CN116535958A - 快干型双组份聚氨酯水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种快干型双组份聚氨酯水性涂料及其制备方法。本申请的水性涂料包括A组分：按重量份计，包括30‑35份的水性羟基丙烯酸树脂、15‑20份的水性丙烯酸树脂、2‑3份的氨基树脂、1.6‑2份的pH调节剂、8‑12份的去离子水、2‑2.5份的助溶剂、1‑1.5份的润湿剂、1‑1.5份的分散剂、0.8‑1份的消泡剂、2‑20份的颜料、10‑20份的填料、3‑3.5份的环氧固化剂以及1‑1.5份的水性增稠剂；和B组分：按重量份计，包括88‑92份的多异氰酸酯固化剂和8‑12份的溶剂。本申请的双组份聚氨酯水性涂料可以实现干燥快速、VOC含量低，硬度高、附着力优异、耐候性优异、耐水性和耐化学品性优异。

Description

快干型双组份聚氨酯水性涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及涂料技术领域，且尤其涉及一种快干型双组份聚氨酯水性涂料及其制备方法。

背景技术

随着工业漆水性化的普及，市场对水性涂料的接受度越来越高，尤其在高端双组份体系领域，水性双组份聚氨酯涂料有着可以媲美溶剂型聚氨酯的性能，因此应用越来越广。在机床、设备、高端钢构、桥梁、车辆等领域有着近乎垄断的应用比例。然而，水性双组份聚氨酯涂料有着自身的局限，干燥(表干2小时，实干7天)较慢限制了其的应用推广；同时，因干燥慢，多采用烘烤工艺，这烘烤不适合户外施工和大件施工；干燥慢会影响施工效率，烘烤工艺能耗消耗较高，与当今社会的节能减排主流不符。

因此，需要一种克服了上述干燥过慢缺点的快干型双组份聚氨酯水性涂料及其制备方法。

发明内容

以下是对本申请详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。

在一个方面，本申请提供了一种快干型双组份聚氨酯水性涂料，包括：

A组分：按重量份计，包括30-35份的水性羟基丙烯酸树脂、15-20份的水性丙烯酸树脂、2-3份的氨基树脂、1.6-2份的pH调节剂、8-12份的去离子水、2-2.5份的助溶剂、1-1.5份的润湿剂、1-1.5份的分散剂、0.8-1份的消泡剂、2-20份的颜料、10-20份的填料、3-3.5份的环氧固化剂以及1-1.5份的水性增稠剂；和

B组分：按重量份计，包括88-92份的多异氰酸酯固化剂和8-12份的溶剂。

可选地，所述A组分与所述B组分的重量比为18-25:1，优选20:1。

可选地，其中所述水性羟基丙烯酸树脂中的羟基含量为38-41mg KOH/g，所述水性羟基丙烯酸树脂的固含量为39％-41％；所述水性丙烯酸树脂的固含量为39％-41％；所述氨基树脂选自由脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺多胺环氧氯丙烷类组成的组。

可选地，所述氨基树脂为羟甲基型氨基树脂。

可选地，所述水性羟基丙烯酸树脂为Neocryl XK-104；所述水性丙烯酸树脂为Neocryl XK-52；所述氨基树脂为MF590。

可选地，所述pH调节剂为有机胺类pH值调节剂；所述助溶剂为醇醚类溶剂；所述润湿剂选自乙氧基脂肪酸类和/或炔二醇类；所述分散剂选自由TEGO Dispers 655、TEGODispers 675、Sago-9700以及重量比为2:1的Verapon B110和PORON NC的混合物组成的组；所述消泡剂为聚醚硅氧烷类消泡剂；所述颜料为钛白颜料；所述填料选自硫酸钡、重晶石粉、重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、膨润土、沉淀二氧化硅、云母粉、石英粉、硅微粉、三聚磷酸铝中的一种或多种；所述环氧固化剂为环氧胺加成物固化剂；所述增稠剂为水性缔合型改性聚氨酯增稠剂。

可选地，pH调节剂为二甲基乙醇胺。可选地，所述pH调节剂为AMP-95。

可选地，所述助溶剂选自由丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚和二丙二醇丁醚组成的组；所述的润湿剂为重量比为1:1的Surfynol AD01和Surfynol 104E的混合物；所述分散剂为重量比为2:1的Verapon B110和PORON NC的混合物；所述消泡剂为重量比为1:3的Tego843和BYK011的混合物；所述钛白颜料为钛白粉LR-996；所述填料为重量比为1:1:1的硫酸钡、滑石粉和三聚磷酸铝的混合物；所述环氧胺加成物固化剂为HDH6381-WB；所述水性缔合型改性聚氨酯增稠剂为重量比为1:1的RM-12W和Rheolate 299的混合物。

可选地，所述B组分中的多异氰酸酯选自由六亚甲基二异氰酸酯类、二苯基甲烷二异氰酸酯类、甲苯二异氰酸酯类、二环己基甲烷二异氰酸酯类以及三异氰酸酯类组成的组；所述B组分中的溶剂选自由丙二醇二醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、环已酮、二甲苯组成的组。

可选地，所述B组分中的多异氰酸酯为Aquolin 269；所述B组分中的溶剂为丙二醇二醋酸酯。

在另一方面，本申请提供了一种制备上述双组份聚氨酯水性涂料的方法，包括如下步骤：

(1)称量各组分，将氨基树脂、溶剂与pH调节剂加入容器中搅拌20分钟，搅拌均匀后加入去离子水继续搅拌10分钟，然后加入分散剂、消泡剂混合均匀，再加入颜料和填料搅拌20min至均匀，然后研磨至细度<10μm的混合物；

(2)在另一容器加入水性羟基丙烯酸树脂和水性丙烯酸树脂，搅拌10分钟，然后缓慢加入步骤(1)中得到的混合物，继续搅拌20分钟；然后加入润湿剂、环氧固化剂，搅拌20分钟，加入增稠剂调节粘度，继续搅拌10分钟，即得到A组分；

(3)将多异氰酸酯固化剂与溶剂混合均匀得到B组分；

(4)以18-25:1的重量比将所获得的A组分与B组分混合均匀，调整所得到的混合物的粘度至施工粘度40-50s即可。

本申请通过将不同功能的树脂和助剂混合，充分利用各树脂、助剂的优势，大大缩短了异氰酸酯固化剂和羟基的主反应时间，提升了体系的干燥速度；同时通过消泡剂的引入，使得体系成膜过程中基本不会产生微泡导致的微气孔，从而大大提升漆膜的致密度和交联密度，进而提升漆膜的各项性能。本申请可提供低VOC含量，干燥迅速且各项性能优异的双组份聚氨酯水性涂料，漆膜硬度2H，耐水720h，耐酸240h，耐碱240h，耐候性可达1200h，对大多基材附着力优异，且15分钟可表干，5小时可实干(25℃，湿度30-80％)，从而在干燥性方面远远优于现有的或市售的同类型的双组份聚氨酯水性涂料。

本申请作为水性双组份聚氨酯自干型涂料还同时具有优异的干燥性，表干时间15分钟，实干时间5小时，弥补了水性双组份聚氨酯自干型涂料在快干型方面的空白。该产品干燥快的同时，初期耐水优异，初期硬度上升较快，从而为户外施工(尤其是南方多雨地区)提供了可能，而且VOC含量低、硬度高、各项耐性优异，同时附着力、配套耐盐雾性等性能均俱佳。

本申请的双组份聚氨酯水性涂料，干燥快速、VOC含量低，硬度高、附着力优异、耐候性优异、耐水性和耐化学品性优异。

本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的其他优点可通过在说明书所描述的方案来实现和获得。

具体实施方式

本公开描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，在本公开所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

以下实施例中用到的材料，如果没有特别注明，均为市售的。

例如，所述水性羟基丙烯酸树脂可以采用Neocryl XK-104(来自帝斯曼公司)，XK-104是一种含羟基的苯丙乳液，羟基含量1.2％，固含量40％，MFFT是53℃，干燥快，硬度上升快。

所述水性丙烯酸树脂可以采用Neocryl XK-52(来自帝斯曼公司)，XK-52是一种多相自交联的阴离子型丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液，其固含量为40％，Tg高达124℃，因此具有较高的硬度，因此既可以发挥丙烯酸体系干燥快的特性，又可以给体系提供较高的初期硬度。

所述氨基树脂可以采用MF590(来自INEOS公司)，MF590含有羟甲基型，是由高反应活性的异丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂异丁醇醚化的氨基树脂，具有快干特性，可以给体系提供较高的终极硬度。

所述pH调节剂可以采用二甲基乙醇胺或AMP-95(来自ANGUS公司)，AMP-95是一种多功能助剂，具有低分子量和高碱性的工业胺，挥发性低，因此可以保证体系的pH稳定性，同时提高体系的整体稳定性；同时，胺可以提高羟基和异氰酸酯的反应活性，从而提升体系的干燥速度。

所述助溶剂可以采用二丙二醇二甲醚(DMM)，其为绿色环保溶剂，具有沸点高挥发速率快的特点，可在保证漆膜正常成膜的前提下大大提升干燥时间，较低的添加量即可满足体系需要。

所述消泡剂可以采用重量比为1:3的TEGO843(来自迪高公司)和BYK011(来自毕克化学公司)的混合物，TEGO843是一款含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷和有机聚合物的混合物，尤其适用在水性混合体系中消泡，有着独特的抑制微光和大泡、快速破泡功能，相容性非常好；BYK011是一种不含有机硅的聚氨酯型消泡剂，对破除体系中的微泡效果非常好；通过加入高效破除微泡的消泡剂，可大大减少体系成膜过程中因微泡而产生的微气孔，从而大大提高漆膜的致密度，从而提升漆膜的综合性能。

所述分散剂可以采用重量比为2:1的Verapon B110和PORON NC的混合物，VeraponB110是一种乙氧基化脂肪酸型的表面活性剂，PORON NC是一种多聚磷酸钠盐型分散剂，二者搭配可制得高固低粘的颜料浆，同时大大提高体系的稳定性。

所述润湿剂可以采用重量比为1:1的Surfynol AD01和Surfynol 104E(来自空气化学公司)的混合物，AD01是一种基于双子技术的高性能消泡型润湿剂，这种活性成分的液体可迅速破碎消泡并对微泡沫实施良好的控制，相对于其他润湿剂，AD01在体系中不产生泡也不稳泡，还可消除体系中的微泡；同时AD01可有效地降低动态表面张力，大大提升体系对基材的润湿性；SURFYNOL 104E是一支炔二醇表面活性剂，它是50％surfynol 104和50％乙二醇配置而成的，属于双子星非离子表面活性剂，具有润湿、流平、消泡等功能。

所述水性缔合型改性聚氨酯增稠剂可以采用重量比为1:1的RM-12W(来自罗门哈斯公司)和Rheolate 299(来自海明斯公司)的混合物，RM-12W具有优异的防沉降和抗流挂特性，299可增加体系的高剪抗流挂性。

所述环氧固化剂可以采用环氧胺加成物固化剂，如HDH6381-WB(来自上海瀚岱公司)，是一种非离子型的水可稀释的改性环氧胺加成物的固化剂，pH值为7-9，固含量为80％，可以加速羟基与异氰酸酯的反应速度，提升干燥速度。

所述颜料可以采用钛白颜料，如钛白粉LR-996。

所述填料可以采用硫酸钡、滑石粉与三聚磷酸铝的混合物，如可以采用重量比为1:1:1的1500目沉淀法硫酸钡、1250目滑石粉和三聚磷酸铝的混合物。

所述多异氰酸酯可以采用六亚甲基二异氰酸酯类、二苯基甲烷二异氰酸酯类、甲苯二异氰酸酯类、二环己基甲烷二异氰酸酯类或三异氰酸酯类，如Aquolin 269(来自万华化学公司)，是一款基于六亚甲基二异氰酸酯的水可分散异氰酸酯固化剂；

所述B组分中的溶剂可以采用如二醇二醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、环已酮或二甲苯。

实施例1

(1)将3重量份的水性氨基树脂、2重量份的助溶剂以及2重量份的pH调节剂加入容器中以600-800r/min搅拌20分钟，搅拌均匀后加入11重量份的去离子水继续搅拌10分钟，然后加入1.5重量份的分散剂、0.8重量份的消泡剂混合均匀，再加入20重量份的钛白粉、10重量份的填料以1000r/min搅拌20min至均匀，然后研磨得到细度<10μm的混合物；

(2)在另一容器中加入30重量份的水性羟基丙烯酸树脂和15重量份的水性丙烯酸树脂，以500-700r/min搅拌10分钟，然后缓慢加入步骤(1)中得到的混合物，继续搅拌20分钟。然后加入1.2重量份的润湿剂、3.5重量份的环氧胺加成物固化剂，以800-1000r/min搅拌20分钟，可选地加入1.5重量份的增稠剂调节粘度，继续搅拌10分钟在进行取样测量粘度，得到A组分。

(3)将92重量份的多异氰酸酯与8重量份的溶剂混合均匀得到B组分；

(4)以20:1的重量比将所获得的A组分与B组分混合均匀，调整所得到的混合物的粘度至施工粘度40-50s(即涂-4杯粘度值)即可。

本实施例得到的涂料为高钛白体系，适合调制浅色漆。

实施例2

(1)将2重量份的水性氨基树脂、2.5重量份的助溶剂以及1.6重量份的pH调节剂加入容器中以600-800r/min搅拌20分钟，搅拌均匀后加入8.7重量份的去离子水继续搅拌10分钟，然后加入1重量份的分散剂、1重量份的消泡剂混合均匀，再加入2重量份的钛白粉、20重量份的填料以1000r/min搅拌20min至均匀，然后研磨得到细度<10μm的混合物；

(2)在另一容器中加入35重量份的水性羟基丙烯酸树脂和20重量份的水性丙烯酸树脂，以500-700r/min搅拌10分钟，然后缓慢加入步骤(1)中得到的混合物，继续搅拌20分钟。然后加入1重量份的润湿剂、3重量份的环氧胺加成物固化剂，以800-1000r/min搅拌20分钟，可选地加入1.2重量份的增稠剂调节粘度，继续搅拌10分钟在进行取样测量粘度，得到A组分。

(3)将88重量份的多异氰酸酯与12重量份的溶剂混合均匀得到B组分；

(4)以20:1的重量比将所获得的A组分与B组分混合均匀，调整所得到的混合物的粘度至施工粘度40-50s(即涂-4杯粘度值)即可。

本实施例得到的涂料为低钛白体系，适合调制深色漆。

下面的表1为本申请实施例得到的涂料与现有市售的同类型涂料的性能比较，其中对比例1为阿克苏诺贝尔的Interthane 870，对比例2为巴易水性丙烯酸聚氨酯面漆：

表1

由表1可以看出，本申请制得的涂料的性能完全可以媲美现有技术得到的涂料，但本申请的涂料的表干时间和实干时间远远短于市售产品，而且VOC含量也远远低于市售产品。

本申请采用反应速度较快的水性羟基丙烯酸树脂乳液作为主体树脂，其具有低的羟基含量，因而可以上硬度较快；还具有高的玻璃化温度，因而获得较高的漆膜硬度。本申请中对水性羟基丙烯酸树脂乳液另外组合水性丙烯酸树脂，这可以充分发挥水性丙烯酸树脂干燥快的特点，从而提高体系的整体干燥速度，初期硬度上升较快，同时初期耐水较好，而且该树脂玻璃化温度高，从而使体系可以达到较高的漆膜最终硬度。本申请中添加少量的氨基树脂既降低了对体系干燥性的影响，又可充分利用氨基树脂与羟基的交联反应，从而大大提高了体系的硬度和漆膜致密度，从而保证了良好的物理和化学性能。三个不同体系树脂的搭配使用，配以与体系相容性较佳的助溶剂和助剂，可以充分发挥各自的优势，从而保证了体系的优异性能和优异的施工性，尤其是可以15分钟表干，5小时即可达到实干，从而大大缩短了干燥时间，提升生产效率；同时该产品的初期耐水优异(自干2小时耐水24小时)，初期硬度上升较快(自干2小时硬度达到B)，从而大大提升了施工宽泛性，尤其适合在户外施工。

虽然本公开所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何所属领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本公开的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种快干型双组份聚氨酯水性涂料，包括：

A组分：按重量份计，包括30-35份的水性羟基丙烯酸树脂、15-20份的水性丙烯酸树脂、2-3份的氨基树脂、1.6-2份的pH调节剂、8-12份的去离子水、2-2.5份的助溶剂、1-1.5份的润湿剂、1-1.5份的分散剂、0.8-1份的消泡剂、2-20份的颜料、10-20份的填料、3-3.5份的环氧固化剂以及1-1.5份的水性增稠剂；和

B组分：按重量份计，包括88-92份的多异氰酸酯固化剂和8-12份的溶剂。

2.根据权利要求1所述的双组份聚氨酯水性涂料，其中所述A组分与所述B组分的重量比为18-25:1。

3.根据权利要求1所述的双组份聚氨酯水性涂料，其中所述水性羟基丙烯酸树脂中的羟基含量为38-41mg KOH/g，所述水性羟基丙烯酸树脂的固含量为39％-41％；所述水性丙烯酸树脂的固含量为39％-41％；所述氨基树脂选自由脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺多胺环氧氯丙烷类组成的组。

4.根据权利要求3所述的双组份聚氨酯水性涂料，其中所述水性羟基丙烯酸树脂为Neocryl XK-104；所述水性丙烯酸树脂为Neocryl XK-52；所述氨基树脂为MF590。

5.根据权利要求1所述的双组份聚氨酯水性涂料，其中所述pH调节剂为有机胺类pH值调节剂；所述助溶剂为醇醚类溶剂；所述润湿剂选自乙氧基脂肪酸类和/或炔二醇类；所述分散剂选自由TEGO Dispers 655、TEGO Dispers675、Sago-9700以及重量比为2:1的Verapon B110和PORON NC的混合物组成的组；所述消泡剂为聚醚硅氧烷类消泡剂；所述颜料为钛白颜料；所述填料选自硫酸钡、重晶石粉、重质碳酸钙、高岭土、滑石粉、膨润土、沉淀二氧化硅、云母粉、石英粉、硅微粉、三聚磷酸铝中的一种或多种；所述环氧固化剂为环氧胺加成物固化剂；所述增稠剂为水性缔合型改性聚氨酯增稠剂。

6.根据权利要求5所述的双组份聚氨酯水性涂料，所述pH调节剂为二甲基乙醇胺；所述助溶剂选自由丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚和二丙二醇丁醚组成的组；所述的润湿剂为重量比为1:1的Surfynol AD01和Surfynol 104E的混合物；所述分散剂为重量比为2:1的Verapon B110和PORON NC的混合物；所述消泡剂为重量比为1:3的Tego843和BYK011的混合物；所述钛白颜料为钛白粉LR-996；所述填料为重量比为1:1:1的硫酸钡、滑石粉和三聚磷酸铝的混合物；所述环氧胺加成物固化剂为HDH6381-WB；所述水性缔合型改性聚氨酯增稠剂为重量比为1:1的RM-12W和Rheolate 299的混合物。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的双组份聚氨酯水性涂料，其中所述B组分中的多异氰酸酯选自由六亚甲基二异氰酸酯类、二苯基甲烷二异氰酸酯类、甲苯二异氰酸酯类、二环己基甲烷二异氰酸酯类以及三异氰酸酯类组成的组；所述B组分中的溶剂选自由丙二醇二醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、环已酮、二甲苯组成的组。

8.根据权利要求7所述的双组份聚氨酯水性涂料，其中所述B组分中的多异氰酸酯为Aquolin 269；所述B组分中的溶剂为丙二醇二醋酸酯。

9.一种制备根据权利要求1至8中任一项所述的双组份聚氨酯水性涂料的方法，包括如下步骤：

(1)称量各组分，将氨基树脂、助溶剂与pH调节剂加入容器中搅拌20分钟，搅拌均匀后加入去离子水继续搅拌10分钟，然后加入分散剂、消泡剂混合均匀，再加入颜料和填料搅拌20min至均匀，然后研磨至细度<10μm的混合物；

(2)在另一容器加入水性羟基丙烯酸树脂和水性丙烯酸树脂，搅拌10分钟，然后缓慢加入步骤(1)中得到的混合物，继续搅拌20分钟；然后加入润湿剂、环氧固化剂，搅拌20分钟，加入增稠剂调节粘度，继续搅拌10分钟，即得到A组分；

(3)将多异氰酸酯固化剂与溶剂混合均匀得到B组分；

(4)以18-25:1的重量比将所获得的A组分与B组分混合均匀，调整所得到的混合物的粘度至施工粘度40-50s即可。