CN102634273B - 环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料，其甲组分为固体含量100质量%的水性脂肪族异氰酸酯；乙组分的各组分的质量份为：水10～18、改性高分子分散剂4～10、非离子型和/或阴离子型润湿剂0.1～0.3、颜料2～20、填料3～15、丙烯酸羟基乳液40～70、功能树脂3～6、聚醚改性硅氧烷型消泡剂0.1～0.5、聚醚改性硅氧烷型流平剂0.1～0.3、杂环类杀菌剂0.1～0.3、无溶剂聚氨酯增稠剂0.2～1.0，使用时，甲、乙组分按质量份之比1：5～6混合。本发明涂料各项性能完全达到溶剂型地坪涂料的要求，耐人工老化性能优秀，VOC明显低于单组分水性聚氨酯地坪涂料，符合环保要求。

Description

环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料

技术领域

本发明涉及一种环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料。特别适用于室内外各种地坪尤其是户外体育运动专用地坪的装饰和保护。

背景技术

目前国内地坪涂料80%以上为溶剂型，包括聚氨酯地坪涂料和环氧地坪涂料。这些溶剂型地坪涂料都含有较多的有机溶剂，不仅对环境及人体健康造成严重危害，而且对石油资源也是极大的浪费。溶剂型聚氨酯地坪涂料中还含有一定量的游离异氰酸酯单体，在施工过程中，会严重影响人们的身体健康和生活环境。另外，溶剂型地坪涂料会受到环境温度和湿度、基层湿度以及基面存在的其它问题的影响和制约，特别是其施工对基材的干燥度要求很高，但在实际施工时往往很难满足。因此，在施工中会出现许多难以克服的弊病，如：起泡、鼓泡、脱落、附着不良等现象，影响了地坪涂料的保护效果。虽然也有无溶剂型环氧地坪涂料，但是因其中含有一定量的活性稀释剂，例如常用的丁基环氧丙基醚，它具有一定毒性，对人体健康不利。随着环保法规要求的日趋严格、人们对环境保护和健康的普遍关注和重视以及石油产品价格的大幅攀升，地坪涂料的水性化已成为必然发展趋势。已公开的水性地坪涂料专利大多数涉及水性环氧型地坪涂料，如中国专利CN101565584A、CN1702132A、CN1597812A等，这些地坪涂料体系中的有机溶剂含量虽然远低于现有溶剂型地坪涂料，但其环氧树脂的耐候性差及涂膜质脆易裂等缺点仍无法克服，因而不能满足对耐候性有较高要求的户外体育运动专用地坪的要求。CN101362922A公开了一种水性单组分脂肪族聚氨酯地坪涂料，与水性环氧类地坪涂料相比，具有较好的耐磨性和耐候性，但由于所用的基料是水性单组分脂肪族聚氨酯乳液，其涂膜未经化学交联，无法提供良好的耐候性，而且在配制涂料时，仍需加入一定量的助溶剂，这也增加了涂料中的有机挥发物含量，对环境和人体均有影响。

发明内容

本发明的目的是:提供一种耐候性好，有机挥发物含量低的环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料。

实现本发明目的的技术方案是：一种环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料，由甲、乙两组分构成，其特征在于，所述甲组分为固体含量100质量%的水性脂肪族异氰酸酯；所述乙组分由下述组分构成，各组分的质量份为：水10～18、改性高分子分散剂4～10、非离子型和/或阴离子型润湿剂0.1～0.3，颜料2～20、填料3～15、丙烯酸羟基乳液40～70、功能树脂3～6、聚醚改性硅氧烷型消泡剂0.1～0.5、聚醚改性硅氧烷型流平剂0.1～0.3、杂环类杀菌剂0.1～0.3、无溶剂聚氨酯增稠剂0.2～1.0，其中：

丙烯酸羟基乳液为中海油常州涂料化工研究院生产的产品，其牌号为CTD-6924，它是一种具有核壳结构的乳液，其固体含量为40～45质量%，羟基含量为3.3～4.0质量%，有机硅单体含量为5～8质量%，其羟基及硅单体分布在壳层中；

改性高分子分散剂为中海油常州涂料化工研究院生产的产品，其牌号为CTD-7106，它是一种含羟基丙烯酸类分散剂，其固体含量20～30质量%，羟基含量为3.0～3.5质量%；

功能树脂为河北亚东化工集团公司生产的产品，其牌号为YD-4450，它是一种高羟基含量的多元醇，其固体含量≥98质量%，羟基含量9.0～11.0质量%；

填料为超细云母粉和/或超细石英粉；

使用时，甲组分与乙组分按质量份之比1∶5～6混合。

上述环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料的所述乙组分中的丙烯酸羟基乳液是采用（甲基）丙烯酸羟乙酯、（甲基）丙烯酸羟丙酯中的一种或几种，丙烯酸和/或甲基丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸丁酯中的一种或几种，三乙氧基乙烯基硅烷和/或三丙氧基乙烯基硅烷，苯乙烯、对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯中的一种或几种作为聚合单体，以水为介质，在反应型乳化剂、引发剂存在下，采用无皂核壳乳液聚合技术制得的，其中反应型乳化剂为阴离子型和/或非离子型乳化剂；引发剂为过硫酸钾和/或过硫酸铵。

上述环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料的所述乙组分中的颜料为炭黑、金红石型钛白粉、氧化铁黄、氧化铁红、氧化铁黑、酞菁蓝、酞菁绿中的一种或几种。可以根据客户对地坪颜色的要求从中选择。

上述环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料的所述乙组分中的填料超细云母粉的细度为1250目，超细石英粉的细度为800～1000目。

上述环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料的所述乙组分按如下步骤制备：

①按权利要求1的乙组分的各组分用量准备原料；

②在容器中，搅拌下，依次加入步骤①准备的水、改性高分子分散剂、非离子型和/或阴离子型润湿剂、聚醚改性硅氧烷型消泡剂，并搅拌均匀；

③在步骤②制得的物料中搅拌下加入步骤①准备的颜料、填料，加完后以2000转/分搅拌10分钟，然后移入砂磨机中，分散60分钟，制得浆料；

④将步骤③制得的浆料移入另一容器中，搅拌下依次加入步骤①准备的丙烯酸羟基乳液、功能树脂、聚醚改性硅氧烷型流平剂、杂环类杀菌剂，搅拌10分钟后，加入无溶剂聚氨酯增稠剂，再继续搅拌20分钟；

⑤将步骤④制得的物料用120目的绢布滤网过滤，收集滤液包装，即得环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料的乙组分。

本发明的技术效果是：①本发明涂料乙组分中的主要成膜物是由特定的丙烯酸羟基乳液、改性高分子分散剂和功能树脂三者构成的，它们各自具有特定的优点：其一丙烯酸羟基乳液为成膜物的主体部分，它构成了涂膜的骨架，由于其分子量较大，即使不加入甲组分，成膜后也具有较好的耐化学品性、耐磨性及韧性等性能，再者，由于其羟基含量高达3.3～4.0质量%，且分布在具有核壳结构的乳液粒子的壳层中，当与甲组分反应后有较高的交联密度,使得涂膜具有很好的综合性能，而且由于其硅单体也分布在乳液粒子的壳层中,在固化成膜时很容易与地坪的水泥基材中的硅缩合交联,提高了涂膜在基材上的附着力；其二改性高分子分散剂分子中含有的羟基，能与甲组分反应交联，成为互穿网络体系中的一部分，克服了常规分散剂因在涂膜中游离而影响了涂膜性能，再者，改性高分子分散剂的分子量比常规分散剂的分子量大，由其制备的含颜、填料的浆料与丙烯酸羟基乳液混容性较好，在成膜时，颜、填料可以均匀分散在涂膜中，不仅不易发生浮色发花，克服了常规分散剂的这一固有缺点，而且确保填料在涂膜中的作用得以充分发挥；其三功能树脂的分子量较小，在成膜时填补了大分子的丙烯酸羟基乳液乳胶粒子间的间隙，使涂膜具有更好的致密性，其较高含量的羟基与甲组分反应后，进一步提高了涂膜的交联密度，因而涂膜的硬度及耐化学品性等综合性能得到进一步提高；成膜时，乙组分中的丙烯酸羟基乳液、改性高分子分散剂和功能树脂相互间还能有较好的协同配合作用，因此，本发明涂料的涂膜综合性能明显优于只使用上述三种的任一种或任两种作为主要成膜物时的涂膜性能；②本发明涂料乙组分中的填料采用了适量超细云母粉，其独特的片状结构，能提高涂膜的防止紫线的穿透，改善了涂膜的耐候性，也增加了涂膜的耐磨性和耐水性，它具有较低的热膨胀系数，有助于提高涂膜因温度、湿度引起的伸缩抵抗力，提高了涂膜的抗冻性和耐污性，另外，它还可提高涂料的悬浮力，减少分层和沉淀，改善了涂料的储存稳定性；③本发明涂料以水为分散介质，不使用任何助溶剂，涂料的VOC含量极低，不但节省了大量石油资源，消除了在生产、储存、运输和施工时的火灾隐患，有利于保护环境和施工人员健康，而且适用环境广，施工方便，可在潮湿基材表面直接施工，克服了溶剂型地坪涂料对水敏感的弱点；④本发明采用的甲组分是亲水改性脂肪族异氰酸酯，其固体含量为100质量%，无须使用助溶剂稀释即能在本发明的乙组分中很好地分散和混合均匀，进一步降低了本发明涂料的VOC含量，符合环保要求。与乙组分混合固化后，涂膜的耐候性极佳，克服了水性环氧地坪涂料因耐候性差导致应用受到局限的缺点，特别适用于涂装户外及有耐候性要求的地坪；⑤本发明涂料的乙组分的各个组分相互匹配，因此，可以产生很好的协同作用，最终所形成的涂膜具有较好的硬度、耐磨性、柔韧性、冲击性等物理机械性能及耐化学品性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于此。

在各实施例和比较例中所采用的原料，除另有说明外，均是涂料用工业级市售品，可通过商业渠道购得。所涉及的设备均为涂料工业常规设备。

实施例1～2制备环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料乙组分

（一）乙组分配方

本发明的乙组分由下述组分构成，各组分的质量份为：水10～18、改性高分子分散剂4～10、非离子型和/或阴离子型润湿剂0.1～0.3，颜料2～20、填料3～15、丙烯酸羟基乳液40～70、功能树脂3～6、聚醚改性硅氧烷型消泡剂0.1～0.5、聚醚改性硅氧烷型流平剂0.1～0.3、杂环类杀菌剂0.1～0.3、无溶剂聚氨酯增稠剂0.2～1.0，实施例1和2乙组分的具体配方见表1。

表1

（二）制备乙组分

具体操作如下：

①按表1中乙组分的各组分用量准备原料；

②在容器中，搅拌下，依次加入步骤①准备的水、改性高分子分散剂、非离子型和/或阴离子型润湿剂、聚醚改性硅氧烷型消泡剂，并搅拌均匀；

③在步骤②制得的物料中搅拌下加入步骤①准备的颜料、填料，加完后以2000转/分搅拌10分钟，然后移入砂磨机中，分散60分钟，制得浆料；

④将步骤③制得的浆料移入另一容器中，搅拌下依次加入步骤①准备的丙烯酸羟基乳液、功能树脂、聚醚改性硅氧烷型流平剂、杂环类杀菌剂，搅拌10分钟后，加入无溶剂聚氨酯增稠剂，再继续搅拌20分钟；

⑤将步骤④制得的物料用120目的绢布滤网过滤，收集滤液包装，即分别制得实施例1和2的环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料的乙组分。

比较例单组分水性聚氨酯地坪涂料

（一）涂料配方

为了便于比较，除使用单组分水性聚氨酯分散树脂作为基本成膜物，用常规羧酸盐类分散剂外，其余组分基本与实施例2的乙组分相同，比较例涂料的具体配方见表2。

表2

（二）具体操作

①按表2中的各组分用量准备原料；

②在搅拌条件下，依次将水、分散剂、润湿剂、消泡剂加入容器中，并搅拌均匀；

③搅拌下，在步骤②制得的物料中，加入钛白粉、超细云母粉、超细石英粉，加完后以2000转/分搅拌10分钟，然后移入砂磨机中分散60分钟，制得颜料浆；

④在另一容器中，加入步骤③制得的浆料，搅拌下，依次加入单组分水性聚氨酯分散树脂、流平剂、杀菌剂，搅拌10分钟后，再加入增稠剂后，继续搅拌20分钟；

⑤将步骤④制得的物料用120目的绢布滤网过滤，收集滤液包装，即得比较例涂料单组分水性聚氨酯地坪涂料。

检测涂膜性能

将实施例1、2制得的涂料乙组分分别与甲组分按6∶1（质量份比）配比混合均匀后制得本发明环保型双组分水性聚氨酯地坪涂料1和2，其甲组分为100质量%的水性脂肪族异氰酸酯（德国拜耳公司生产，牌号为Bayhydur2547）；

用以上制得的本发明环保型双组分水性聚氨酯地坪涂料1和2及比较例涂料分别涂覆样板，所用样板的材质如下：

检测铅笔硬度、耐冲击性、柔韧性的样板为马口铁板；

检测耐磨性的样板为铝板；

检测附着力、耐水性、耐碱性、耐酸性、耐120#汽油、耐盐水性、耐人工老化的样板为水泥板。

上述样板在标准状态下放置7天后，按相应的涂料国家标准方法测试性能，测试结果见表3。

表3

注：“无异常”是指涂膜不起泡、不脱落，很轻微变色。

由表3的结果可见，本发明的环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料1和2的性能明显优于比较例涂料，特别是铅笔硬度、耐水性、耐酸性、耐盐水性，各项性能不仅完全达到HG/T3289-2006地坪涂料（溶剂型）的要求，而且VOC明显低于单组分水性聚氨酯地坪涂料，符合环保要求，耐人工老化性优秀。

应用试验

将实施例1、2制得的涂料乙组分分别与甲组分按6∶1（质量份比）配比混合均匀后制得本发明环保型双组分水性聚氨酯地坪涂料1和2，其甲组分为100质量%的水性脂肪族异氰酸酯（德国拜耳公司生产，牌号为Bayhydur2547），分别在水泥为基材的地坪上进了应用试验，涂装面积各约30m²。相关性能检测结果见表4。

表4

经过上述涂覆的地坪，实际使用6个月后，涂膜表面平整光滑无破损，不粉化，无变色。

Claims (3)

1.一种环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料，由甲、乙两组分构成，其特征在于，所述甲组分为固体含量100质量%的水性脂肪族异氰酸酯；所述乙组分由下述组分构成，各组分的质量份为：水10～18、改性高分子分散剂4～10、非离子型和/或阴离子型润湿剂0.1～0.3，颜料2～20、填料3～15、丙烯酸羟基乳液40～70、功能树脂3～6、聚醚改性硅氧烷型消泡剂0.1～0.5、聚醚改性硅氧烷型流平剂0.1～0.3、杂环类杀菌剂0.1～0.3、无溶剂聚氨酯增稠剂0.2～1.0，其中：

丙烯酸羟基乳液为中海油常州涂料化工研究院生产的产品，其牌号为CTD-6924，它是一种具有核壳结构的乳液，其固体含量为40～45质量%，羟基含量为3.3～4.0质量%，有机硅单体含量为5～8质量%，其羟基及硅单体分布在壳层中；

改性高分子分散剂为中海油常州涂料化工研究院生产的产品，其牌号为CTD-7106，它是一种含羟基丙烯酸类分散剂，其固体含量20～30质量%，羟基含量为3.0～3.5质量%；

功能树脂为河北亚东化工集团公司生产的产品，其牌号为YD-4450，它是一种高羟基含量的多元醇，其固体含量≥98质量%，羟基含量9.0～11.0质量%；

填料为超细云母粉和/或超细石英粉，所述超细云母粉的细度为1250目，超细石英粉的细度为800～1000目；

使用时，甲组分与乙组分按质量份之比1：5～6混合。

2.根据权利要求1所述的环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料，其特征在于，所述乙组分中的颜料为炭黑、金红石型钛白粉、氧化铁黄、氧化铁红、氧化铁黑、酞菁蓝、酞菁绿中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料，其特征在于，所述乙组分按如下步骤制备：

①按权利要求1的乙组分的各组分用量准备原料；

②在容器中，搅拌下，依次加入步骤①准备的水、改性高分子分散剂、非离子型和/或阴离子型润湿剂、聚醚改性硅氧烷型消泡剂，并搅拌均匀；

③在步骤②制得的物料中搅拌下加入步骤①准备的颜料、填料，加完后以2000转/分搅拌10分钟，然后移入砂磨机中，分散60分钟，制得浆料；

④将步骤③制得的浆料移入另一容器中，搅拌下依次加入步骤①准备的丙烯酸羟基乳液、功能树脂、聚醚改性硅氧烷型流平剂、杂环类杀菌剂，搅拌10分钟后，加入无溶剂聚氨酯增稠剂，再继续搅拌20分钟；

⑤将步骤④制得的物料用120目的绢布滤网过滤，收集滤液包装，即得环保型水性双组分聚氨酯地坪涂料的乙组分。