CN117511374A - 一种水性喷涂涂料及其制备方法、喷涂工艺和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及喷涂涂料技术领域，尤其涉及一种水性喷涂涂料及其制备方法和应用，该水性喷涂涂料由改性聚氨酯分散体、丙烯酸酯改性聚氨酯分散体、疏水改性聚醚增稠剂、阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体、色浆、水、助剂组分制备得到；本发明的用于聚苯乙烯及其共聚物玩具底材的水性喷涂涂料具有无毒、无污染、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聚苯乙烯及其共聚物之间的表面张力，其涂层对聚苯乙烯及其共聚物玩具表面具有优异的附着力，以及硬度，同时表干时间短，易施工等优异性能。其中，附着力高达4B‑5B，硬度表现在涂层经测定硬度达2H，同时表干时间仅需25分钟以内。
Description
技术领域
本发明涉及喷涂涂料技术领域，尤其涉及一种水性喷涂涂料及其制备方法和应用。
背景技术
中国是儿童玩具的制造大国，年产量占全世界总量的60～70％，其中大部分的玩具生产集中在珠江三角洲。玩具产品大部分采用塑料底材、木质底材，质优价廉。玩具用涂料是涂敷于玩具表面的涂料，而玩具的终端用户是儿童，因此对玩具质量要求比较高。
申请号为CN202210963210.5的中国发明公开了一种用于玩具的环保涂料及其制备方法。本发明的环保涂料包括如下组分：热塑性弹性体SEBS、改性环糊精包合物、环保溶剂、颜料，其中，所述改性环糊精包合物包含全氟硅烷。本申请的环保涂料通过在SEBS中加入一定量的改性环糊精包合物，在保持涂料具有良好粘结性的同时，利用改性环糊精包合物的多孔结构起到缓释其中全氟硅烷至涂层表面，使得最终的玩具涂层具有优良的附着力和爽滑性，并且引入环保涂料使得涂料具有低VOC，进而使得环保涂料挥发性低、无刺激性气味，安全环保，稳定性好，且对环境和人体均不会造成伤害。
现有的水性涂料中，特别是含有改性丙烯酸酯改性聚氨酯分散体的涂料，在用于聚苯乙烯及其共聚物玩具的喷涂方面，存在着表干慢、附着力差等缺陷，且无法克服聚苯乙烯及其共聚物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
本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种水性喷涂涂料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种水性喷涂涂料，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；
丙烯酸酯改性聚氨酯分散体为数均分子量800000-1000000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180-500mPa·s，固含量为39％-41％，酸值为45～50mgKOH/g；
色浆的固含量为38％～59％，粒径9～15μm，水含量为17％～27％，乙二醇含量为18％～43％。
进一步的：一种水性喷涂涂料，由以下质量分数的组分制备得到：
进一步的：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。
进一步的：阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体为阴离子型，25℃粘度为300～500mPa·s，固含量为39％～41％，酸值为40～50mgKOH/g。
进一步的：改性聚氨酯分散体与丙烯酸酯改性聚氨酯分散体、阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体的质量比为3：2：1。
进一步的：助剂包括PG、DPM、醇胺有机物、DPNB、DEAC、聚硅氧烷中的一种或几种。
一种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丙烯酸酯改性聚氨酯分散体，加入容器中充分搅拌分散；
S2.在往容器中加入阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体，充分搅拌分散；
S3.在往容器中加入助剂，充分搅拌分散；
S4.在往容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；
S5.在往容器中加入水，充分搅拌分散；
S6.在往容器中加入色浆，充分搅拌分散后得到所述水性喷涂涂料。
一种水性喷涂涂料的喷涂工艺，包括以下步骤：
步骤一：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自动或者半自动喷涂设备；
步骤二：在湿度为40％-70％的条件下喷涂于聚苯乙烯及其共聚物表面，喷涂完成后静置4～6分钟，将聚苯乙烯及其共聚物材料表面于55℃～60℃温度下烘烤25～35分钟。
一种玩具环保涂层，由水性喷涂涂料或者其制备方法制备得到的用于玩具的环保涂料涂敷于玩具表面得到。
一种水性喷涂涂料在聚苯乙烯及其共聚物玩具喷涂的应用。
本发明的有益效果：本发明的用于聚苯乙烯及其共聚物玩具底材的水性喷涂涂料具有无毒、无污染、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聚苯乙烯及其共聚物之间的表面张力，其涂层对聚苯乙烯及其共聚物玩具底材表面具有优异的附着力，以及硬度，同时表干时间短，易施工等优异性能。其中，附着力高达4B-5B，硬度表现在涂层经测定硬度达2H，同时表干时间仅需25分钟以内。
具体实施方式
以下对本发明进行详细的描述。
一种用于聚苯乙烯及其共聚物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；
丙烯酸酯改性聚氨酯分散体为数均分子量900000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400mPa·s，固含量为40％，酸值为48mgKOH/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。
阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体为阴离子型，25℃粘度为400mPa·s，固含量为40％，酸值为48mgKOH/g。阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体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丙烯酸酯改性聚氨酯分散体、阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体的质量比为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％，粒径9～15μm，水含量为20％，乙二醇含量为31％的混合色浆。
一种用于聚苯乙烯及其共聚物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丙烯酸酯改性聚氨酯分散体，加入容器中充分搅拌分散；
S2.在往容器中加入阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体，充分搅拌分散；
S3.在往容器中加入助剂，充分搅拌分散；
S4.在往容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；
S5.在往容器中加入水，充分搅拌分散；
S6.在往容器中加入色浆，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。
一种用于聚苯乙烯及其共聚物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自动或者半自动喷涂设备；
(2)在湿度为60％的条件下喷涂于聚苯乙烯及其共聚物的玩具底材表面，喷涂完成后静置5分钟，将聚苯乙烯及其共聚物表面于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：用于聚苯乙烯及其共聚物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丙烯酸酯改性聚氨酯分散体，加入器中充分搅拌分散；
S2.在往容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；
S3.在往容器中加入助剂，充分搅拌分散；
S4.在往容器中加入阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体，充分搅拌分散；
S5.在往容器中加入水，充分搅拌分散；
S6.在往容器中加入色浆，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，不同之处在于用于聚苯乙烯及其共聚物玩具底材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
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苯乙烯及其共聚物玩具底材的表面上，经后处理后，检测涂层的硬度(划痕硬度法)、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
表7理化性能检测结果
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从表7可知，实施例1中改性聚氨酯分散体与丙烯酸酯改性聚氨酯分散体、阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体的质量比为3：2：1，在硬度、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也在硬度、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，主要原料中没有丙烯酸酯改性聚氨酯分散体，对水性喷涂涂料的硬度有显著影响，附着力也大幅下降。
从对比例2可知，当没有使用阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体，喷涂涂层的硬度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、丙烯酸酯改性聚氨酯分散体和阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体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硬度。同时，对比例8和9也发现，丙烯酸酯改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阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体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，涂层的硬度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发现仅阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体的酸值不同，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硬度显著恶化，然而过高的湿度环境等却明显的增加了表干时间等。
采用上述对比例15-16的喷涂工艺在聚苯乙烯及其共聚物玩具底材进行涂覆，该玩具表面具有环保图层，该涂层具有无毒、无污染、不含苯类、甲醛等物质，无刺激性气味，环保，VOC含量低等优点。
综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种水性喷涂涂料，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；
丙烯酸酯改性聚氨酯分散体为数均分子量800000-1000000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180-500mPa·s，固含量为39％-41％，酸值为45～50mgKOH/g；
色浆的固含量为38％～59％，粒径9～15μm，水含量为17％～27％，乙二醇含量为18％～43％。
2.根据权利要求1所述的水性喷涂涂料，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所述的一种水性喷涂涂料，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所述的一种水性喷涂涂料，其特征在于：所述阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体为阴离子型，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所述的一种水性喷涂涂料，其特征在于：所述改性聚氨酯分散体与丙烯酸酯改性聚氨酯分散体、阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体的质量比为3：2：1。
6.根据权利要求1所述的一种水性喷涂涂料，其特征在于：所述助剂包括PG、DPM、醇胺有机物、DPNB、DEAC、聚硅氧烷中的一种或几种。
7.一种水性喷涂涂料的制备方法，根据权利要求1～6任一项所述的一种水性喷涂涂料，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丙烯酸酯改性聚氨酯分散体，加入容器中充分搅拌分散；
S2.在往容器中加入阴离子型水性聚氨酯丙烯酸分散体，充分搅拌分散；
S3.在往容器中加入助剂，充分搅拌分散；
S4.在往容器中加入疏水改性聚醚增稠剂，充分搅拌分散；
S5.在往容器中加入水，充分搅拌分散；
S6.在往容器中加入色浆，充分搅拌分散后得到所述水性喷涂涂料。
8.一种水性喷涂涂料的喷涂工艺，根据权利要求1～6任一项所述的一种水性喷涂涂料，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：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自动或者半自动喷涂设备；
步骤二：在湿度为40％-70％的条件下喷涂于聚苯乙烯及其共聚物表面，喷涂完成后静置4～6分钟，将聚苯乙烯及其共聚物材料表面于55℃～60℃温度下烘烤25～35分钟。
9.一种玩具环保涂层，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述水性喷涂涂料或者权利要求7制备方法制备得到的用于玩具的环保涂料涂敷于玩具表面得到。
10.根据权利要求1～6任意一项所述一种水性喷涂涂料在聚苯乙烯及其共聚物玩具底材的喷涂的应用。
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