CN116162403B - 一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及水性聚氨酯涂料领域，具体公开了一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆及其制备方法。一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，包括单独存储且使用时按重量比为（6‑8）:1进行混合的主漆和固化剂，所述主漆由包含以下重量份的原料组成：树脂分散体50‑60份；红外热反射钛白粉15‑20份；填料10‑15份；水3‑5份；成膜助剂3‑5份；混合助剂2‑5份；功能助剂4‑8份；所述功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成，且水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的重量比为1:（8‑15）。本申请的水性红外反射双组分聚氨酯面漆，其钢结构表面的应用过程中，能够保持较为突出的稳定性，不易老化和发生脱落。
Description
技术领域
本申请涉及水性聚氨酯涂料领域，更具体地说，它涉及一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆及其制备方法。
背景技术
随着人们环保意识的加强和各国环保法律法规对挥发性有机化合物(VOC)排放量的限制,环保型水性涂料的研究与开发日益受到重视。水性聚氨酯涂料，保留了传统溶剂型聚氨酯涂料所拥有的装饰性、高耐候等优点，同时具有无毒无臭味、不燃不爆、施工方便、易于清理等优点，因而在工业涂料、木器涂料、汽车涂料等领域得到了广泛的应用。
在公开号为CN115197597A的中国发明专利申请文件中公开了一种涂料及其制备方法与应用，其中该涂料包括以下重量份数的制备原料：第一水性丙烯酸改性聚氨酯树脂10份～20份、第二水性丙烯酸改性聚氨酯树脂20份～30份、黑色浆20份～25份和蜡浆5份～8份；所述第一水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的羟基值低于10mgKOH/g；所述第二水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的羟基值为58mgKOH/g～62mgKOH/g。本发明的涂料制备方法简单，采用本发明制得的涂料具有高附着力、低反射率和低VOC值等优点，且耐候性优异，可广泛用于多种基材的表面保护。
对上述中的相关技术，发明人认为，当上述涂料施涂于建筑物及构筑物的钢结构表面时，因钢结构多裸露在外部，长期受到日晒光照影响，自身温度较高，而涂膜并不能进行适应性自我调节，导致涂层快速老化，附着力大大降低，容易发生脱落，后期需频繁进行修补，因此，目前亟需提出一种方案以解决上述技术问题。
发明内容
为了提高水性聚氨酯面漆在钢结构表面应用时的稳定性，本申请提供一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，采用如下的技术方案：
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，包括单独存储且使用时按重量比为(6-8):1进行混合的主漆和固化剂，所述主漆由包含以下重量份的原料组成：
树脂分散体50-60份；
红外热反射钛白粉15-20份；
填料10-15份；
水3-5份；
成膜助剂3-5份；
混合助剂2-5份；
功能助剂4-8份；
所述功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成，且水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的重量比为1:(8-15)。
通过采用上述技术方案，红外热反射钛白粉的加入，使水性红外热反射双组分聚氨酯面漆能对较大范围的太阳红外线进行热反射作用，自动进行热量辐射散热降温，把物体表面的热量辐射出去，大大降低了钢结构表面热的辐射。本申请由于采用水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成的功能助剂，一方面利用水溶性聚苯胺与空气中金属离子的反应形成氧化结合层，能够提高聚氨酯面漆与钢结构间的结合力，且该过程发生在聚氨酯面漆成膜的过程中，能够使涂膜表面形成较多的微凸结构，提高涂膜的辐射面积；另一方面，氨基化碳纳米管的分散性和相容性优异，其表面很容易吸附水溶性聚苯胺，并相互作用形成与钢结构结合紧密的导热网络，使涂膜韧性得到极大提高的同时，涂膜自身与钢结构表面间的自适应温度调节也大大提升；综上，水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管按特定质量比组成的功能助剂，能够使水性红外反射双组分聚氨酯面漆在钢结构表面的应用过程中，保持较为突出的稳定性，不易老化和发生脱落。
优选的，所述水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的重量比为1:10。
通过采用上述技术方案，上述比例的水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管能够在应用时发挥出较为优异的应用效果，不仅使涂膜表面形成的微凸结构较为均匀，还能够使成膜过程中构建的导热网络更加致密，且能够与钢结构之间形成较为稳定的结合，进而使得到的水性红外反射双组分聚氨酯面漆的品质较为突出。
优选的，所述树脂分散体为一种或几种不同羟基含量丙烯酸分散体的组合物。
通过采用上述技术方案，本申请水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成的功能助剂，在一种或几种不同羟基含量丙烯酸分散体组成的树脂分散体中，后续固化成膜过程中均能够发挥出较为稳定的功效作用；因此，上述树脂分散体的使用，均能够得到稳定应用于钢结构表面的水性红外反射双组分聚氨酯面漆。
优选的，所述填料为钛白粉颜料、云母粉、滑石粉和沉淀硫酸钡中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，上述种类的填料与其他各组分原料间具有良好的相容性和结合性，能够充分发挥作用，使水性红外反射双组分聚氨酯面漆应用的到的涂膜具有稳定的机械强度。
优选的，所述成膜助剂为醇酯十二、丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇丁醚和丙二醇甲醚中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，上述种类的成膜助剂，在应用过程中能够起到良好的调节作用，使水性红外反射双组分聚氨酯面漆在固化成膜过程中具有稳定的成膜性，且使涂膜保持较低的孔隙率，进而有利于使水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成的功能助剂充分稳定的发挥作用，得到的涂膜结构也更加均匀稳定。
优选的，所述混合助剂由含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液组成，且含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液的重量比为(8-12):1。
通过采用上述技术方案，含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液能够在混合体系中起到良好稳定的分散作用，聚醚改性有机硅类溶液能够在混合体系中起到良好稳定的消泡作用；二者按上述特定质量比进行组合使用，能够使水性红外反射双组分聚氨酯面漆应用时的流动性得到改善，固化所成涂膜的致密性得到提高，各组分原料间的结合更加稳定，功能作用的发挥更加高效，尤其对辅助功能助剂作用效果的发挥更为突出，能够得到品质更加优异的水性红外反射双组分聚氨酯面漆。
优选的，所述固化剂为HDI二聚体、HDI三聚体、IPDI三聚体和TDI+HDI共聚体中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，上述种类的固化剂均能够在应用过程中发挥稳定的功效作用，使水性红外反射双组分聚氨酯面漆在固化成膜过程中表现出较为优异的粘接性能。
第二方面，本申请提供一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆的制备方法，采用如下的技术方案：
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比准备包含树脂分散体、红外热反射钛白粉、填料、水、成膜助剂、混合助剂、功能助剂和固化剂的原料；
(2)取40％-60％重量份的树脂分散体，加入含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液混合均匀，再加入填料，进行研磨后加入剩余重量份的树脂分散体、成膜助剂、功能助剂和聚醚改性有机硅类溶液，混合均匀，即可得到主漆；
(3)主漆过滤后进行包装，固化剂在氮气保护下进行包装，包装后的主漆和固化剂在使用时按重量比为(6-8):1进行混合，即可得到水性红外反射双组分聚氨酯面漆。
通过采用上述技术方案，本申请水性红外反射双组分聚氨酯面漆的制备步骤较少，工艺简单，便于大规模生产。同时，原料组分的加入，并非一次性加入进行混合，而是采用分步对原料进行混合，如此，不仅便于过程中进行品质控制，还能够使各组分原料充分混合并发挥作用，进而能够得到品质优异的水性红外反射双组分聚氨酯面漆。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
由于本申请采用水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成的功能助剂，不仅能够使涂膜表面形成较多的微凸结构，提高涂膜的辐射面积，还能够形成与钢结构结合紧密的导热网，进而能够使水性红外反射双组分聚氨酯面漆在钢结构表面的应用过程中，保持较为突出的稳定性，不易老化和发生脱落。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的各实施例中所用的原料，除特殊说明之外，其他均为市售：
含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液为毕克公司的BYK190分散剂；
聚醚改性有机硅类溶液为毕克公司BYK024消泡剂；
水溶性聚苯胺购自湖北隆信化工实业有限公司，工业级，固含量为1.5％；
氨基化碳纳米管购自中科金研(北京)科技有限公司，直径8-15nm，长度50um，纯度>95％；红外热反射钛白粉购自为PFR404。
实施例
实施例1
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，包括单独存储且使用时按重量比为7:1进行混合的主漆和固化剂，主漆各组分及其相应的重量如表1所示，且通过以下步骤制备获得：
(1)按配比准备包含树脂分散体、红外热反射钛白粉、填料、水、成膜助剂、混合助剂、功能助剂和固化剂的原料；
(2)取40％-60％重量份的树脂分散体，加入含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液混合均匀，再加入填料，进行研磨后加入剩余重量份的树脂分散体、成膜助剂、功能助剂和聚醚改性有机硅类溶液，混合均匀，即可得到主漆；
(3)主漆过滤后进行包装，固化剂在氮气保护下进行包装，包装后的主漆和固化剂在使用时按重量比为7:1进行混合，即可得到水性红外反射双组分聚氨酯面漆。
注：上述步骤中的功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管按重量比为1:10组成；树脂分散体为羟基含量为4.0的丙烯酸分散体混合物；填料为钛白粉颜料、沉淀硫酸钡按重量比为1:1的组合物；成膜助剂为醇酯十二、二丙二醇单甲醚按重量比为1:1的组合物；固化剂为HDI三聚体；混合助剂由含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液按重量比为10:1组成。
实施例2-3
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，主漆各组分及其相应的重量如表1所示。
表1实施例1-3中主漆各组分及其重量份数(kg/份)
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 树脂分散体 | 55 | 50 | 60 |
| 红外热反射钛白粉 | 17.5 | 15 | 20 |
| 填料 | 12.5 | 10 | 15 |
| 水 | 4 | 3 | 5 |
| 成膜助剂 | 4 | 3 | 5 |
| 混合助剂 | 3.5 | 2 | 5 |
| 功能助剂 | 6 | 4 | 8 |
实施例4
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，主漆和固化剂在使用时按重量比为6:1进行混合。
实施例5
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，主漆和固化剂在使用时按重量比为8:1进行混合。
实施例6
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管按重量比为1:8组成。
实施例7
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管按重量比为1:11.5组成。
实施例8
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管按重量比为1:15组成。
实施例9
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，填料为云母粉和滑石粉按重量比为1:1的组合物。
实施例10
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，成膜助剂为醇酯十二。
实施例11
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，固化剂为IPDI三聚体。
实施例12
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，所述树脂分散体为等重量比的羟基含量为6.0的丙烯酸分散体和羟基含量为8.0的丙烯酸分散体组合物。
实施例13
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，混合助剂由含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液按重量比为8:1组成。
实施例14
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，混合助剂由含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液按重量比为12:1组成。
实施例15
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，混合助剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。
实施例16
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，混合助剂为聚醚改性有机硅类溶液。
实施例17
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，混合助剂由含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液按重量比为7:1组成。
实施例18
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，混合助剂由含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液按重量比为13:1组成。
对比例
对比例1
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，功能助剂为水溶性聚苯胺。
对比例2
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，功能助剂为氨基化碳纳米管。
对比例3
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，主漆的组分原料中不含有功能助剂。
对比例4
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管按重量比为1:7组成。
对比例5
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管按重量比为1:16组成。
对比例6
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，主漆和固化剂在使用时按重量比为5:1进行混合。
对比例7
一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，主漆和固化剂在使用时按重量比为9:1进行混合。
性能检测试验试验样品：采用实施例1-18中获得的水性红外反射双组分聚氨酯面漆作为试验样品1-18，采用对比例1-7中获得的水性红外反射双组分聚氨酯面漆作为对照样品1-7。
试验方法：选用尺寸为150mm×70mm×0.5mm的喷砂钢板作为底材，喷砂钢板的表面处理等级符合ISO 8501.1-2007规定，表面粗糙度符合ISO 8503-1-2012规定。使用试验样品1-18和对照样品1-7分别按照HG/T 4761-2014《水性聚氨酯涂料》中的要求制作标准试板，配套体系如下，其中水性环氧富锌底漆购自为弘方HH-3108、水性环氧云铁中间漆购自为弘方HH-3201。
(1)取试验样品1-18和对照样品1-7对应的标准试板按照HG/T 4761-2014《水性聚氨酯涂料》中要求进行耐盐雾试验，达到5000小时以上记为合格，否则为不合格。
(2)取试验样品1-18和对照样品1-7对应的标准试板按照HG/T 4761-2014《水性聚氨酯涂料》中要求进行耐人工气候老化性试验，达到5000小时以上记为合格，否则为不合格。
(3)拉开法所测得的附着力是指在规定的速度下，在试板的粘合面上施加垂直、匀速、递加的拉力，一直达到破坏涂层间或与底材间的附着力所需的拉力，通常采用涂层拉力测试机进行测定。
取试验样品1-18和对照样品1-7对应的标准试板各十件，分别用涂层拉力测试机测量表面拉力，取平均值，对应记为W0；然后再取试验样品1-18和对照样品1-7对应的标准试板各十件，根据ISO16474-3标准中方法A，将标准试板置于紫外老化试验箱中，以温度60℃，光源UVA-340，辐照强度0.83W/m2的紫外光照射4h和温度为50℃的冷凝环境下试验4h为一个循环，进行72h的紫外老化试验，接着用涂层拉力测试机测量表面拉力，取平均值，对应记为W1；最后计算各样品表面涂层拉力损失率(％)，对应记入表2中。
表2试验样品1-18和对照样品1-7的测试结果
结合实施例1-3和对比例1-3并结合表2可以看出，本申请得到的水性红外反射双组分聚氨酯面漆的耐盐雾性及耐人工气候老化性均达到5000小时以上，产品技术指标先进。同时，在测试过程中可以发现，采用水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成的功能助剂，能够大大降低表面涂层拉力损失率，说明水性红外反射双组分聚氨酯面漆在温度较高的环境中具有优异的耐紫外老化性能。而将水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管中的任意一种单独作功能助剂使用，虽然也能够带来耐紫外老化性能的提高，但从测试结果上看，表面涂层拉力损失率的提升有限，且远不及二者复配带来的提升效果优异，说明水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管间的配合能够带来1+1＞2的技术效果，整体应用突出。
结合实施例1、实施例6-8和对比例4-5并结合表2可以看出，水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的重量比在1:(8-15)的范围内，测试得到的表面涂层拉力损失率均在1.6％左右浮动，其中当水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的重量比为1:10时，表现出的耐紫外老化性能较为优异，表面涂层拉力损失率仅有1.52％，具有较优的应用稳定性。而当水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的配合比低于或超过上述范围时，测试得到的表面涂层拉力损失率达到3％以上，浮动较大，展现出来的性能有较大损失。
结合实施例1、实施例4-5和对比例6-7并结合表2可以看出，主漆和固化剂按重量比为(6-8):1进行混合使用时，水性红外反射双组分聚氨酯面漆应用测得的表面涂层拉力损失率均交底，而低于或超过上述范围时，测试得到的表面涂层拉力损失率均有明显的提升，说明在上述范围内配合使用的主漆和固化剂，更有利于功能助剂在应用时发挥作用。
结合实施例1、实施例13-14和实施例15-18并结合表2可以看出，含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液的重量比为(8-12):1时，混合助剂能够发挥较为稳定的功效作用，有助于功能助剂的稳定发挥；而当把含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液中的任意一种作为混合助剂使用，或含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液的重量比低于或高于上述范围时，则测试得到的表面涂层拉力损失率均较高。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种水性红外反射双组分聚氨酯面漆，其特征在于，包括单独存储且使用时按重量比为（6-8）:1进行混合的主漆和固化剂，所述主漆由包含以下重量份的原料组成：
树脂分散体 50-60份；
红外热反射钛白粉 15-20份；
填料 10-15份；
水 3-5份；
成膜助剂 3-5份；
混合助剂 2-5份；
功能助剂 4-8份；
所述功能助剂由水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管组成，且水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的重量比为1:（8-15）；
所述树脂分散体为一种或几种不同羟基含量丙烯酸分散体的组合物；
所述混合助剂由含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液组成，且含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、聚醚改性有机硅类溶液的重量比为（8-12）:1。
2.根据权利要求1所述的水性红外反射双组分聚氨酯面漆，其特征在于：所述水溶性聚苯胺、氨基化碳纳米管的重量比为1:10。
3.根据权利要求1所述的水性红外反射双组分聚氨酯面漆，其特征在于：所述填料为钛白粉颜料、云母粉、滑石粉和沉淀硫酸钡中的一种或几种的组合物。
4.根据权利要求1所述的水性红外反射双组分聚氨酯面漆，其特征在于：所述成膜助剂为醇酯十二、丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇丁醚和丙二醇甲醚中的一种或几种的组合物。
5.根据权利要求1所述的水性红外反射双组分聚氨酯面漆，其特征在于：所述固化剂为HDI二聚体、HDI三聚体、IPDI三聚体和TDI+HDI共聚体中的一种或几种的组合物。
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