CN115746683A - 一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新材料领域，公开了一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料及其制备方法和影响。该水性喷涂涂料由以下组分制备得到改性聚氨酯分散体、水性酯分散体、疏水改性聚醚增稠剂、丙烯酸乳液、色浆、水、助剂。本发明的水性喷涂涂料具有低毒、低污染、不含苯类、甲醛等物质，施工过程中和施工后无刺激性气味，环保，VOC含量低等优点。同时，本发明的水性喷涂涂料创新的克服了与改性聚氯乙烯之间的表面张力，其涂层对聚氯乙烯玩具表面具有优异的附着力，以及柔韧性，同时表干时间短，易施工等优异性能。其中，附着力高达4B‑5B，柔韧性表现在涂层弯折大于90°没有开裂，同时表干时间仅需25分钟以内。

Description

一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料及其制备方法和 应用

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，更具体地，涉及一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料及其制备方法和应用。

背景技术

在玩具的制作过程中，表面喷涂涂料是不可缺少的一个环节，传统的工艺采用油性油漆，它具有表干快，易操作，但VOC的排放量大。近年来随着环保对VOC排放量的限制，水性喷涂涂料符合环保发展的要求，在玩具领域中应用显得具有趋势。然而，水性喷涂涂覆材料具有表干慢、附着力差等特点。

通常的改性聚氯乙烯玩具，一方面由于改性聚氯乙烯材料本身具有较好的柔软性和弹性，玩具在使用过程中，往往容易产生很大的形变；另一份方面，喷涂涂层的硬度较大，且附着力不足；这两方面因素使得在玩具表面的喷涂图案存在开裂、涂层剥离等问题。

喷涂涂料的施工工艺是把涂料装在喷枪里，采用喷涂的形式进行喷涂，其喷出来的漆比较薄并且均匀，对于几何形状各异，有小孔、缝隙、凹凸不平之处，涂料均能分布均匀，不同于传统的丝印、水转印工艺。同时，不同施工工艺对涂料的物理性质和化学性质等有显著的区别，这也使得喷涂涂料与丝印和水转印涂料的成分和配比不具备可比性。

例如，现有技术一种高附着力水转印水性涂料及其制备方法，公开了用改性水性丙烯酸树脂分散体40-60份、水性聚氨酯分散体5-10份、水性醋酸纤维素5-10份、水性消泡剂0.1-0.5份、水性防沉助剂0.5-1份、水性润湿剂0.1-0.5份、水性分散剂0.1-7份、水性防腐蚀助剂0.1-0.5份、成膜助剂10-15份、水性颜料10-15份、去离子水10-15份、中和助剂0.2-1.0份。该技术用于解决力水转印技术易脱漆的问题，然而，该技术其存在表干慢、使用固化剂等组份复杂的技术问题。

另外，现有技术公开了一种水性可剥离涂料及其制备方法和该水性可剥离涂料在注塑件的生产中的应用，该可剥离涂料的方案该涂料含有脂肪族阴离子聚氨酯分散体、助溶剂和纳米填料；以所述涂料的总重量为基准，所述脂肪族阴离子聚氨酯分散体的含量为65-90重量％，所述助溶剂的含量为5-20重量％，所述纳米填料的含量为3-20重量％，所述脂肪族阴离子聚氨酯分散体为脂肪族阴离子聚酯型聚氨酯分散体和脂肪族阴离子脂肪酸改性聚氨酯分散体。该专利制备的涂料是用于实现可剥离的特点，满足剥离性和耐温性等要求。可见，该方案的涂料附着性较差、硬度低等缺点。

综上所述，现有的水性涂料中，特别是含有改性水性聚氨酯分散体的涂料，在用于改性聚氯乙烯玩具的喷涂方面，存在着表干慢、附着力差等缺陷，且无法克服聚氯乙烯玩具形变时喷涂图案存在开裂、涂层剥离等技术问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术缺陷，提供一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料；

本发明的另一目的在于提供一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，由以下质量分数的组分制备得到：

其中，所述改性聚氨酯分散体为数均分子量70000～90000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体，半透明至乳白色液体，固含量为39％-41％，25℃粘度为100-200mPa·s，最低成膜温度为小于5℃，酸值为70～80mgKOH/g；

水性聚氨酯分散体为数均分子量120000～140000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体，半透明至乳白色液体，25℃粘度为300-500mPa·s，固含量为45％-50％，酸值为90～110mgKOH/g。

本发明创新地使用数均分子量70000～90000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体与数均分子量120000～140000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体混合协同使用调节附着力和柔韧性，且克服了与改性聚氯乙烯之间的表面张力，以特殊的分子量和高固含量组合，获得成膜性好、附着力强、高柔韧性的喷涂涂料。同时，采用丙烯酸乳液起到了显著协同作用，实现了喷涂涂层粘接强度高，弹性大，断裂伸长率高。通过疏水改性聚醚增稠剂意外实现了操作性好且优化了表干时间等。

优选地，所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的固含量为35％-45％。

优选地，所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，由以下质量分数的组分制备得到：

优选地，所述疏水改性聚醚增稠剂为数均分子量25000～35000的疏水改性聚醚增稠剂，其固含量为20％～25％，25℃粘度为3500～5000mPa·s。所述疏水改性聚醚增稠剂提供良好的漆膜性能，可以提高组合产品的高、低剪切粘度。

优选地，所述丙烯酸乳液为阴离子型，25℃粘度为300～500mPa·s，固含量为39％～41％，酸值为40～50mgKOH/g。所述丙烯酸乳液为半透明至乳白色液体，对改性聚氯乙烯具有优异的附着力，良好的硬度和光泽。

优选地，所述改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体、丙烯酸乳液的质量比为3：2：1。

优选地，所述助剂包括丙二醇甲醚、醇胺有机物、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、聚硅氧烷中的一种或几种。

优选地，所述色浆的固含量为38％～59％，水含量为17％～27％，乙二醇含量为18％～43％。

一种所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按比例取改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体，加入反应容器中充分搅拌分散；

S2.在往反应容器中加入丙烯酸乳液，充分搅拌分散；

S3.在往反应容器中加入助剂，充分搅拌分散；

S4.在往反应容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；

S5.在往反应容器中加入水，充分搅拌分散；

S6.在往反应容器中加入色浆，充分搅拌分散后得到所述水性喷涂涂料。

一种所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的喷涂工艺，包括以下步骤：

(1)取所述水性喷涂涂料和适量纯净水倒入分装容器，将水性喷涂涂料和纯净水搅拌均匀后通入喷涂设备；

(2)在湿度为40％-70％的条件下喷涂于聚氯乙烯改性材料表面，喷涂完成后静置4～6分钟，将聚氯乙烯改性材料表面于55℃～60℃温度下烘烤25～35分钟。

一种所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料在玩具、汽车配件、建材、家电、家具、通讯设备上涂装的应用。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料具有低毒、低污染、不含苯类、甲醛等物质，施工过程中和施工后无刺激性气味，环保，VOC含量低等优点。

本发明的水性喷涂涂料创新的克服了与改性聚氯乙烯之间的表面张力，其涂层对聚氯乙烯玩具表面具有优异的附着力，以及柔韧性，同时表干时间短，易施工等优异性能。其中，附着力高达4B-5B，柔韧性表现在涂层弯折大于90°没有开裂，同时表干时间仅需25分钟以内。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。以下实施例和对比例中使用的原料均为市购。

实施例1

一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，由以下组分制备得到：

其中，改性聚氨酯分散体为数均分子量80000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体，半透明至乳白色液体，固含量为40％，25℃粘度为150mPa·s，最低成膜温度为小于5℃，酸值为75mgKOH/g；

水性聚氨酯分散体为数均分子量120000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体，半透明至乳白色液体，25℃粘度为300mPa·s，固含量为45％，酸值为90mgKOH/g。

疏水改性聚醚增稠剂为数均分子量30000的疏水改性聚醚增稠剂，其固含量为25％，25℃粘度为4000mPa·s。疏水改性聚醚增稠剂提供良好的漆膜性能，可以提高组合产品的高、低剪切粘度。

丙烯酸乳液为阴离子型，25℃粘度为400mPa·s，固含量为40％，酸值为45mgKOH/g。丙烯酸乳液为半透明至乳白色液体，对塑料底材优异的附着力，耐醇擦性能优异，良好的硬度和光泽。

改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体、丙烯酸乳液的质量比为3：2：1。

助剂包括丙二醇甲醚、醇胺有机物、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、聚硅氧烷。

色浆为由Sanga Red 1254、Sanga Yellow 3003和Sanga Blue 6153等原料调配得到的固含量为49％，水含量为20％，乙二醇含量为31％的混合色浆。

一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按比例取改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体，加入反应容器中充分搅拌分散；

S2.在往反应容器中加入丙烯酸乳液，充分搅拌分散；

S3.在往反应容器中加入助剂，充分搅拌分散；

S4.在往反应容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；

S5.在往反应容器中加入水，充分搅拌分散；

S6.在往反应容器中加入色浆，充分搅拌分散后得到水性喷涂涂料。

各个步骤的搅拌速度控制在300～400rpm，分散时间为3～5min。

一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的喷涂工艺，包括以下步骤：

(1)取制备得到的水性喷涂涂料和适量纯净水倒入分装容器，将水性喷涂涂料和纯净水搅拌均匀后通入喷涂设备；

(2)在湿度为60％的条件下喷涂于聚氯乙烯改性材料的玩具表面，喷涂完成后静置5分钟，将聚氯乙烯改性材料表面于60℃温度下烘烤30分钟。

实施例2～6

实施例2～6的原料配比、制备方法和施工工艺与实施例1相似，不同之处如表1所示。

表1实施例2～6的工艺条件

对比例1～5

对比例1～5的原料配比、制备方法和施工工艺与实施例1相似，不同之处如表2所示。

表2对比例1～5的工艺条件

对比例6～9

对比例6～9的原料配比、制备方法和施工工艺与实施例1相似，不同之处如表3所示。

表3对比例6～9的工艺条件

注：“-”表示该条件与实施例1一样。

对比例10～13

对比例10～13的原料配比、制备方法和施工工艺与实施例1相似，不同之处如表4所示。

表4对比例10～13的工艺条件

注：“-”表示该条件与实施例1一样。

对比例14

对比例14的原料配比、制备方法和施工工艺与实施例1相似，不同之处在于：用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的制备方法的步骤顺序不同。

具体地，包括以下步骤：

S1.按比例取改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体，加入反应容器中充分搅拌分散；

S2.在往反应容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；

S3.在往反应容器中加入助剂，充分搅拌分散；

S4.在往反应容器中加入丙烯酸乳液，充分搅拌分散；

S5.在往反应容器中加入水，充分搅拌分散；

S6.在往反应容器中加入色浆，充分搅拌分散后得到水性喷涂涂料。

对比例15～16

对比例15～16的原料配比、制备方法和施工工艺与实施例1相似，不同之处在于用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的喷涂工艺不同，具体如表5所示。

表5对比例15～16的工艺条件

条件	对比例15	对比例16
			喷涂工艺	湿度为30％，50℃温度下烘烤20分钟	湿度为80％，65℃温度下烘烤35分钟

产品品质检测

将上述各实施例和对比例制备得到的水性喷涂涂料采用喷涂于聚氯乙烯玩具的表面上，经后处理后，检测涂层的柔韧性(T弯试验)、附着力(附着力测试干燥条件：75-80℃烘烤30-40分钟(温度>15℃且相对湿度<70％)或达到实干时间)、表干时间(测试条件：温度25℃/相对湿度<70％)、实干时间(55℃～60℃烘烤30分钟，再放置1天。或者55℃～60℃烘烤10分钟，放置2天)等性能，具体检测标准如表6所示，测试结果如表7所示。

表6测试标准

测试项目	参考标准
		柔韧性(T弯试验)	GB/T 30791
附着力	ASTM D 3359
		表干时间	GB/T 1728

表7理化性能检测结果

从表7可知，实施例1中改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体、丙烯酸乳液的质量比为3：2：1，在柔韧性、附着力和表干时间等性能上取得了最优的效果。本发明保护范围内的实施例2～5也在柔韧性、附着力和表干时间等性能上有显著的提升。

从对比例1可知，主要原料中没有水性聚氨酯分散体，对水性喷涂涂料的柔韧性有显著影响，附着力也大幅下降。

从对比例2可知，当没有使用丙烯酸乳液，喷涂涂层的柔韧性和附着力了也均显著恶化，产品的涂层弯折70°开裂。

从对比例3～5可知，改性聚氨酯分散体、水性聚氨酯分散体和丙烯酸乳液的用量以及配比均对水性喷涂涂料的物理和化学性能产生了显著变差的影响。

从对比例6和7意外发现，作为主要原理的改性聚氨酯分散体的分子量和酸值显著增加了涂层的表干时间且降低了附着力和柔韧性。同时，对比例8和9也发现，水性聚氨酯分散体的分子量和酸值也存在相似的影响，但影响幅度不同。

从对比例10～13可知，作为主要功能成分的疏水改性聚醚增稠剂和丙烯酸乳液也对产品性能有较大影响，例如，对比例10发现仅数均分子量40000，粘度为5500mPa·s的疏水改性聚醚增稠剂发生变化，涂层的柔韧性和表干时间也有较大变差。对比例11中使用水性醋酸纤维素，发现其不合适于本发明的涂料体系，喷涂涂料的理化性能大幅变差。对比例12和13发现仅丙烯酸乳液的酸值不同，对该喷涂涂料的性能也带来了变化。

从对比例14意外发现制备方法中不用原料的加入顺序也对水性喷涂涂料的理化性能带来了巨大影响。

从对比例15更清楚的发现了，喷涂工艺条件对涂层性能的影响也十分显著，太低的湿度环境使得涂层的柔韧性显著恶化，然而过高的湿度环境等却明显的增加了表干时间等。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，其特征在于，由以下质量分数的组分制备得到：

其中，所述改性聚氨酯分散体为数均分子量70000～90000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体，半透明至乳白色液体，固含量为39％-41％，25℃粘度为100-200mPa·s，最低成膜温度为小于5℃，酸值为70～80mgKOH/g；

水性聚氨酯分散体为数均分子量120000～140000的脂肪族阴离子聚氨酯分散体，半透明至乳白色液体，25℃粘度为300-500mPa·s，固含量为45％-50％，酸值为90～110mgKOH/g。

2.根据权利要求1所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，其特征在于，由以下质量分数的组分制备得到：

3.根据权利要求1所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，其特征在于，所述疏水改性聚醚增稠剂为数均分子量25000～35000的疏水改性聚醚增稠剂，其固含量为20％～25％，25℃粘度为3500～5000mPa·s。

4.根据权利要求1所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，其特征在于，所述丙烯酸乳液为阴离子型，25℃粘度为300～500mPa·s，固含量为39％～41％，酸值为40～50mgKOH/g。

5.根据权利要求1所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，其特征在于，所述改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体、丙烯酸乳液的质量比为3：2：1。

6.根据权利要求1所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，其特征在于，所述助剂包括丙二醇甲醚、醇胺有机物、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、聚硅氧烷中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料，其特征在于，所述色浆的固含量为38％～59％，水含量为17％～27％，乙二醇含量为18％～43％。

8.根据权利要求1～7任意一项所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按比例取改性聚氨酯分散体与水性聚氨酯分散体，加入反应容器中充分搅拌分散；

S2.在往反应容器中加入丙烯酸乳液，充分搅拌分散；

S3.在往反应容器中加入助剂，充分搅拌分散；

S4.在往反应容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；

S5.在往反应容器中加入水，充分搅拌分散；

S6.在往反应容器中加入色浆，充分搅拌分散后得到所述水性喷涂涂料。

9.根据权利要求1～7任意一项所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料的喷涂工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取所述水性喷涂涂料和适量纯净水倒入分装容器，将水性喷涂涂料和纯净水搅拌均匀后通入喷涂设备；

(2)在湿度为40％-70％的条件下喷涂于聚氯乙烯改性材料表面，喷涂完成后静置4～6分钟，将聚氯乙烯改性材料表面于55℃～60℃温度下烘烤25～35分钟。

10.根据权利要求1～7任意一项所述用于改性聚氯乙烯玩具的水性喷涂涂料在玩具喷涂的应用。