CN117264525B - 一种水性pvc底涂剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性PVC底涂剂,属于PVC底涂剂技术领域。所述水性PVC底涂剂按质量份包括：35‑60份水性聚氨酯乳液、2‑15份丙二醇、10‑40份水性聚氨酯分散体、0.5‑4份分散剂、0.5‑3份表面活性剂、0.2‑4份pH调节剂、0.5‑3份抗划伤添加剂、10‑20份去离子水，具有良好的附着力、耐磨性、耐化学腐蚀性、光泽度以及耐候性。本发明将水性聚氨酯分散体与水性聚氨酯乳液混合，并与助剂配合，提高了底涂剂的性能，并且采用去离子水替代有机溶剂，降低了环境以及操作人员的风险，制备方法简单，降低了生产成本，提高了生产效率，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及PVC底涂剂技术领域，具体涉及一种水性PVC底涂剂。
背景技术
底涂剂是一种助剂，具体是一种附着力底涂处理剂，在尼龙、PP等塑料以及金属底材的喷漆及粘接工艺的工业表面处理行业中，常在底材上使用以促进胶水与材质之间的有效粘合，底涂剂与胶粘剂、底材具有良好的相容性，增强了胶粘剂与基材之间的粘接力，即使在高温和强光等环境下仍然具有较好的稳定性。底涂剂通过润湿及分子间作用力等促进作用，来调节基材表面的自由能，作为中间层提高底材的物性以及改进胶粘剂的粘接强度。底涂剂将难粘底材与胶粘剂很好的优化结合，为形成牢固胶粘层起到打基础和链接作用，广泛应用于汽车制造、建筑和土木工程、医疗器械、电子和电气等领域。
近些年，对底涂剂的研究主要是集中于解决脱胶等粘接力不足导致的不良现象。传统的底涂剂主要包括丙烯酸酯、醇醚酮、聚氨酯等树脂体系，为了改善PVC底涂剂附着力差、涂层易剥离或起皮、耐久性差、易发生变色、褪色、老化、破裂等问题，传统的底涂剂通常含有有机溶剂，虽然在一定程度上调节了涂层的流动性和稠度，但是所用的溶剂是甲苯、二甲苯等有毒试剂，容易对环境以及操作人员健康造成危害，而且需要对溶剂进行挥发和挥发，涉及到高能耗设备的运行和废气处理，成本较高，同时也不满足环保理念以及绿色生产的需求。
随着经济的发展和PVC使用量的增加，对PVC底涂剂提出了更高的要求，为此，需要一种既环保又性能优异的水性PVC底涂剂来替代传统的有机溶剂底涂剂。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明设计了一种水性PVC底涂剂，具有良好的附着力、耐磨性、耐化学腐蚀性等特点。
为了实现上述目的，本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种水性PVC底涂剂，按质量份计，包括：35-60份水性聚氨酯乳液、2-15份丙二醇、10-40份水性聚氨酯分散体、0.5-4份分散剂、0.5-3份表面活性剂、0.2-4份pH调节剂、0.5-3份抗划伤添加剂、10-20份去离子水。
优选地，所述水性PVC底涂剂，按质量份计，包括：40-55份水性聚氨酯乳液、5-10份丙二醇、15-30份水性聚氨酯分散体、1-3份分散剂、1-2份表面活性剂、0.5-3份pH调节剂、1-2份抗划伤添加剂、12-17份去离子水。
进一步优选地，所述水性PVC底涂剂，按质量份计，包括：45份水性聚氨酯乳液、5份丙二醇、30份水性聚氨酯分散体、1份分散剂、2份表面活性剂、0.5份pH调节剂、1份抗划伤添加剂、15份去离子水。
优选地，所述分散剂为聚异丁烯顺丁二酸盐、有机丙烯酸盐、磷酸二氢铵、硅酸盐中的一种或多种。
优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴铵盐、十二烷基吡啶盐、多元醇、脂肪酸聚氧乙烯醇酯中的一种或多种。
优选地，所述pH调节剂为28%氨水溶液。
优选地，所述水性PVC底涂剂还包括增稠剂。
优选地，所述增稠剂为聚氨酯-丙烯酸酯共聚物、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或多种。
另一方面，本发明还提供了所述水性PVC底涂剂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将水性聚氨酯乳液、分散剂和表面活性剂搅拌均匀；
S2.再将水性聚氨酯分散体逐渐加入到步骤S1的体系中，并搅拌均匀，然后加入丙二醇和增稠剂混合；
S3.混合后加入氨水调节pH至7-8，再加入去离子水混合均匀得到混合液；
S4.往混合液中加入抗划伤添加剂，搅拌均匀制得水性PVC底涂剂。
优选地，所述制备方法中，搅拌转速为1000-1200r/min，搅拌时间为10-25min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供了一种水性PVC底涂剂，所述水性PVC底涂剂包括水性聚氨酯乳液、丙二醇、水性聚氨酯分散体、分散剂、表面活性剂、pH调节剂、抗划伤添加剂、去离子水，具有良好的附着力、耐磨性、耐化学腐蚀性、光泽度以及耐候性。所述水性聚氨酯乳液作为水性底涂剂的乳化体系，确保了乳化稳定性和底涂剂性能的平衡；丙二醇作为交联剂，提高了底涂剂的耐醇性和耐磨性，使得在低温状态下就能使水性聚氨酯分散体和水性聚氨酯乳液交联，不需要额外高温加热，提高生产效率，节约成本；水性聚氨酯分散体与水性聚氨酯乳液混合可以使颗粒分散更均匀，避免固体颗粒团聚，提高底涂剂的质量；分散剂、表面活性剂确保底涂剂均匀分散、易润湿。
本发明选择水替代有机溶剂，降低挥发性有机物（VOC）排放，减少了环境以及操作人员的风险。此外，本发明的水性PVC底涂剂的制备方法简单，成本低，满足市场需求，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
本发明具体实施例或对比例中涉及的原料来源如下所示：
水性聚氨酯乳液购于济南忠奥化工有限公司，型号为ZA-3506。
水性聚氨酯分散体，具体为聚碳酸酯改性的聚氨酯分散体，购于广州昊毅新材料科技股份有限公司，型号为BU-307。
实施例1
一、一种水性PVC底涂剂，所述水性PVC底涂剂水性聚氨酯乳液、丙二醇、水性聚氨酯分散体、分散剂、表面活性剂、氨水、抗划伤添加剂、去离子水。所述水性PVC底涂剂的具体配方如下表1所示：
表1 水性PVC底涂剂配方表
二、本实施例还提供了制备所述水性PVC底涂剂的方法，具体包括：
1.在搅拌罐中加入水性聚氨酯乳液，然后加入分散剂和表面活性剂，于1100r/min搅拌15min，直到完全溶解；
2.再将水性聚氨酯分散体逐渐加入到步骤1的体系中，并搅拌均匀，然后加入丙二醇，并继续于1100r/min搅拌15min，确保均匀混合；
3.混合后加入氨水调节pH至7，再加入去离子水，并于1100r/min搅拌15min至混合均匀；
4.步骤3的混合液搅拌均匀后加入抗划伤添加剂，并继续于1100r/min搅拌20min搅拌均匀，确保所有成分充分混合，从而制得水性PVC底涂剂。
实施例2
一、一种水性PVC底涂剂，所述水性PVC底涂剂水性聚氨酯乳液、丙二醇、水性聚氨酯分散体、分散剂、表面活性剂、氨水、抗划伤添加剂、去离子水。所述水性PVC底涂剂的具体配方如下表2所示：
表2 水性PVC底涂剂配方表
二、制备所述水性PVC底涂剂的方法同实施例1。
实施例3
一、一种水性PVC底涂剂，所述水性PVC底涂剂水性聚氨酯乳液、丙二醇、水性聚氨酯分散体、分散剂、表面活性剂、氨水、抗划伤添加剂、去离子水、增稠剂。所述水性PVC底涂剂的具体配方如下表3所示：
表3 水性PVC底涂剂配方表
二、本实施例制备所述水性PVC底涂剂的方法与实施例1的反应条件不同，具体包括：
1.在搅拌罐中加入水性聚氨酯乳液，然后加入分散剂和表面活性剂，于1200r/min搅拌15min，直到完全溶解；
2.再将水性聚氨酯分散体逐渐加入到步骤1的体系中，并搅拌均匀，然后加入丙二醇和增稠剂，并继续于1200r/min搅拌15min，确保均匀混合；
3.混合后加入氨水调节pH至8，再加入去离子水，并于1200r/min搅拌15min至混合均匀得到混合液；
4.步骤3的混合液中加入抗划伤添加剂，并继续于1200r/min搅拌20min搅拌均匀，确保所有成分充分混合，从而制得水性PVC底涂剂。
对比例1
对比例1与实施例3不同之处在于，对比例1采用等量的丙烯酸乳液代替水性聚氨酯乳液，其他成分和制备方法同实施例3。
对比例2
对比例2与实施例3不同之处在于，对比例2采用等量的水性羟基丙烯酸酯代替水性聚氨酯乳液，其他成分和制备方法同实施例3。
对比例3
对比例3与实施例3不同之处在于，对比例3未加入水性聚氨酯分散体，所述去离子水的质量份为45份，其他成分和制备方法同实施例3。
对比例4
对比例4与实施例3不同之处在于，对比例4未加入丙二醇，所述去离子水的质量份为20份，其他成分和制备方法同实施例3。
对比例5
一种有机溶剂型树脂PVC底涂剂，具体是环氧树脂PVC底涂剂，所述底涂剂的具体配方如下表4所示：
表4底涂剂配方表
二、制备所述环氧树脂PVC底涂剂的方法，具体包括：
1.将环氧树脂、气相二氧化硅、滑石粉加入环己酮中1200r/min搅拌15min,混合均匀得到混合物；
2.向混合物中添加分散剂、表面活性剂，于1200r/min搅拌15min；
3.再加入抗划伤添加剂，并于1200r/min搅拌20min至混合均匀，制得环氧树脂PVC底涂剂。
测试例1：底涂剂性能测试
先将实施例1-3和对比例2-5的底涂剂与亲水性脂肪族聚异氰酸酯固化剂按25:1的比例混合，于4°C温度下固化，对比例1中用丙烯酸乳液制得的底涂剂不需要添加固化剂。将固化后的实施例1-3、对比例2-5以及对比例1的底涂剂分别涂覆在PVC基材上得到涂层，再将涂层分别进附着力测试、耐磨性测试、耐化学腐蚀性测试、光泽度测试、耐候性测试。
一、附着力测试
根据国家标准GB/T 9286-2021《色漆和清漆 划格试验》，采用划百格测试法，包括：将涂层水性底涂剂面朝上并平放于操作台上，使刀刃垂直于涂层表面，采用2mm间距导向装置，对切割刀具均匀施力，以均匀速度在涂层表面进行6道切割；然后在与原先切割呈90°角的方向再作6道切割，以形成网格图形，在良好的照明环境中，观察涂层脱落的现象，并通过计算划格中格子中的状态对应标准进行判定。测试结果分为0、1、2、3、4、5这六个等级，分0级最好，5级最差，具体分级说明如下所示：
0级：切割边缘完全平滑，网格内无脱落；
1级：在切口较差处有少许涂层脱落，但受影响的交叉切割面积不大于5%；
2级：在切口交叉处/或沿切口边缘有涂层脱落，受影响的交叉切割面积大于5%，但不大于15%；
3级：涂层沿切割边缘部分或全部以大碎片脱落，和/或在格子不同部位上或全部脱落，受影响的交叉切割面积大于15%，但不大于35%；
4级：涂层沿切割边缘大碎片脱落，和/或一些方格部分或全部脱落，受影响的较差切割面积大于3%，但不大于65%；
5级：脱落的程度超过4级的情况。
二、耐磨性测试
用专用的砂质橡皮（橡皮型号：LER902K），施加500g的载荷，以50次/分钟的速度，以20mm左右的行程，在水性底涂剂面朝上的涂层上来回摩擦500个循环。
结果判定：测试完成后以油漆不透底为合格。
三、耐化学腐蚀性测试
测试方法：用纯棉布蘸满无水酒精（浓度≥99.5%），包在专用的500g砝码头上（包上棉布后测试头的面积约为1cm2），以40～60次/分钟的速度，20mm左右的行程，然后在水性底涂剂面朝上的涂层上来回擦拭100个循环后观察涂层的变化。
结果判定：测试完成后观察涂层是否破材（露出底材）还是不破材。
四、光泽度测试
用光泽度仪对水性底涂剂面朝上的涂层进行测试。测定时，选用60°角，光泽度仪显示屏显示的读数即为该底涂剂的光泽度值。
五、耐候性测试
根据GB/T 1865-2009《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射》，采用氙弧辐射试验，将涂层固定在测试板上，测试箱内的空气温度为35℃，涂层循环润湿采用方法1。
结果判定：测试结束后冷却到室温24h内再按GB/T 1766―2008《色漆和清漆涂层耐老化的评级方法》中的规定进行判定，测试结果分为0、1、2、3、4、5这六个等级，0级最好，5级最差。
综上，实施例1-3和对比例1-5的底涂剂的测试实验数据如下表5所示：
表5 底涂剂测试指标及结果表
由表5可知，实施例1-3由水性聚氨酯乳液、丙二醇和水性聚氨酯分散体等组分制得的水性PVC底涂剂均具有良好的附着力、耐磨性、耐化学腐蚀性、光泽度以及耐候性，满足市场需求，尤其实施例3制得的水性PVC底涂剂性能最佳。
由对比例1、2和实施例3可知，虽然由丙烯酸乳液或水性羟基丙烯酸酯代替水性聚氨酯乳液制得的水性底涂剂无溶剂挥发，干燥速度快，但是其耐磨性较弱，耐化学性差，不适合在较为严苛的环境中使用，而且容易出现开裂或脱落的问题。由此可见，水性聚氨酯乳液能显著提高底涂剂的附着力、耐磨性好、耐化学腐蚀性等性能。
由对比例3和实施例3可知，实施例3水性聚氨酯分散体与水性聚氨酯乳液混合使用比对比例3不添加水性聚氨酯分散体制得的底涂剂的性能要好，这是因为水性聚氨酯分散体与水性聚氨酯乳液混合可以使颗粒分散更均匀，避免固体颗粒团聚，提高底涂剂的质量，而且水性聚氨酯分散体中含有未反应的异氰酸酯基团，可以与水性聚氨酯乳液反应产生交联结构，从而提升底涂剂的附着力、耐化学性等性能。
由对比例4和实施例3可知，丙二醇作为交联剂，促使水性聚氨酯分散体在低温状态下能与水性聚氨酯乳液反应产生交联结构，不仅提高了水性底涂剂的耐醇性和耐磨性，还增加了水性底涂剂在PVC表面的湿附性，提高了水性底涂剂的附着力和耐久性。
由对比例4和实施例3可知，环氧树脂PVC底涂剂具有一定的耐磨性和耐化学腐蚀性，但是耐候性不好，容易出现粉化现象，适合用于室内，然而因为使用有机溶剂，会造成挥发性有机物的排放，增加了使用环境的危险。本发明是水性PVC底涂剂，用水作为溶剂，减少了有机溶剂的使用。
综上所述，本发明通过在配方中引入水性聚氨酯乳液、丙二醇和水性聚氨酯分散体等关键成分，成功改善了水性PVC底涂剂的性能。并且由以上结果表明，使用本发明的水性PVC底涂剂能够显著提高涂层的粘附力和耐磨性，延长了PVC表面涂层的使用寿命。与传统的溶剂型底涂剂相比，水性PVC底涂剂具有环保、低挥发性有机物（VOC）排放和易于清洗等优势，本发明的创新配方和制备方法能够实现高效、经济的大规模生产，为水性PVC底涂剂的工业应用提供了可行的解决方案。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种水性PVC底涂剂，其特征在于，按质量份计，包括：35-60份水性聚氨酯乳液、2-15份丙二醇、10-40份水性聚氨酯分散体、0.5-4份分散剂、0.5-3份表面活性剂、0.2-4份pH调节剂、0.5-3份抗划伤添加剂、10-20份去离子水；
其中，所述水性聚氨酯分散体型号为BU-307，所述pH调节剂为28%氨水溶液；
应用时，所述水性PVC底涂剂与亲水性脂肪族聚异氰酸酯固化剂按25:1的比例混合均匀。
2.根据权利要求1所述的水性PVC底涂剂，其特征在于，按质量份计，包括：40-55份水性聚氨酯乳液、5-10份丙二醇、15-30份水性聚氨酯分散体、1-3份分散剂、1-2份表面活性剂、0.5-3份pH调节剂、1-2份抗划伤添加剂、12-17份去离子水。
3.根据权利要求1所述的水性PVC底涂剂，其特征在于，按质量份计，包括：45份水性聚氨酯乳液、5份丙二醇、30份水性聚氨酯分散体、1份分散剂、2份表面活性剂、0.5份pH调节剂、1份抗划伤添加剂、15份去离子水。
4.根据权利要求1-3任一项所述的水性PVC底涂剂，其特征在于，所述分散剂为有机丙烯酸盐、磷酸二氢铵、硅酸盐中的一种或多种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的水性PVC底涂剂，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴铵盐、十二烷基吡啶盐、多元醇、脂肪酸聚氧乙烯醇酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1-3任一项所述的水性PVC底涂剂，其特征在于，所述水性PVC底涂剂还包括增稠剂。
7.根据权利要求6所述的水性PVC底涂剂，其特征在于，所述增稠剂为聚氨酯-丙烯酸酯共聚物、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7任一项所述水性PVC底涂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将水性聚氨酯乳液、分散剂和表面活性剂于1000-1200r/min搅拌10-25min至均匀；
S2.再将水性聚氨酯分散体逐渐加入到步骤S1的体系中，并于1000-1200r/min搅拌10-25min至均匀，然后加入丙二醇和增稠剂混合；
S3.混合后加入氨水调节pH至7-8，再加入去离子水混合于1000-1200r/min搅拌10-25min至均匀得到混合液；
S4.往混合液中加入抗划伤添加剂，于1000-1200r/min搅拌10-25min至均匀制得水性PVC底涂剂。
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