聚氨酯改性二元醇分子量较小，干燥速度慢，在具有优异流平性能的同时，使涂料本身可连续施工时间延长，使用方便，浪费少，不会由于水性聚氨酯分散体的快干性能导致喷枪堵塞，出漆不顺，从而提高了产品合格率；采用水性聚氨酯改性二元醇作为粉料分散/研磨载体，在生产过程中可以方便的实现高速搅拌，研磨等高机械强度的生产工艺，有效避免水性聚氨酯分散体因高速分散或研磨导致的破乳问题。
3.本发明制备的水性单组份高温固化弹性手感涂料，固化温度高(130-170℃)，储存方便，开桶调配好以后可以长时间使用，不会像双组份产品那样调配好以后有使用时间限制；也不会如光固化涂料产品无法见光保存，使用方便，使用时浪费少。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
一种水性单组份高温固化弹性手感涂料，各组分及其比例见表1所示，其中聚氨酯改性二元醇A、聚氨酯改性二元醇B、聚氨酯分散体C的合成方法如下：
聚氨酯改性二元醇A的合成：
将54份聚碳酸酯二元醇(2000分子量)升温至120℃抽真空除水，然后降温至60℃加入19份异佛尔酮二异氰酸酯，8份二羟甲基丙酸以及40份溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，，搅拌中升温到60℃，待物料稳定后加入催化剂月桂酸正丁基锡，控制反应温度在80-85℃，保温反应5h，然后加入5份二甲基乙醇胺，80份聚碳酸酯二元醇，15份乙二醇丁醚，搅拌均匀后，加入165份去离子水，得到固含约为45wt％聚氨酯改性二元醇。
聚氨酯改性二元醇B的合成：
将54份聚碳酸酯二元醇(2000分子量)升温至120℃抽真空除水，，然后降温至60℃加入16份异佛尔酮二异氰酸酯，7份二羟甲基丙酸以及40份溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，，搅拌中升温到60℃，待物料稳定后加入催化剂月桂酸正丁基锡，控制反应温度在80-85℃，保温反应5h，然后加入5份二甲基乙醇胺，，80份聚碳酸酯二元醇，20份乙二醇丁醚，搅拌均匀后，加入165份去离子水，得到固含约为43wt％聚氨酯改性二元醇。
聚氨酯分散体C的合成：
将400份聚碳酸酯二元醇(2000分子量)升温至120度抽真空除水，然后降温至60度加入110份异佛尔酮二异氰酸酯，2-4份3羟甲基丙烷，28份二羟甲基丙酸以及140份溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌中升温到60℃，待物料稳定后加入催化剂月桂酸正丁基锡，控制反应温度在80-85℃，保温反应5h，然后降温至50℃以下，加入16份二甲基乙醇胺，800份冰水混合物进行水性化，水性化后搅拌5-10min，至充分搅拌均匀，然后将11份乙二胺与80 份去离子水混合物用20-30min滴加加入到水性化后的均匀溶液中进行扩链，待扩链结束得到固含约为36wt％水性聚氨酯分散体。
表1各实施例、对比例的相关组分
将上述合成的水性树脂以及相关组分(表1)按照涂料制备方式进行制备，得到实施例中1-3、对比例中的1-2，对其分别进行施工性以及常规性能检测，得到表2所示性能对比，
水性单组份高温固化弹性手感涂料的制备方法如下，包括以下步骤：
(1)将水性聚氨酯改性二元醇、成膜溶剂搅拌均匀，加入一部分去离子水，润湿剂，固化剂，分散剂再加入中和胺继续搅拌；搅拌转速400-600r/min，搅拌时间5-10min。
(2)步骤(1)处理后的乳液边搅拌边加入催干剂、消光粉、手感绒毛粉，分散均匀；搅拌转速1000-1200r/min，分散时间30-40min，分散过程中需要通过刮细度的方式检测分散细度≤25um，如细度分散达不到要求，可通过研磨的方式进一步降低细度，提高产品细腻度。
(3)往步骤(2)处理后的乳液中加入剩余的去离子水、水性聚氨酯分散体搅拌均匀，即得水性单组份高温固化弹性手感涂料。
制备得到的水性单组份高温固化弹性手感涂料，其固化温度为130-170℃，固化烘烤时间约为20-40min。
表2各实施例、对比例的性能测试
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 施工性能 | 施工无异常 | 施工无异常 | 施工无异常 | 轻微堵枪 | 施工无异常 |
| 外观 | 平整光滑 | 平整光滑 | 平整光滑 | 平整光滑 | 平整光滑 |
| 附着力 | 5B | 5B | 5B | 5B | 5B |
| RCA耐磨 | 50次无露底 | 50次无露底 | 50次无露底 | 50次无露底 | 50次无露底 |
| 耐酒精测试 | ≥50次擦拭 | ≥50次擦拭 | ≥50次擦拭 | ≥50次擦拭 | 40次擦拭破损 |
| 水煮性能 | 80℃*30min | 80℃*30min | 80℃*30min | 80℃*30min | 80℃*30min发粘 |
| 手感性能 | 滑爽柔软 | 滑爽柔软 | 滑爽柔软 | 滑爽柔软 | 干爽性欠佳 |
Claims (10)
1.一种水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，按重量分数计，其原料包括以下组分：水性聚氨酯改性二元醇80-150份；水性聚氨酯分散体50-100份；中和胺0.3-1份，水性固化剂5-8份；分散剂1-5份；手感绒毛粉5-15份；消光粉5-15份；润湿剂0.2-0.5份；催干剂1-2份；成膜溶剂5-15份；去离子水40-60份。
2.根据权利要求1所述的水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯改性二元醇主要由长链二元醇加入异弗尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、丙二醇甲醚醋酸酯合成聚氨酯二元醇，再加入二甲基乙醇胺、长链二元醇、乙二醇丁醚、水进行乳化后制得。
3.根据权利要求2所述的水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯改性二元醇中-NCO/-OH＝0.65-0.90，所述长链二元醇分子量1500-3500，所述长链二元醇包括聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的任一种或多种的组合；所述二羟甲基丙酸作为阴离子水性化单体，酸值为30-50mgKOH/g；进行乳化时所述聚氨酯二元醇与长链二元醇的质量比例为(3∶7)-(7∶3)。
4.根据权利要求1所述的水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体主要由长链二元醇加入异弗尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、丙二醇甲醚醋酸酯反应后进行水性化，再滴加乙二胺水溶液进行扩链后制得。
5.根据权利要求4所述水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体中-NCO/-OH＝1.2-1.6，所述长链二元醇分子量1500-3500，所述长链二元醇包括聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的任一种或多种的组合；所述二羟甲基丙酸作为阴离子水性化单体，酸值为16-30mgKOH/g。
6.根据权利要求1所述的水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，所述分散剂包括BYK2012、BYK190、BYK191中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，所述水性固化剂包括氨基树脂、封闭异氰酸酯中的一种或多种的组合，所述氨基树脂包括Cymel 303、Cymel 325、Cymel 327、封闭异氰酸酯SY9170、SY9075中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1所述的水性单组份高温固化弹性手感涂料，其特征在于，所述手感绒毛粉为聚氨酯弹性粉；所述消光粉为表面处理的二氧化硅；所述润湿剂为有机硅改性复合物；所述催干剂为封闭型酸催化剂；所述成膜溶剂为醇醚类溶剂，所述醇醚类溶剂包括乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚中的一种或多种的组合；所述中和胺为二甲基乙醇胺。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的水性单组份高温固化弹性手感涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水性聚氨酯改性二元醇、成膜溶剂搅拌均匀，保持搅拌时加入部分去离子水、润湿剂、水性固化剂、分散剂、中和胺、催干剂、消光粉、手感绒毛粉，分散均匀或进行研磨；分散后的乳液中加入剩余的去离子水、水性聚氨酯分散体搅拌均匀，即得水性单组份高温固化弹性手感涂料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述研磨时，使颗粒细度降低至≤25um。
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Non-Patent Citations (1)
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| 刘益军，化学工业出版社: "聚氨酯树脂及其应用" * |
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