CN115926600A - 一种水性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯涂料及其制备方法和应用。本发明提供的水性聚氨酯涂料包括漆料和固化剂，所述漆料包括以下质量百分含量的组分：第一水性羟基丙烯酸分散体20～30％；第二水性羟基丙烯酸分散体20～30％；水性有机膨润土0.5～1.5％；分散剂0.5～3％；颜填料5～25％；颜填料润湿剂0.5～2％；无机填料5～20％；消泡剂0.2～2.0％；中和剂0.1～0.6％；增稠剂0.1～1.0％；流平剂0.3～2.0％；助溶剂1～3％；水6～18％；所述固化剂包括以下质量百分含量的组分：异氰酸酯固化剂60～70％；溶解剂30～40％。本发明提供的水性聚氨酯涂料具有抗起痱效果。
Description
技术领域
本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯涂料及其制备方法和应用。
背景技术
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，一般是指主链上含有氨基甲酸酯键重复结构单元的高分子化合物，通常是由二元或多元异氰酸酯与含两个或多个活泼氢的化合物通过逐步聚合或加成聚合制得。聚氨酯材料不但具有优良的物理化学性能，如耐化学品性、力学性能良好等，而且施工温度范围广。
水性聚氨酯涂料是指以水作为溶剂，将聚氨酯树脂溶解或分散于水中而形成的一种水性涂料。水性聚氨酯涂料以水为基本介质，具有不燃、气味小、不污染环境、节能、施工方便等优点，逐步受到了人们的重视，广泛作为装饰漆进行使用。
目前，当采用水性聚氨酯涂料作为装饰漆时，常采用增加漆膜厚度的方式增加装饰效果，因此需要增加水性聚氨酯的喷涂量。但是传统的水性聚氨酯涂料为双组分涂料，将双组分混合后进行喷涂，在成膜的过程中，漆膜表面容易产生气泡(即起痱)，进而影响装饰漆的外观。现有的水性聚氨酯涂料只能保证在漆膜厚度80μm以下时防止起痱现象的发生，而对于漆膜在80μm以上时仍很难防止发生起痱，限制了水性聚氨酯涂料在厚涂型装饰漆中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯涂料及其制备方法和应用，本发明提供的聚氨酯涂料具有优异的抗起痱性能。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种水性聚氨酯涂料，包括独立分装的漆料和固化剂，
所述漆料包括以下质量百分含量的组分：第一水性羟基丙烯酸分散体20～30％；第二水性羟基丙烯酸分散体20～30％；水性有机膨润土0.5～1.5％；分散剂0.5～3％；颜填料5～25％；颜填料润湿剂0.5～2％；无机填料5～20％；消泡剂0.2～2.0％；中和剂0.1～0.6％；增稠剂0.1～1.0％；流平剂0.3～2.0％；助溶剂1～3％；水6～18％；
所述固化剂包括以下质量百分含量的组分：异氰酸酯固化剂60～70％；溶解剂30～40％；
所述第一水性羟基丙烯酸分散体的粒径为300～500nm；
所述第二水性羟基丙烯酸分散体的粒径为100～300nm，且不为300nm。
优选的，所述漆料和固化剂的质量比为4～8：1。
优选的，所述流平剂包括第一流平剂和第二流平剂；
所述第一流平剂包括迪高TWIN-4100流平剂、迪高TWIN-4000流平剂、毕克BYK-346、迪高TEGO-100流平剂和道康宁DC57流平剂中的一种或几种；
所述第二流平剂包括毕克BYK-WS流平剂和/或BYK-AQ流平剂。
优选的，所述第一流平剂和第二流平剂的质量比为0.1～0.5：0.2～1.5。
优选的，所述异氰酸酯固化剂包括HDI异氰酸酯固化剂。
优选的，所述消泡剂包括有机硅消泡剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
将第一水性羟基丙烯酸分散体、第二水性羟基丙烯酸分散体、水性有机膨润土、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、消泡剂、中和剂、增稠剂、流平剂、助溶剂和水第一混合，得到漆料；
将异氰酸酯固化剂和溶解剂第二混合，得到固化剂。
优选的，所述第一混合包括：
将第一水性羟基丙烯酸分散体、水性有机膨润土、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、部分消泡剂、部分中和剂和部分水一级混合，得到一级混合料；
将所述一级混合料和第二水性羟基丙烯酸分散体、剩余中和剂、增稠剂、剩余消泡剂、流平剂、助溶剂、剩余水二级混合。
优选的，所述部分消泡剂和剩余消泡剂的质量比为0.1～1.0：0.1～1.0；
所述部分中和剂和剩余中和剂的质量比为0.1～0.5：0.01～0.1；
所述部分水和剩余水的质量比为5～15：1～3。
本发明还提供了上述技术方案所述的水性聚氨酯涂料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的水性聚氨酯涂料作为厚涂型装饰漆的应用。
本发明提供了一种水性聚氨酯涂料，包括独立分装的漆料和固化剂，所述漆料包括以下质量百分含量的组分：第一水性羟基丙烯酸分散体20～30％；第二水性羟基丙烯酸分散体20～30％；水性有机膨润土0.5～1.5％；分散剂0.5～3％；颜填料5～25％；颜填料润湿剂0.5～2％；无机填料5～20％；消泡剂0.2～2.0％；中和剂0.1～0.6％；增稠剂0.1～1.0％；流平剂0.3～2.0％；助溶剂1～3％；水6～18％；所述固化剂包括以下质量百分含量的组分：异氰酸酯固化剂60～70％；溶解剂30～40％；所述第一水性羟基丙烯酸分散体的粒径为300～500nm；所述第二水性羟基丙烯酸分散体的粒径为100～300nm，且不为300nm。在本发明中，将粒径不同的第一水性羟基丙烯酸分散体和第二水性羟基丙烯酸分散体搭配使用，得到的水性聚氨酯涂料喷涂后进行干燥的过程中，能够有效的减慢漆膜内部各组分的循环运动，延长羟基和异氰酸酯的反时间，进而使产生的气泡能够有充足的时间排出漆膜，防止漆膜起痱现象的发生。根据实施例的测试结果可知，本发明提供的水性聚氨酯涂料，能够在漆膜厚度为100～150μm时，有效防止起痱现象的发生。
具体实施方式
本发明提供了一种水性聚氨酯涂料，包括独立分装的漆料和固化剂，
所述漆料包括以下质量百分含量的组分：第一水性羟基丙烯酸分散体20～30％；第二水性羟基丙烯酸分散体20～30％；水性有机膨润土0.5～1.5％；分散剂0.5～3％；颜填料5～25％；颜填料润湿剂0.5～2％；无机填料5～20％；消泡剂0.2～2.0％；中和剂0.1～0.6％；增稠剂0.1～1.0％；流平剂0.3～2.0％；助溶剂1～3％；水6～18％；
所述固化剂包括以下质量百分含量的组分：异氰酸酯固化剂60～70％；溶解剂30～40％；
所述第一水性羟基丙烯酸分散体的粒径为300～500nm；
所述第二水性羟基丙烯酸分散体的粒径为100～300nm，且不为300nm。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括第一水性羟基丙烯酸分散体20～30％，进一步优选为22～28％，更优选为23～25％。在本发明中，所述第一水性羟基丙烯酸分散体的粒径为300～500nm，进一步优选为320～480nm，更优选为350～450nm。在本发明中，所述第一水性羟基丙烯酸分散体优选包括湛新
6515丙烯酸分散体、富琪森AQUAPAC-8222丙烯酸分散体、富琪森AQUAPAC-8233丙烯酸分散体和BayhydrolA 145丙烯酸分散体和Bayhydrol 2470丙烯酸分散体中的一种或几种。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括第二水性羟基丙烯酸分散体20～30％，进一步优选为22～28％，更优选为23～25％。在本发明中，所述第二水性羟基丙烯酸分散体的粒径为100～300nm，且不为300nm，进一步优选为120～280nm，更优选为150～250nm。在本发明中，所述第二水性羟基丙烯酸分散体优选包括万华Antkote 2035丙烯酸分散体、万华Antkote 2033丙烯酸分散体、万华Antkote 2042N分散体和万华Antkote 0676丙烯酸分散体中的一种或几种。
在本发明中，将粒径不同的第一水性羟基丙烯酸分散体和第二水性羟基丙烯酸分散体搭配使用，得到的水性聚氨酯涂料喷涂后进行干燥的过程中，能够减慢漆膜内部各组分的循环运动，延长羟基和异氰酸酯的反应速率，成膜过程中大粒径的树脂更容易向漆膜表面迁移，使气泡溢出时的空隙更大，进而使产生的气泡能够有充足的时间和空间排出漆膜，防止漆膜起痱现象的发生。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括水性有机膨润土0.5～1.5％，进一步优选为0.6～1.2％，更优选为0.8～1.0％。在本发明中，所述水性有机膨润土优选包括毕克Laponite RD有机膨润土、海明斯德谦BENTONE LT有机膨润土和海明斯德谦BENTONE LB有机膨润土中的一种或几种。在本发明中，所述有机膨润土能够使颜填料很好的悬浮在树脂和水中，不易产生沉降，形成牛顿型流体，适用于各种涂装类型。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括分散剂0.5～3％，进一步优选为0.8～2.8％，更优选为1.0～2.5％。在本发明中，所述分散剂优选包括迪高TEGO 755W分散剂、迪高TEGO 740W分散剂、毕克BYK-190分散剂、米克斯855W分散剂、明凌
494分散剂、明凌
490分散剂和深竹化工SN-1790分散剂中的一种或几种。在本发明中，所述分散剂能够润湿颜填料，使颜料展现很好的着色力，颜填料均能很好的溶解在水中，浆料形成均匀的流体，贮存好，不沉淀。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括颜填料5～25％，进一步优选为8～22％，更优选为10～20％。在本发明中，所述颜填料优选包括钛白粉、酞青蓝和RED KP红中的一种或几种。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括颜填料润湿剂0.5～2％，进一步优选为0.8～1.8％，更优选为1.0～1.5％。在本发明中，所述颜填料润湿剂优选包括美国气体化工生产的Surfynol 104BC润湿剂、Surfynol 104E润湿剂、迪高TEGO Twin 4000润湿剂、TEGO Twin 4100润湿剂、TEGO Wet 240润湿剂、TEGO Wet 250润湿剂、TEGO Wet 270润湿剂和TEGO Wet 500润湿剂中的一种或几种。在本发明中，所述颜填料润湿剂能够使颜填料能均匀分散在水中，漆膜不产生缩孔，并且使颜料能均匀分布在树脂中，不产生浮色发花，保证漆膜颜色的均一性。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括无机填料5～20％，进一步优选为6～15％，更优选为8～10％。在本发明中，所述无机填料优选包括滑石粉、硫酸钡和气相二氧化硅中的一种或几种。在本发明中，所述无机填料能够通过提高漆膜的体积固体来提高涂覆率，来降低用户的使用成本，同时可以通过调整不同吸油量的无机填料的比例，来调整漆膜的光泽，光泽范围可满足哑光、半光、高光的需求。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括消泡剂0.2～2.0％，进一步优选为0.5～1.8％，更优选为0.8～1.5％。在本发明中，所述消泡剂优选包括有机硅消泡剂；所述有机硅消泡剂进一步优选包括迪高TEGO 901W消泡剂、迪高TEGO 902W消泡剂、迪高TEGO 801W消泡剂、迪高TEGO 810W消泡剂、迪高TEGO 904W消泡剂、迪高TEGOAirex 910消泡剂和TEGOAirex 920消泡剂中的一种或几种。在本发明中，所述有机硅消泡剂能够有效的减少涂料在生产和使用过程中机械泡的产生，在生产过程中缩小漆料的体积，减少生产空间，在使用过程中，不会由于搅拌产生二次机械泡，影响漆膜外观。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括中和剂0.1～0.6％，进一步优选为0.2～0.5％，更优选为0.3～0.4％。在本发明中，所述中和剂优选包括二甲基乙醇胺(DMEA)。在本发明中，所述中和剂能够有效提高涂料的储存稳定性，有效防止涂料在后期储存的过程中，发生返酸和树脂油性化现象的发生。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括增稠剂0.1～1.0％，进一步优选为0.2～0.9％，更优选为0.3～0.8％。在本发明中，所述增稠剂优选包括水性聚氨酯增稠剂；所述水性聚氨酯增稠剂优选包括海明斯德谦RHEOLATE 299增稠剂、陶氏DOW RM-8W增稠剂和陶氏DOW RM-12W增稠剂、海明斯德谦RHEOLATE FX 1010增稠剂、海明斯德谦DeuRheo WT-105A增稠剂和海明斯德谦DeuRheo WT-102增稠剂中的一种或几种。在本发明中，所述水性聚氨酯增稠剂能够保证涂料贮存的稳定性，不会产生沉淀，同时可以确保兑稀喷涂时的抗流挂性。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括流平剂0.3～2.0％，进一步优选为0.5～1.8％，更优选为0.8～1.5％。在本发明中，所述流平剂优选包括第一流平剂和第二流平剂。在本发明中，所述第一流平剂优选包括迪高TWIN-4100流平剂、迪高TWIN-4000流平剂、毕克BYK-346、迪高TEGO-100流平剂和道康宁DC57流平剂中的一种或几种。在本发明中，所述第二流平剂优选包括毕克BYK-WS流平剂和/或BYK-AQ流平剂。在本发明中，所述第一流平剂和第二流平剂的质量比优选为0.1～0.5：0.2～1.5，进一步优选为0.2～0.4：0.3～1.3，更优选为0.2～0.3：0.5～1.0。在本发明中，所述第二流平剂能够延长漆膜的表干时间，能够使漆膜中产生的气泡有充足的时间进行排出，进一步防止漆膜起痱现象的发生。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括助溶剂1～3％，进一步优选为1.2～2.8％，更优选为1.5～2.5％。在本发明中，所述助溶剂优选包括醇酯-12、二丙二醇丁醚(DPNB)和丙二醇丁醚(PNB)中的一种或几种。在本发明中，所述助溶剂能够在成膜时增加树脂与固化剂的相容性，确保-OH和-NCO的反应活性，同时能调整表干速率，和协同消泡剂调整消泡性。
以质量百分含量计，本发明提供的漆料包括水6～18％，进一步优选为7～15％，更优选为10～12％。
以质量百分含量计，本发明提供的固化剂包括异氰酸酯固化剂60～70％，进一步优选为62～68％，更优选为64～65％。在本发明中，所述异氰酸酯固化剂优选包括HDI异氰酸酯固化剂；所述HDI异氰酸酯固化剂优选包括万华Aquolin 161固化剂、万华Aquolin 268固化剂、万华Aquolin 270固化剂、万华Aquolin 269固化剂、万华Aquolin280固化剂、拜耳BayhydurXP 2655固化剂、巴斯夫BasonatHW2100和康睿EasaquaXD803固化剂中的一种或几种。
以质量百分含量计，本发明提供的固化剂包括溶解剂30～40％，进一步优选为32～38％，更优选为33～35％。在本发明中，所述溶解剂优选包括丙二醇二乙酸酯(PGDA)和/或乙二醇丁醚乙酸酯(BGA)。
本发明提供的水性聚氨酯涂料包括独立分装的漆料和固化剂。本发明通过将漆料和固化剂独立分装，可以避免水性聚氨酯涂料在存放时发生交联固化。
在本发明中，所述漆料和固化剂的质量比优选为4～8：1，进一步优选为5～7：1，更优选为6：1。
在本发明中，所述水性聚氨酯涂料的pH值优选为8～10。
本发明还提供了上述技术方案所述的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
将第一水性羟基丙烯酸分散体、第二水性羟基丙烯酸分散体、水性有机膨润土、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、消泡剂、中和剂、增稠剂、流平剂、助溶剂和水第一混合，得到漆料；
将异氰酸酯固化剂和溶解剂第二混合，得到固化剂。
在本发明中，所述第一混合优选包括：
将第一水性羟基丙烯酸分散体、水性有机膨润土、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、部分消泡剂、部分中和剂和部分水一级混合，得到一级混合料；
将所述一级混合料和第二水性羟基丙烯酸分散体、剩余中和剂、增稠剂、剩余消泡剂、流平剂、助溶剂、剩余水二级混合。
在本发明中，所述一级混合优选包括：
将水性有机膨润土和部分水预混，得到预混料；
将所述预混料和第一水性羟基丙烯酸分散体、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、部分消泡剂、部分中和剂依次进行再混和砂磨。
在本发明中，所述预混优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为300～500rpm，时间优选为10～15min。
在本发明中，所述再混优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为500～800rpm，时间优选为10～15min。在本发明中，所述砂磨采用的锆珠的直径优选为1.8～2.2mm；所述研磨的转速优选为500～800rpm，时间优选为30～60min。在本发明中，所述砂磨优选在砂磨机中进行。
在本发明中，所述二级混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为300～500rpm，时间优选为15～30min。
在本发明中，所述部分消泡剂和剩余消泡剂的质量比优选为0.1～1.0：0.1～1.0，进一步优选为0.2～0.9：0.2～0.9，更优选为0.3～0.8：0.3～0.8。在本发明中，所述部分中和剂和剩余中和剂的质量比优选为0.1～0.5：0.01～0.1，进一步优选为0.2～0.4：0.02～0.09，更优选为0.2～0.3：0.03～0.08。在本发明中，所述部分水和剩余水的质量比优选为5～15：1～3，进一步优选为6～12：1～2，更优选为8～10：1～2。
本发明对所述第二混合的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的水性聚氨酯涂料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的水性聚氨酯涂料作为厚涂型装饰漆的应用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种水性聚氨酯涂料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3
参照表1的配比；
将部分水和水性有机膨润土混合，在300rpm的转速下搅拌15min，得到预混料；然后将第一水性羟基丙烯酸分散体、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、部分消泡剂和部分中和剂加入上述得到的预混料中，在500rpm的转速下搅拌15min，然后放入砂磨机中，在500rpm的转速下砂磨50min，得到一级混合料；
将第二水性羟基丙烯酸分散体、剩余中和剂、增稠剂、剩余消泡剂、第一流平剂、第二流平剂、助溶剂和剩余水添加到上述一级混合料中，在300rpm的转速下搅拌25min，得到漆料；
将固化剂和溶解剂混合，在300rpm的转速下搅拌20min，得到固化剂；
使用时，将所述漆料和固化剂按照质量比进行混合，在300rpm的转速下搅拌2min，得到所述水性聚氨酯涂料；
表1实施例1～3中水性聚氨酯涂料的原料用量表
性能测试
对实施例1～3得到的水性聚氨酯涂料进行性能测试；
其中，抗痱性能测试过程：
试验方法：将水性聚氨酯涂料分别喷涂在相同材质且尺寸为50cm×50cm×1mm的样板上，涂布湿膜为200～250um、250～300um或300～350um，喷涂完毕之后流平15min，在80℃下烘烤30min，分别观测每种膜厚情况下的样板气孔数量，对比不同膜厚痱子的整体分布情况，并且将漆膜斜切面，用15倍放大镜观察单位面积切面内的膜内针孔；
测试结果如表2所示；
表2实施例1～3得到的水性聚氨酯涂料的的性能测试结果
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种水性聚氨酯涂料，包括独立分装的漆料和固化剂，其特征在于，
所述漆料包括以下质量百分含量的组分：第一水性羟基丙烯酸分散体20～30％；第二水性羟基丙烯酸分散体20～30％；水性有机膨润土0.5～1.5％；分散剂0.5～3％；颜填料5～25％；颜填料润湿剂0.5～2％；无机填料5～20％；消泡剂0.2～2.0％；中和剂0.1～0.6％；增稠剂0.1～1.0％；流平剂0.3～2.0％；助溶剂1～3％；水6～18％；
所述固化剂包括以下质量百分含量的组分：异氰酸酯固化剂60～70％；溶解剂30～40％；
所述第一水性羟基丙烯酸分散体的粒径为300～500nm；
所述第二水性羟基丙烯酸分散体的粒径为100～300nm，且不为300nm。
2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述漆料和固化剂的质量比为4～8：1。
3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述流平剂包括第一流平剂和第二流平剂；
所述第一流平剂包括迪高TWIN-4100流平剂、迪高TWIN-4000流平剂、毕克BYK-346、迪高TEGO-100流平剂和道康宁DC57流平剂中的一种或几种；
所述第二流平剂包括毕克BYK-WS流平剂和/或BYK-AQ流平剂。
4.根据权利要求3所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述第一流平剂和第二流平剂的质量比为0.1～0.5：0.2～1.5。
5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述异氰酸酯固化剂包括HDI异氰酸酯固化剂。
6.根据权利要求1所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述消泡剂包括有机硅消泡剂。
7.权利要求1～6任一项所述的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将第一水性羟基丙烯酸分散体、第二水性羟基丙烯酸分散体、水性有机膨润土、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、消泡剂、中和剂、增稠剂、流平剂、助溶剂和水第一混合，得到漆料；
将异氰酸酯固化剂和溶解剂第二混合，得到固化剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合包括：
将第一水性羟基丙烯酸分散体、水性有机膨润土、分散剂、颜填料、颜填料润湿剂、无机填料、部分消泡剂、部分中和剂和部分水一级混合，得到一级混合料；
将所述一级混合料和第二水性羟基丙烯酸分散体、剩余中和剂、增稠剂、剩余消泡剂、流平剂、助溶剂、剩余水二级混合。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述部分消泡剂和剩余消泡剂的质量比为0.1～1.0：0.1～1.0；
所述部分中和剂和剩余中和剂的质量比为0.1～0.5：0.01～0.1；
所述部分水和剩余水的质量比为5～15：1～3。
10.权利要求1～6任一项所述的水性聚氨酯涂料或权利要求7～9任一项所述的制备方法制备得到的水性聚氨酯涂料作为厚涂型装饰漆的应用。
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