CN118382654A - 封闭型聚异氰酸酯及包含其的水溶性透明涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封闭型聚异氰酸酯,其作为从聚异氰酸酯化合物及封闭剂获得的封闭型聚异氰酸酯,包含第一封闭型异氰酸酯基,所述第一封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过硅烷类封闭剂封闭;第二封闭型异氰酸酯基,所述第二封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过聚亚烷基多元醇封闭剂封闭;及第三封闭型异氰酸酯基,所述第三封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过吡唑类封闭剂封闭。

Description

封闭型聚异氰酸酯及包含其的水溶性透明涂料组合物
技术领域
本发明涉及一种封闭型聚异氰酸酯及包含其的水溶性透明涂料组合物,更详细地,涉及一种一液型水溶性封闭型聚异氰酸酯及包含其的水溶性透明涂料组合物。
[支援本发明的国家研究开发事业]
[课题固有编号]1415173343
[课题编号]20010566
[部门名称]产业通商资源部
[课题管理(专门)机关名称]韩国产业技术平价管理院
[研究事业名称]材料部件技术开发(R&D)
[研究课题名称]运输设备用VOCfree水性透明涂层清漆材料及工艺技术开发
[贡献率]1/1
[课题执行机关名称]株式会社KCC
[研究时间]2021.01.01.~2021.12.31.
背景技术
通常,车身外板不应出现涂膜劣化和生锈,应具备能够维持涂膜光泽度或颜色的耐久性。因此,就车辆的涂装工艺而言,通常是对经过预处理工艺的车身进行电镀涂装,之后进行中间(底漆)涂装以提高粘附性和光滑度,并在经中间涂装的车身上进行基底涂装以提高车身的美观性。此后,为了保护基底涂层的颜色、改善其外观以及保护基底涂层免受外部影响,通常涂装透明涂料。
透明涂层的情况下,通常使用基于油溶性的材料,由于其是非环保材料,使得用水溶性来替代的必要性越来越高。
在韩国授权专利第10-1310616号中公开了一种可适用于多种透明涂料的汽车用水溶性面层涂料组合物,但这涉及一种可作为基底涂层适用的汽车用水溶性面层涂料组合物。
在韩国授权专利第10-1881216号中公开了一种水性涂料组合物,但这涉及一种不包含中涂及清漆的汽车车身基底涂层用水性涂料组合物。
因此,为了应对环境规制并减低VOC,一直具有对水溶性透明涂料组合物的需求,用以将以往适用于透明涂料的油性系统转换为环保的水溶性系统。
另外,通过使用由异氰酸酯(Isocyanate)类化合物交联的涂料来获得的涂膜,可呈现出非常优秀的耐磨性、耐药性、耐污染性。而且,不黄变聚异氰酸酯将作为异氰酸酯成分的脂肪族脂环族二异氰酸酯用作为原料,使得利用这种不黄变聚异氰酸酯的涂膜具有优秀的耐候性,因此对此的需求也在增加。
由封闭剂(blocking agents)和至少一个异氰酸酯基通过化学反应,使封闭型聚异氰酸酯(blocked polyisocyanate)具有异氰酸酯基被封闭的结构。其中,通过加热解离封闭剂,并能够使异氰酸酯基再生,这种封闭型聚异氰酸酯具有加工性优秀的优点。
然而,即使封闭型聚异氰酸酯可借助导入亲水性官能团而能够用于水溶性涂料中,但由于官能团的附加而使得链延长,分子量随着所附加的官能团的数量增加而大大增加,因此被指出为阻碍涂料物性的因素。
因此,持续具有既可使用于水溶性涂料而且还不阻碍涂料物性的封闭型聚异氰酸酯的需求,尤其,对于使用封闭型聚异氰酸酯的耐刮擦性提升技术的需求日益增大。
(现有技术文献)
专利文献1:韩国授权专利第10-1310616号(2013.09.13.)
专利文献2:韩国授权专利第10-1881216号(2018.07.17.)
发明内容
(发明所要解决的问题)
在一实施方式中,本发明旨在提供一种一液型水溶性封闭型聚异氰酸酯,其由于水分散性得到改善,可使用于水溶性透明涂料的制备。
在另一实施方式中,本发明旨在提供一种包含封闭型聚异氰酸酯的一液型水溶性透明涂料组合物。
(解决问题所采用的措施)
本发明提供一种封闭型聚异氰酸酯,其从聚异氰酸酯化合物及封闭剂获得,其包含:第一封闭型异氰酸酯基,所述第一封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过硅烷类封闭剂封闭;第二封闭型异氰酸酯基,所述第二封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过聚亚烷基多元醇封闭剂封闭;及第三封闭型异氰酸酯基,所述第三封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过吡唑类封闭剂封闭。
(发明的效果)
根据本发明的一实施方式的一种封闭型聚异氰酸酯,由于水分散性得到改善,可用于能够用水稀释使用的一液型水溶性透明涂料的制备。
根据本发明的另一实施方式的一种一液型水溶性透明涂料组合物,可用水稀释使用,能够形成外观特性、光泽度及耐刮擦性优秀的涂膜。
具体实施方式
以下,详细说明本发明。
1.封闭型聚异氰酸酯
本发明提供封闭型聚异氰酸酯。
本发明的封闭型聚异氰酸酯从聚异氰酸酯化合物及封闭剂获得。
本发明的封闭型聚异氰酸酯可包含通过硅烷类封闭剂封闭异氰酸酯基的第一封闭型异氰酸酯基、通过聚亚烷基多元醇封闭剂封闭异氰酸酯基的第二封闭型异氰酸酯基及通过吡唑类封闭剂封闭异氰酸酯基的第三封闭型异氰酸酯基。
下面,具体说明所述构成。
聚异氰酸酯化合物
聚异氰酸酯化合物为包含一个以上的异氰酸酯基的化合物的总称。聚异氰酸酯化合物可使用例如,脂肪族聚异氰酸酯化合物、脂环族聚异氰酸酯化合物、芳香族聚异氰酸酯化合物等的聚异氰酸酯化合物,但并非限定于此,优选地,可使用聚异氰酸酯三聚体(trimer)。
作为脂肪族聚异氰酸酯化合物,例如有三亚甲基二异氰酸酯、1,2-丙烯二异氰酸酯、丁烯二异氰酸酯(四亚甲基二异氰酸酯、1,2-丁烯二异氰酸酯、2,3-丁烯二异氰酸酯、1,3-丁烯二异氰酸酯)、1,5-五亚甲基二异氰酸酯(PDI)、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯或2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯癸酸甲酯等,但并不限定于此。
作为脂环族聚异氰酸酯化合物,例如有1,3-环戊烷二异氰酸酯、1,3-环戊烯二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯(1,3-环己烷二异氰酸酯或1,4-环己烷二异氰酸酯)、3-异氰酸根合甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI)、亚甲基双(环己基异氰酸酯)(4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、2,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)或2,2'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、它们的反式、反式-体、顺式、顺式-体、或其混合物)(H12MDI)、甲基环己烷二异氰酸酯(甲基-2,4-环己烷二异氰酸酯、甲基-2,6-环己烷二异氰酸酯)、降冰片烷二异氰酸酯(NBDI)、双(异氰酸根合甲基)环己烷(1,3-双(异氰酸根合甲基)环己烷、1,4-双(异氰酸根合甲基)环己烷或其混合物)(H6XDI)等,但并不限定于此。
作为芳香族聚异氰酸酯化合物,例如有甲苯二异氰酸酯(2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯或其混合物)(TDI)、亚苯基二异氰酸酯(m-亚苯基二异氰酸酯、p-亚苯基二异氰酸酯或其混合物)、4,4'-二苯基二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯甲烷二异氰酸酯或2,2'-二苯甲烷二异氰酸酯或其混合物)(MDI)、4,4'-甲苯胺二异氰酸酯(TODI)、4,4'-二苯醚二异氰酸酯、亚二甲苯基二异氰酸酯(1,3-亚二甲苯基二异氰酸酯或1,4-亚二甲苯基二异氰酸酯或其混合物)(XDI)、四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯(1,3-四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯或1,4-四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯或其混合物)(TMXDI)、ω,ω'-二异氰酸酯-1,4-二乙苯等,但并不限定于此。
作为聚异氰酸酯化合物,可使用单一化合物或者并用2种以上,但并不限定于此。
在一实施例中,就聚异氰酸酯化合物而言,由于脂肪族聚异氰酸酯化合物及脂环族聚异氰酸酯化合物的耐候性优秀,所以可以为优选。
而且,在脂肪族聚异氰酸酯化合物中,从脂肪族二异氰酸酯诱导的脂肪族聚异氰酸酯化合物为优选。更具体地,就脂肪族二异氰酸酯而言,考虑耐候性、工业易得性方面,优选可以为1,6-六亚甲基二异氰酸酯三聚体,但并不限定于此。
而且,通过使用异氰酸酯基被封闭剂封闭的封闭型聚异氰酸酯,可提供在外观、水分散性及耐刮擦性等上呈现出优秀物性的水溶性透明涂料组合物。
以用于制备封闭型聚异氰酸酯的组合物的总重量为准,可以以30至60重量%或者38至50重量%的含量包含聚异氰酸酯化合物。使用包含有聚异氰酸酯化合物的含量在所述范围内的封闭型聚异氰酸酯的透明涂料组合物,可形成耐磨性、耐药性、耐污染性、耐刮擦性等的物性优秀的涂膜。而且,可提供通过封闭剂封闭而呈现出优秀的水分散性的水溶性透明涂料组合物。
封闭剂(blocking agents)
本发明中使用的封闭剂通过与聚异氰酸酯化合物内的异氰酸酯(NCO)形成新键,来阻隔异氰酸酯基无法与其他化合物,例如树脂部反应。而且,如此形成的封闭型异氰酸酯,可通过加热等的反应使封闭剂解离,因此可使异氰酸酯基重新参与固化反应,鉴于这一方面,包含封闭型异氰酸酯基(blocked isocyanate group)。
其中,封闭型聚异氰酸酯可从30至60重量份的聚异氰酸酯化合物及15至60重量份的封闭剂,或者可从38至50重量份的聚异氰酸酯化合物及18至55重量份的封闭剂获得,但并不限定于此。
封闭型聚异氰酸酯内的部分异氰酸酯基可以以没有被封闭的状态包含在所述封闭型聚异氰酸酯中。更具体地,以聚异氰酸酯化合物内的总异氰酸酯基为准,没有被封闭的异氰酸酯基的含量可以为5NCO%以下,例如1NCO%以下、0.5NCO%以下、0NCO%(即,不包含)。
聚异氰酸酯化合物及封闭剂的含量在所述范围内的情况下,可提供所希望的水溶性透明涂料组合物,在小于所述范围的情况下,水分散性的改善程度微乎其微,在大于所述范围的情况下,可能会出现所形成的涂膜物性降低的问题。
封闭剂可包含硅烷类封闭剂、聚亚烷基多元醇封闭剂及吡唑类封闭剂。像这样,使用3种封闭剂分别与异氰酸酯三聚体反应,从而获得封闭的异氰酸酯基。通过并用这样的3种封闭剂,可提高包含封闭型异氰酸酯的水溶性透明涂料组合物的水分散性并可提高利用其来形成的涂膜的物性。以下,具体说明所述3种封闭剂。
<硅烷类封闭剂>
硅烷类封闭剂具有增加封闭型聚异氰酸酯的固化密度,并改善由包含其的透明涂料组合物形成的涂膜的耐刮擦性的作用。
硅烷类封闭剂为可与异氰酸酯反应的具有-Si(OR)n基的化合物。硅烷类封闭剂可以与异氰酸酯三聚体中的一个结合而形成第一封闭型异氰酸酯基。与异氰酸酯结合的-Si(OR)n基进行水解反应及自缩合反应,可形成-Si-O-Si-结构或者通过热而形成-Si-O-结构的有机化学键。
硅烷类封闭剂可使用环氧基、氨基或具有它们的组合者,但并不限定于此。
硅烷类封闭剂可包含选自由γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(Gamma-Aminopropyltrimethoxysilane,Silquest A-1100)、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(Bis(trimethoxysilylpropyl)amine,Silquest A-1170)、双-(三乙氧基硅丙基)胺(Bis(triethoxysilylpropyl)amine,Silquest Y-11699)、有机烷氧基硅烷(Organoalkoxysilane,Silquest Y-96699)、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane)、N-(2-氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilane)、双-(γ-三甲氧基硅丙基)胺、双-(γ-三乙氧基硅丙基)胺及氨基丙基三乙氧基硅烷组成的组中的一种以上。
以用于制备封闭型聚异氰酸酯的组合物的总重量为准,可以以2至15重量%或6至10重量%包含硅烷类封闭剂。所包含的硅烷类封闭剂在所述含量范围内的情况下,生成适当的硅氧烷键,从而具有改善涂膜的粘附性及耐久性的效果。硅烷类封闭剂的含量在小于所述范围的情况下,由于硅氧烷键个数少,交联密度低下,从而具有涂膜的粘附力、光泽度及耐久性低下的问题,在大于所述范围的情况下,随着硅烷分子量的增加,与水分的反应性增大而导致水解,使得涂料储藏性低下,从而可使根据于此的涂膜外观及耐刮擦性低下。
<聚亚烷基多元醇封闭剂>
聚亚烷基多元醇封闭剂具有调节聚异氰酸酯的亲水性的作用。
聚亚烷基多元醇封闭剂可以与异氰酸酯三聚体中的一个结合而形成第二封闭型异氰酸酯基。
作为聚亚烷基多元醇封闭剂,可包含例如含有聚氧乙烯基的多元醇,更具体地,可包含选自由聚乙二醇(PEG)、聚四亚甲基氧化物(PTMO)、聚环氧丙烷(PPO)、单烷氧基聚乙二醇、聚乙烯三醇、聚丙烯三醇单独或者它们的共聚物组成的组中的一种以上。考虑封闭型异氰酸酯的亲水性和增链调节方面,聚亚烷基多元醇封闭剂可优选使用聚乙二醇。尤其,考虑到能够在侧面阻隔异氰酸酯且每个分子的亲水基的数量的增大,可更优选使用甲氧基聚乙二醇。
聚亚烷基多元醇封闭剂可单独或并用2种以上的聚亚烷基多元醇,聚亚烷基多元醇的共聚物可以为封闭型共聚物、接枝共聚物、星形共聚物或交替共聚物。
可以使用数均分子量为200至800的聚亚烷基多元醇封闭剂,例如,可以使用300至700或400至600的聚亚烷基多元醇封闭剂。
聚亚烷基多元醇封闭剂的数均分子量在所述范围内的情况下,可改善阻隔聚异氰酸酯的效率。不仅如此,能够维持适当的亲水性,可呈现出封闭型聚异氰酸酯的优秀的水分散性。
聚亚烷基多元醇封闭剂的数均分子量在小于前述范围的情况下,亲水性低下,导致树脂组合物的相容性低下,在大于前述范围的情况下,随着分子量增加,亲水性增大导致耐水性低下,根据于此,外观及耐刮擦性降低。
以用于制备封闭型聚异氰酸酯的组合物的总重量为准,可以以5至17重量%或8至13重量%包含聚亚烷基多元醇封闭剂。所包含的聚亚烷基多元醇封闭剂在所述含量范围内的情况下,生成适当数量的亲水基,具有改善储存稳定性及机械物性的效果。聚亚烷基多元醇封闭剂的含量在小于所述范围的情况下,由于亲水基的数量少,具有树脂组合物的相容性低下的问题,在大于所述范围的情况下,随着亲水性增大导致吸收水分,使得涂膜的耐水性低下,根据于此,能够使涂膜外观、光泽度及耐刮擦性低下。
<吡唑类封闭剂>
吡唑类封闭剂具有能够改善封闭型聚异氰酸酯的储存稳定性,并能够改善由包含其的透明涂料组合物形成的涂膜的外观的作用。
吡唑类封闭剂可以与异氰酸酯三聚体中的一个结合而形成第三封闭型异氰酸酯基。
作为吡唑类封闭剂,可包含选自由例如吡唑、3-甲基吡唑及3,5-二甲基吡唑组成的组中的一种以上。在一实施例中,使用3,5-二甲基吡唑作为吡唑类封闭剂来制备封闭型聚异氰酸酯。
以用于制备封闭型聚异氰酸酯的组合物的总重量为准,可以以11至23重量%或14至21重量%包含吡唑类封闭剂。所包含的吡唑类封闭剂在所述含量范围内的情况下,存储稳定性优秀,与树脂部反应时的加成反应导致的涂膜收缩小,具有改善涂膜的外观的效果。吡唑类封闭剂的含量在小于所述范围的情况下,由于在解离后,异氰酸酯含量小,使得反应性低下,交联密度不足,可导致所制备的涂膜的耐久性及耐候性低下,在大于所述范围的情况下,硅烷类封闭剂及聚亚烷基多元醇封闭剂的含量相对减少,导致与树脂组合物的相容性低下,且交联密度不足,根据于此,有可能使涂膜的耐冲击性、耐碎裂性及耐刮擦性低下。
作为一例,硅烷类封闭剂、聚亚烷基多元醇封闭剂及吡唑类封闭剂的重量比可以为1:0.3至7:0.7至10的重量比、或者可以为1:0.5至5:1至8。以所述重量比使用这样的3种封闭剂,由于反应性增加,可与树脂组合物维持适当的交联密度,从而能够提供不仅是水分散性,而且外观、光泽度、粘附性、冲击性、耐刮擦性等物性也优秀的透明涂料组合物。
封闭型聚异氰酸酯的形成
本发明的封闭型聚异氰酸酯可以通过,例如,在溶剂中混合聚异氰酸酯化合物和吡唑类封闭剂并进行第一次反应之后,添加硅烷类封闭剂进行第二次反应,之后添加聚亚烷基多元醇封闭剂进行第三次反应来进行制备。聚异氰酸酯化合物和吡唑类封闭剂的第一次反应可在40至85℃下进行,例如可在80℃下进行,第二次及第三次反应可在60至85℃下进行,例如可在80℃下进行。
所述反应在所述范围内进行的情况下,可以以所希望的量用各自的封闭剂阻隔聚异氰酸酯。相反,所述反应在小于所述范围内进行的情况下,以总异氰酸酯基为准,过量包含有没有被阻隔的异氰酸酯,例如包含有5NCO%以上,在大于所述范围内进行的情况下,可进行所形成的封闭型异氰酸酯的解离反应。
就溶剂而言,可无限制地使用常规使用的溶剂,但可使用不影响与聚异氰酸酯反应及水溶性涂料的,诸如甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基丁基酮、乙基丙基酮、甲基异丁基酮、甲基芳基酮、二异丁基酮等的酮类溶剂;诸如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、甲基溶纤剂乙酸酯、溶纤剂乙酸酯、丁基溶纤剂乙酸酯、卡必醇乙酸酯、丙二醇甲基醚乙酸酯(PMA)等的乙酸酯类溶剂;乙二醇丁醚等的醇类溶剂或它们的混合溶剂。
根据本发明的封闭型聚异氰酸酯通过硅烷类封闭剂可含有-Si-O-Si-结构或-Si-O-结构的有机化学键,通过聚亚烷基多元醇封闭剂可含有聚氨酯基,通过吡唑类封闭剂可含有脲基。本发明的封闭型聚异氰酸酯的技术特征在于,通过所述3种封闭剂及它们的含量比改善水分散性及以所使用的透明涂料组合物形成的涂膜的物性。
而且,封闭型聚异氰酸酯的重均分子量(Mw)可以为500至5,000,例如1,000至3,000。
封闭型聚异氰酸酯的重均分子量在所述范围内的情况下,维持适当的反应速度,提升与树脂的反应性,使得涂膜的交联密度增加,具有提升机械物性、外观及耐化学性的效果。
所述封闭型聚异氰酸酯的重均分子量在小于前述的范围的情况下,由于反应性低下,导致树脂组合物的相容性及外观低下,在大于前述范围的情况下,随着分子量增加,异氰酸酯官能基的副反应增大,根据于此的外观及耐刮擦性低下。
在形成封闭型聚异氰酸酯时,能够以与没有被阻隔的聚异氰酸酯化合物和/或用于异氰酸酯的阻隔且残留的3种封闭剂混合的状态获得封闭型聚异氰酸酯。此时,就所获得的混合物而言,组合物内固体成分可以为70至90重量%或者75至85重量%。在一实施例中,制备了固体成分为80%的化合物。
就封闭型聚异氰酸酯而言,体系内Si(OR1)3含量可以为1至11%或者2至10%。其中R1是碳数为1至2的烷基。
另外,Si(OR1)3含量可利用下述式求出。
Si(OR1)3%=硅烷单体当量×Si(OR1)3分子量×F/总含量×100
其中,F=聚合物内的Si(OR1)3个数
封闭型聚异氰酸酯的Si(OR1)3含量在所述范围内的情况下,生成适当的硅氧烷键,存储稳定性优秀,提升了与树脂的反应性,使得涂膜的交联密度增加,具有提升机械物性、外观及耐候性的效果。
所述封闭型聚异氰酸酯的Si(OR1)3含量在小于前述的范围的情况下,由于硅氧烷键的个数少,涂膜的交联密度低下,导致耐候性低下,在大于前述的范围的情况下,随着硅烷分子量增加,与水分反应导致水解,使得涂料的储藏性低下,根据于此的外观、光泽度及耐刮擦性低下。
就封闭型聚异氰酸酯而言,体系内醇盐(R2O)含量可以为5至15%或者7至12%。其中,R2是碳数为1至4的烷基。
另外,醇盐(R2O)含量可利用下述式求出。
醇盐(R2O)含量=聚亚烷基多元醇当量×R2O分子量×F/总含量×100
其中,F=R2O重复单元个数
封闭型聚异氰酸酯的醇盐(R2O)含量在所述范围内的情况下,生成适当数量的亲水基,存储稳定性优秀,提升了与树脂的反应性,使得涂膜的交联密度增加,具有可提升机械物性、外观及耐候性的效果。
所述封闭型聚异氰酸酯的醇盐(R2O)含量在小于前述的范围的情况下,亲水基的数量少,使得反应性低下,导致树脂组合物的相容性低下,在大于前述的范围的情况下,随着亲水性增大而吸收水分,导致耐水性低下,根据于此的外观、光泽度及耐刮擦性低下。
封闭型聚异氰酸酯的固体成分、Si(OR1)3含量及醇盐(R2O)含量在所述范围内的情况下,在树脂部和封闭型聚异氰酸酯交联方面可以为优选。
根据本发明的封闭型聚异氰酸酯可在涂料组合物、黏合剂组合物、粘结剂组合物、铸型剂组合物等中用作为固化剂。
2.水溶性透明涂料组合物
本发明可提供包含根据本发明的封闭型聚异氰酸酯的水溶性透明涂料组合物。
根据本发明的水溶性透明涂料组合物可包含本发明的封闭型聚异氰酸酯和水溶性树脂部。具体地,根据本发明的水溶性透明涂料组合物可包含5至15重量份的封闭型聚异氰酸酯及38至140重量份的水溶性树脂部。
水溶性树脂部可包含丙烯酸分散体树脂、水溶性聚酯树脂、聚氨酯分散体树脂、丙烯酸乳液树脂及三聚氰胺树脂。具体地,水溶性树脂部可包含20至50重量份的丙烯酸分散体树脂、1至15重量份的水溶性聚酯树脂、1至15重量份的聚氨酯分散体树脂、1至15重量份的丙烯酸乳液树脂、10至30重量份的三聚氰胺树脂。
丙烯酸分散体树脂具有改善由水溶性透明涂料组合物形成的涂膜的耐久性、外观及光泽度的作用。
以树脂总重量为准,丙烯酸分散体树脂的固体含量可以为40至50重量%,重均分子量可以为2,500至3,500g/mol,羟基值可以为100至150mgKOH/g,酸值可以为10至20mgKOH/g,玻璃化转变温度可以为25至35℃。
水溶性聚酯树脂具有提升水溶性透明涂料组合物的交联密度的作用。
以树脂总重量为准,水溶性聚酯树脂的固体含量可以为70至80重量%,数均分子量可以为900至1,100g/mol,羟基值可以为100至150mgKOH/g,酸值可以为15至30mgKOH/g,在25℃下的粘度可以为加德纳粘度V至W。
聚氨酯分散体树脂具有可向以水溶性透明涂料组合物形成的涂膜赋予弹性,提升光泽度、平滑性及耐刮擦性的作用。
以树脂总重量为准,聚氨酯分散体树脂的固体含量可以为30至40重量%,重均分子量可以为20,000至30,000g/mol,玻璃化转变温度可以为-20至-10℃。
丙烯酸乳液树脂具有可调节水溶性透明涂料组合物的流变性的作用。
以树脂总重量为准,丙烯酸乳液树脂的固体含量可以为35至45重量%,重均分子量可以为10,000至30,000g/mol,羟基值可以为10至100mgKOH/g,酸值可以为5至30mgKOH/g,玻璃化转变温度可以为-10至45℃,在25℃下的粘度可以为100至1,000cps。
三聚氰胺树脂具有可调节水溶性透明涂料组合物的固化度并提升硬度的作用。在一实施例中,作为三聚氰胺树脂使用烷基化三聚氰胺树脂(Luwipal072,巴斯夫公司(BASF))。
例如,以水溶性透明涂料组合物的总重量为准,可以以5至15重量%或6至13重量%的含量包含封闭型聚异氰酸酯。在一实施例中,以水溶性透明涂料组合物的总重量为准,以7重量%混合封闭型聚异氰酸酯,制备出可形成具有优秀物性的涂膜的水溶性透明涂料组合物。
根据本发明的水溶性透明涂料组合物包含根据本发明的封闭型聚异氰酸酯,由此,水分散性得到改善,可以以水稀释并使用。不仅如此,可改善储存稳定性及耐候性,使用其来形成的涂膜在外观、光泽度、粘附性、冲击性、硬度及耐刮擦性等上能够呈现出优秀的物性。
根据本发明的水溶性透明涂料组合物可包含根据本发明的封闭型聚异氰酸酯,而且在不阻碍本发明的目的的范围内,还可包含水性涂料组合物中所包含的常规成分。
根据本发明的水溶性透明涂料组合物作为添加剂,可包含例如为了调节组合物的流变行为而添加的流变性调节剂(例,RM12W,陶氏公司(DOW))、用于抑制吸收紫外线及借助于紫外线的自由基链反应的光稳定剂(例,Tinuvin 1130/Tinuvin 123=2/1)、用于促进反应并调节固化速度的酸催化剂(例,十二烷基苯磺酸类酸催化剂,NACURE 5225,KingIndustries公司)、用于抑制气泡产生的消泡剂(例,BYKETOL AQ,BYK公司),用于提升湿润性的润湿剂(例,BYK-348,BYK公司)等。
另外,在制备涂料过程中不降低物性的范围内,根据本发明的水溶性透明涂料组合物可包含有机溶剂,例如可包含丁基卡必醇(Butyl carbitol)、二丙二醇正丁基醚(Dipropylene glycol n-butyl ether)、丁基溶纤剂(Butyl cellosolve)等。
而且,根据本发明的水溶性透明涂料组合物作为水性溶剂可包含去离子水(DIW)。
以下,通过实施例更具体说明本发明。
但是,这些实施例仅用于帮助理解本发明,无论出于任何意义,本发明的范围并不局限于这些施例。
<实施例及比较例的制备>
以下述表1及表2中所示的组合,通过如下的方法制备封闭型聚异氰酸酯。
【表1】
【表2】
实施例1
在设有搅拌机、温度计、冷凝器及氮气导入管的四颈烧瓶中,以表1中记载的含量,投入HMDI三聚体并升温至40℃。其中,投入二甲基吡唑(DMP)并缓慢进行升温。一边控制发热一边升温至80℃并进行维持,维持至一次NCO%达到2.4至2.7%。一次NCO%达到2.4至2.7%时,投入硅烷类封闭剂(Silquest A-1170)并维持在80℃。二次NCO%达到0.9至1.2%时,投入甲氧基聚乙二醇并维持在80℃。当NCO%成为0%,则加入溶剂丙二醇甲基醚乙酸酯(PMA)及乙二醇丁醚(Butyl cellosolve),结束反应并冷却。
反应结果,制备出了固体成分为80%、Si(OR1)3含量为5重量%、醇盐(R2O)含量为9重量%的封闭型聚异氰酸酯。
以如下方法测量NCO%。
对装有包含异氰酸酯基的试样的烧瓶(250mL)进行称重。然后,利用吸液管加入25mL的0.1N的二正丁胺溶液。加入25mL的1,4-二氧六环(1.4-Dioxane)(若聚合物不溶解,则加入10mL的试剂级丙酮。)并盖上烧瓶盖。而且,为了溶解预聚合物,机械性持续搅拌15分钟。滴入4~6滴的溴酚蓝指示溶液后,用50mL的异丙醇冲洗烧杯壁。用0.1N的盐酸滴定至黄色终末点。在不加入试样的条件下,加入如上所述的所有试剂并进行空白(Blank)试验。
如下计算异氰酸酯基的含有量。
Solution:NCO含有量(%)={(B-V)×N×0.4202}/W(g)}
其中,
B:空白(Blank)试验中所消耗的盐酸的mL数
V:试样滴定中所消耗的盐酸的mL数
0.4202:异氰酸酯基的毫当量重量
W:试样的重量
实施例2至13
以表1中所记载的成分和含量,通过与实施例1相同的过程,执行实施例2至13。
比较例1至3
以表2中所记载的成分和含量,通过与实施例1相同的过程,执行比较例1至3。
在下述表3示出按照实施例及比较例制备的封闭型聚异氰酸酯的物性。
【表3】
<透明涂料组合物的制备>
通过混合实施例1至13和比较例1至3各自的封闭型聚异氰酸酯、水溶性树脂部和添加剂及溶剂,制备透明涂料组合物。
在下述表4示出水溶性树脂部、添加剂、溶剂及封闭型聚异氰酸酯的含量。
【表4】
在表5中示出透明涂料组合物的制备例及比较制备例,而所述制备例及比较制备例中,水溶性树脂部、添加剂及溶剂进行相同投入,对于封闭型聚异氰酸酯,则投入实施例1至13和比较例1至3的封闭型聚异氰酸酯。
【表5】
<涂膜的物性平价>
在电镀涂装的钢板样本涂覆底漆涂料,并在140℃下固化20分钟,形成了厚度为30~50μm的底漆涂膜。之后在底漆涂膜上进行底漆的旋杯涂装(Bell spray),在80℃下吹热风3分钟,以蒸发涂料内残留的水,形成具有15μm的厚度的基底涂膜。之后,在基底涂膜上涂装在制备例及比较制备例中制备的透明涂料组合物,并在140℃下固化20分钟,形成具有40μm的厚度的透明涂膜,从而制备出最终涂膜。
通过如下所述的方法测量最终涂膜的外观特性及物性,并在表6中示出其结果。
(1)外观
以制备的最终涂膜作为对象,使用作为汽车外观测试仪的Wave Scan DOI(BYKGardner)测量光泽度(LU)、鲜明度(SH)及橘皮(OP),利用测量的物性,通过以下数学式1计算综合外观评价数值(CF)。
[数学式1]
CF=LU×0.15+SH×0.35+OP×0.5
以水平及垂直的方式测量及计算CF。作为CF的水平/垂直值,若CF为79/74以上,则评价为优秀(◎),若CF为75/70以上且小于79/74,则评价为良好(○),若CF为72/67以上且小于75/70,则评价为一般(△),若CF小于72/67,则评价为不良(×)。
(2)耐刮擦性
以利用汽车耐刮擦性测定仪(AMTEC-KISTER)来完成的涂膜中产生划痕的抗性的测量方法,测量试验前后涂膜表面的20度光泽度,并计算光泽保持率(%)后进行评价。按照其测量结果,若光泽保持率(%)为70%以上,则平价为优秀(◎),若光泽保持率(%)为60%以上且小于70%,则平价为良好(○),若光泽保持率(%)为50%以上且小于60%,则平价为一般(△),若光泽保持率(%)小于50%,则平价为不良(×)。
(3)光泽度
为了测量从涂膜反射出的光泽度(GLOSS,%),适用光泽度仪(BYK Gardner)测量最终涂膜的20°的光泽度。根据测量结果,若光泽度为91%以上,则评价为优秀(◎)、若光泽度为89%以上且小于91%,则评价为良好(○),若光泽度为87%以上且小于89%,则评价为一般(△),若光泽度小于87%,则评价为不良(×)。
(4)耐碎裂性
将最终涂膜在-20℃下放置3小时后,用5bar的压力,以45°的角度,并用50g的碎石(直径4㎜)进行加击。之后,去除残留于最终涂膜的形成剥离的涂膜等的异物。对于最终涂膜的受损部位,若1㎜以下的受损存在10个以下,则评价为优秀(◎),若大于1㎜且小于2㎜的受损存在10个以下,则评价为良好(○),若2㎜以上且小于3㎜的受损存在10个以下,则评价为一般(△),若2㎜以上且小于3㎜的受损超过10个,则评价为不良(×)。
(5)硬度
利用铅笔硬度法测量透明涂膜的硬度。具体地,利用分别为2B、B、HB、F、H及2H的铅笔测量不损伤透明涂膜的最大硬度。
按照测量结果,若为HB以上,则评价为优秀(◎),若为B,则评价为良好(○),若小于B,则评价为不良(×)。
(6)耐冲击性
以最终涂膜作为对象,根据ASTM D2794评价耐冲击性。使用杜邦冲击试验机,以使重物的下落高度从30cm到50cm变化的方式,使500g的重物下落到样本上时,观察涂膜的外观。
观察结果,在重物的下落高度为50㎝以上时,如果涂膜没有出现龟裂或剥离现象,则评价为优秀(◎),在重物的下落高度为30㎝以上且小于50㎝时,如果涂膜出现龟裂或剥离现象,则评价为良好(○),在重物的下落高度为20㎝以上且小于30㎝时,如果涂膜出现龟裂或剥离现象,则评价为一般(△),在重物的下落高度小于20㎝时,如果涂膜出现龟裂或剥离现象,则评价为不良(×)。
(7)耐水性
将最终涂膜沉积于40℃的恒温水槽中240小时,在室温下放置1小时之后,以棋盘板方法评价粘附性,并用肉眼确认变色。
具体地,棋盘板方法作为用刀将透明涂膜表面制成100个宽度为2mm及长度为2mm的正方形之后,使用胶带使正方形分离以测量粘附性的方法,在100个正方形中,若剩余的正方形为70%以上且小于100%,则将粘附性评价为良好(○),若剩余的正方形小于70%,则将粘附性评价为不良(×)。
按照测量结果,若粘附性良好且无变色,则评价为优秀(◎),若粘附性良好但变色后重新恢复,则评价为一般(△),若粘附性不良或形成变色,则评价为不良(×)。
(8)耐溶剂性
将充分浸泡在二甲苯(xylene)溶剂中的棉布放置在最终涂膜的表面上,然后用指甲以2kgf的力每分钟刮擦表面4次,并测量露出基底涂膜层的时间。
按照测量结果,若为10分钟以上,则评价为优秀(◎),若为7分钟以上且小于10分钟,则平价为良好(○),若为5分钟以上且小于7分钟,则平价为一般(△),若小于5分钟,则平价为不良(×)。
(9)耐候性
将最终涂膜在促进耐候性测试机WOM中暴露1,000小时,并对于暴露前后的光泽保持率(20°光泽度)、粘附性及色差(X-Rite MA98)进行了测试。
具体地,对于粘附性,采用了上述(7)的棋盘板方法,若剩余的四边形为100%、光泽保持率为95%以上、色差值(ΔE)为1.0以下,则评价为优秀(◎),若剩余的四边形为100%、光泽保持率为90%以上且小于95%、色差值(ΔE)为1.0以下,则平价为良好(○),若剩余的四边形小于90%、光泽保持率小于90%、色差值(ΔE)大于1.0,则平价为不良(×)。
【表6】
如从表6中可确认到,硅烷类封闭剂具有可改善涂料的耐刮擦性、耐冲击性及耐候性的效果,聚亚烷基多元醇封闭剂具有提升外观及耐水性的效果,吡唑类封闭剂具有可改善涂料的光泽度的效果。
以上,本发明仅对所记载的实施例进行详细说明,但是在本发明的技术思想范围内可进行多种变形及修改,这对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的,这种变形及修改显然属于所附的权利要求书的范围。
下面,说明本发明的各种实施形态。
(1)在封闭型聚异氰酸酯中,作为从聚异氰酸酯化合物及封闭剂获得的封闭型聚异氰酸酯,其包含:第一封闭型异氰酸酯基,所述第一封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过硅烷类封闭剂封闭;第二封闭型异氰酸酯基,所述第二封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过聚亚烷基多元醇封闭剂封闭;及第三封闭型异氰酸酯基,所述第三封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过吡唑类封闭剂封闭。
(2)在封闭型聚异氰酸酯中,封闭剂以用于制备封闭型聚异氰酸酯的组合物的总重量为准,包含2至15重量%的硅烷类封闭剂、5至17重量%的聚亚烷基多元醇封闭剂及11至23重量%的吡唑类封闭剂。
(3)在封闭型聚异氰酸酯中,硅烷类封闭剂包含选自由γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(Gamma-Aminopropyltrimethoxysilane)、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(Bis(trimethoxysilylpropyl)amine)、有机烷氧基硅烷(Organoalkoxysilane)、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane)、N-(2-氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilane)、双-(γ-三甲氧基硅丙基)胺、双-(γ-三乙氧基硅丙基)胺及氨基丙基三乙氧基硅烷组成的组中的一种以上。
(4)在封闭型聚异氰酸酯中,聚亚烷基多元醇封闭剂包含选自由聚乙二醇(PEG)、聚四亚甲基氧化物(PTMO)、聚环氧丙烷(PPO)、单烷氧基聚乙二醇、聚乙烯三醇、聚丙烯三醇单独或它们的共聚物组成的组中的一种以上。
(5)在封闭型聚异氰酸酯中,吡唑类封闭剂包含选自由吡唑、3-甲基吡唑及3,5-二甲基吡唑组成的组中的一种以上。
(6)在封闭型聚异氰酸酯中,以封闭型聚异氰酸酯的总重量为准,固体含量(NV)为70至90重量%,Si(OR1)3的含量为1至11重量%,醇盐(R2O)的含量为5至15重量%。
(7)在水溶性透明涂料组合物中,作为包含第(1)项至第(6)项中的任意一项所述的封闭型聚异氰酸酯及水溶性树脂部的水溶性透明涂料组合物,水溶性树脂部包括丙烯酸分散体树脂、水溶性聚酯树脂、聚氨酯分散体树脂、丙烯酸乳液树脂及三聚氰胺树脂。
(8)在水溶性透明涂料组合物中,包含5至15重量份的封闭型聚异氰酸酯及38至140重量份的水溶性树脂部。
(9)在水溶性透明涂料组合物中,水溶性树脂部包含20至50重量份的丙烯酸分散体树脂、1至15重量份的水溶性聚酯树脂、1至15重量份的聚氨酯分散体树脂、1至15重量份的丙烯酸乳液树脂、10至30重量份的三聚氰胺树脂。

Claims (9)

1.一种封闭型聚异氰酸酯,其从聚异氰酸酯化合物及封闭剂获得,其中,包含:
第一封闭型异氰酸酯基,所述第一封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过硅烷类封闭剂封闭;
第二封闭型异氰酸酯基,所述第二封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过聚亚烷基多元醇封闭剂封闭;及
第三封闭型异氰酸酯基,所述第三封闭型异氰酸酯基的异氰酸酯基通过吡唑类封闭剂封闭。
2.根据权利要求1所述的封闭型聚异氰酸酯,其中,
封闭剂以用于制备封闭型聚异氰酸酯的组合物的总重量为准,包含2至15重量%的硅烷类封闭剂、5至17重量%的聚亚烷基多元醇封闭剂及11至23重量%的吡唑类封闭剂。
3.根据权利要求1所述的封闭型聚异氰酸酯,其中,
硅烷类封闭剂包含选自由γ-氨基丙基三甲氧基硅烷
(Gamma-Aminopropyltrimethoxysilane)、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(Bis(trimethoxysilylpropyl)amine)、有机烷氧基硅烷(Organoalkoxysilane)、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane)、N-(2-氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilane)、双-(γ-三甲氧基硅丙基)胺、双-(γ-三乙氧基硅丙基)胺及氨基丙基三乙氧基硅烷组成的组中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的封闭型聚异氰酸酯,其中,
聚亚烷基多元醇封闭剂包含选自由聚乙二醇(PEG)、聚四亚甲基氧化物(PTMO)、聚环氧丙烷(PPO)、单烷氧基聚乙二醇、聚乙烯三醇、聚丙烯三醇单独或它们的共聚物组成的组中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的封闭型聚异氰酸酯,其中,
吡唑类封闭剂包含选自由吡唑、3-甲基吡唑及3,5-二甲基吡唑组成的组中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的封闭型聚异氰酸酯,其中,
以封闭型聚异氰酸酯的总重量为准,固体含量(NV)为70至90重量%,Si(OR1)3的含量为1至11重量%,醇盐(R2O)的含量为5至15重量%。
7.一种水溶性透明涂料组合物,其包括根据权利要求1至6中的任意一项所述的封闭型聚异氰酸酯及水溶性树脂部,其中,
水溶性树脂部包括丙烯酸分散体树脂、水溶性聚酯树脂、聚氨酯分散体树脂、丙烯酸乳液树脂及三聚氰胺树脂。
8.根据权利要求7所述的水溶性透明涂料组合物,其中,
包含5至15重量份的封闭型聚异氰酸酯及38至140重量份的水溶性树脂部。
9.根据权利要求7所述的水溶性透明涂料组合物,其中,
水溶性树脂部包含20至50重量份的丙烯酸分散体树脂、1至15重量份的水溶性聚酯树脂、1至15重量份的聚氨酯分散体树脂、1至15重量份的丙烯酸乳液树脂、10至30重量份的三聚氰胺树脂。
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