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CN113278353A - 一种涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种涂料及其制备方法与应用 Download PDF

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CN113278353A
CN113278353A CN202110487745.5A CN202110487745A CN113278353A CN 113278353 A CN113278353 A CN 113278353A CN 202110487745 A CN202110487745 A CN 202110487745A CN 113278353 A CN113278353 A CN 113278353A
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CN
China
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coating
weight
dispersing
solvent
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CN202110487745.5A
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王杰
袁黎光
黄泽熹
崔庆实
杨小牛
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Huangpu Institute Of Advanced Materials Changchun Institute Of Applied Chemistry Chinese Academy Of Sciences
Original Assignee
Huangpu Institute Of Advanced Materials Changchun Institute Of Applied Chemistry Chinese Academy Of Sciences
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Abstract

本发明公开了一种涂料及其制备方法与应用。本发明涂料主要由以下重量份的原料制备而成：异氰酸酯100‑150份，羟基聚醚多元醇500‑650份，氟碳改性丙烯酸酯55‑65份，催化剂20‑30份，扩链剂25‑50份，抗氧化剂0‑10份，抗紫外助剂0‑10份，溶剂750‑1050份，分散剂0‑10份，消泡剂0‑20份。本发明涂料形成的聚氨酯涂层能实现瞬时修复，耐刮擦，疏水性强，附着力高，制备方法简单，便于工业化生产应用。

Description

一种涂料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于涂料和防护涂层领域，具体涉及一种涂料及其制备方法与应用。
背景技术
家庭财富的不断积累使得汽车愈发受到中国家庭的青睐。截止2020年末，我国汽车的保有量已超过3.1亿辆。庞大的汽车保有量催生了庞大的汽车保养市场。
汽车在长期的实际使用过程中，环境中的沙尘、酸雨、油墨、污染物等会对汽车漆产生冲击、腐蚀、污染等损害作用，而导致车漆出现破损、变脏、开裂、溶解等问题。传统的防护措施是在车漆表面打蜡、抛光，这种方式需要汽车定期前往保养机构进行维护，不仅给车主带来麻烦，而且会增加车主的经济负担。起源于美国的新型防护措施便是贴合隐形车衣。由于隐形车衣能够有效的保护车漆并起到防刮伤作用，由此减少了汽车前往保养机构维护的次数，显著降低了车主的经济负担。目前，大部分车主在购买新车之后变回延伸使用隐形车衣。
我国的隐形车衣技术还处于起步和发展阶段，目前绝大部分隐形车衣是借助优异的抗划伤、抗破损性能来保护车漆，同时起到延长车衣的使用周期的效果。隐形车衣顶涂层主要使用PU材料，可以实现受损部位的瞬间修复，无痕迹产生，然而目前国内相关自修复顶涂层产品的自修复时间较长，无法实现秒修复功能。因此相关产品的实际使用存在限制，有必要开发一种自修复时间短、效果好的顶涂层PU材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种涂料及其制备方法与应用，以实现瞬间修复，所得涂层具有耐刮擦、疏水性强、高附着力等特点，综合性能良好，保护效果好。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种涂料，主要由以下重量份的原料制备而成：
Figure RE-GDA0003163594650000021
上述涂料所新形成的聚氨酯涂层中含有较多的软段结构，在该涂层烘干后软段结构能够在常温下迅速发生分子链段的迁移运动，从而为被刮擦的涂层表面的瞬间修复提供了条件，实现涂层被刮擦无痕迹；该涂层耐刮擦、疏水和疏油性强、在基体上附着力强，能为基体提供更好的防护。本申请发明人在研究过程中发现，相比使用未改性的丙烯酸酯、氟碳改性的丙烯酸酯，使用有机硅改性丙烯酸酯，有利于提高涂层的爽滑性能，降低涂层表面的摩擦系数，提高涂层的细腻手感。
优选地，所述异氰酸酯为TDI三聚体、MDI三聚体中的至少一种。选用具有苯环的三聚体MDI三聚体以及TDI三聚体，能够提高涂层的交联密度，形成更加致密的交联体系网络，提高涂层耐污能力，提高提出的耐化学性能。
优选地，所述羟基聚醚多元醇为PTMEG1000、PPG1000中的至少一种。当羟基聚醚多元醇为PTMEG1000、PPG1000中的至少一种时，所得涂层具有优异的耐水解性能，显著提高了其使用寿命。
优选地，所述催化剂为金属有机催化剂。
优选地，所述催化剂包括二月硅酸二丁基锡、新癸酸铋、环烷酸铋中的至少一种。
优选地，所述扩链剂为1,3-丁二醇、1,4-丁二醇中的至少一种。
优选地，所述抗氧化剂包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基四醇酯中的至少一种。
优选地，所述抗紫外助剂为苯并三唑、二苯酮的至少一种。
优选地，所述分散剂为油酸钠、十二烷基苯环酸钠中的至少一种。
优选地，所述消泡剂为毕克公司BYK028、BYK-W961，罗地亚公司DF-691 中的至少一种。即所述消泡剂优选为毕克公司的BYK028、毕克公司的 BYK-W961、罗地亚公司DF-691中的至少一种。
优选地，所述溶剂为丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃。更优选地，所述溶剂中丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃的重量比为丁酮：乙酸乙酯：四氢呋喃＝1:4:1。
优选地，所述扩链剂为25-30重量份。
优选地，所述抗氧化剂为5-10重量份。
优选地，所述抗紫外助剂为5-10重量份。
在所述涂料中添加抗氧化剂和抗紫外助剂，能有效抑制涂层黄变的倾向，从而延长成膜涂层的使用周期。
优选地，所述分散剂为5-10重量份。
优选地，所述消泡剂为10-20重量份。
第二方面，本发明提供了上述涂料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)在保护气保护下，将羟基聚醚多元醇、不超过一半的异氰酸酯和不超过一半的溶剂混合，在60-70℃下分散，得到第一中间物料；
(2)将第一中间物料降温至45-50℃，加入有机硅改性丙烯酸酯、催化剂、扩链剂以及剩余异氰酸酯，再升温至65-75℃进行反应，制得第二中间物料；
(3)将第二中间物料降温至45-50℃，加入剩余溶剂、抗氧化剂、抗紫外助剂、分散剂和消泡剂，分散，得到涂料。
优选地，所述步骤(1)中，在800-1000rpm下分散5-20min；所述步骤(2) 中，在800-1000rpm下升温至65-75℃进行恒温反应2-3h；所述步骤(3)中，先加入剩余溶剂，在500-800rpm下分散5-15min，再加入抗氧化剂、抗紫外助剂、分散剂和消泡剂，在500-600rpm下分散30-60min。
第三方面，本发明还提供了一种涂层，其采用上述涂料制备而成。将上述涂料通过刮涂、滚涂或通过涂布机涂布等方式施工在TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)基膜上，经过高温处理，如100℃下放置3分钟，待固化成膜即能得到具有良好自修复效果的隐形车衣，所形成的涂层即为隐形车衣的顶涂层。
第四方面，本发明还提供了一种车衣，其顶涂层为上述涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明涂料形成的聚氨酯涂层中含有较多的软段结构，烘干后软段结构能够在常温下迅速发生分子链段的迁移运动，从而为被刮擦的涂层表面的瞬间修复提供了条件，实现涂层被刮擦无痕迹；该涂层耐刮擦、疏水和疏油性强、在基体上附着力强，能为基体提供更好的防护。
(2)本发明涂料和涂层的原料易得，制备方法简单，适于工业化生产应用。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
发明人在研究过程中所用PTMEG(四氢呋喃均聚醚)购自浙江兴华工贸有限公司，分子量为1000-2000。可根据需要选择不同分子量的羟基聚醚多元醇，本发明实施例中所使用的是分子量1000的羟基聚醚多元醇，但实施本发明并所选用的羟基聚醚多元醇不限于上述厂家及其具体性能参数。
实施例1
本实施例提供了一种涂料，其由以下重量份的原料制备而成：异氰酸酯150 份，有机硅改性丙烯酸酯65份，羟基聚醚多元醇650份，催化剂30份，扩链剂50份，抗氧化剂10份，抗紫外助剂10份，溶剂950份，分散剂10份，消泡剂20份。其中，异氰酸酯选取TDI三聚体；羟基聚醚多元醇选取PTMEG1000；催化剂选取二月硅酸二丁基锡；扩链剂选取1,4-丁二醇；抗氧化剂选取2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；抗紫外助剂选取苯并三唑；溶剂为丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃的混合物，三者重量比为丁酮：乙酸乙酯：四氢呋喃＝1:4:1；分散剂选取十二烷基苯环酸钠；消泡剂选取毕克公司BYK028。
本实施例涂料的制备方法如下：
(1)在至少1L的反应釜中持续通入氮气5min，将TDI三聚体75重量份、端羟基聚醚多元醇650重量份、丁酮125重量份、乙酸乙酯200重量份和四氢呋喃125重量份加入到反应釜中，在70℃下，以800rpm的转速分散5min；
(2)随后降温至45℃，将TDI三聚体75重量份、有机硅改性丙烯酸酯65 重量份、二月硅酸二丁基锡30重量份和1,4-丁二醇50重量份加入到反应釜后，再以800rpm的转速分散，并升温至70℃，恒温反应2h；
(3)降温至45℃，将丁酮100重量份、乙酸乙酯300重量份和四氢呋喃 100重量份加入到反应釜中，以500rpm的转速分散15min；
(4)将2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚10重量份、苯并三唑10重量份、十二烷基苯环酸钠10重量份和BYK028消泡剂20重量份加入到反应釜中，以500rpm 的转速分散60min，即得涂料。
将本实施例涂料通过涂布机涂布的方法涂布在TPU基膜上，在100℃下烘烤3分钟，待固化成膜后形成耐刮擦隐形车衣顶涂层。
实施例2
本实施例提供了一种涂料，其由以下重量份的原料制备而成：异氰酸酯125 份，有机硅改性丙烯酸酯60份，羟基聚醚多元醇600份，催化剂25份，扩链剂40份，抗氧化剂8份，抗紫外助剂8份，溶剂950份，分散剂8份，消泡剂 15份。其中，异氰酸酯选取TDI三聚体；羟基聚醚多元醇选取PTMEG1000；催化剂选取二月硅酸二丁基锡；扩链剂选取1,4-丁二醇；抗氧化剂选取2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；抗紫外助剂选取苯并三唑；溶剂为丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃的混合物，三者重量比为丁酮：乙酸乙酯：四氢呋喃＝1:4:1；分散剂选取十二烷基苯环酸钠；消泡剂选取毕克公司BYK028。
本实施例涂料的制备方法如下：
(1)在至少1L的反应釜中持续通入氮气5min，将TDI三聚体62.5重量份、端羟基聚醚多元醇600重量份、丁酮125重量份、乙酸乙酯200重量份和四氢呋喃125重量份加入到反应釜中，在70℃下，以800rpm的转速分散5min；
(2)随后降温至45℃，将TDI三聚体62.5重量份、有机硅改性丙烯酸酯 60重量份、二月硅酸二丁基锡25重量份和1,4-丁二醇40重量份加入到反应釜后，再以800rpm的转速分散，并升温至70℃，恒温反应2h；
(3)降温至45℃，将丁酮50重量份、乙酸乙酯400重量份和四氢呋喃50 重量份加入到反应釜中，以500rpm的转速分散15min；
(4)将2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚8重量份、苯并三唑8重量份、十二烷基苯环酸钠8重量份和BYK028消泡剂15重量份加入到反应釜中，以500rpm的转速分散60min，即得涂料。
将本实施例涂料通过涂布机涂布的方法涂布在TPU基膜上，在100℃下烘烤3分钟，待固化成膜后形成耐刮擦隐形车衣顶涂层。
实施例3
本实施例提供了一种涂料，其由以下重量份的原料制备而成：异氰酸酯100 份，有机硅改性丙烯酸酯55份，羟基聚醚多元醇500份，催化剂25份，扩链剂30份，抗氧化剂5份，抗紫外助剂8份，溶剂1050份，分散剂10份，消泡剂20份。其中，异氰酸酯选取TDI三聚体；羟基聚醚多元醇选取PTMEG1000；催化剂选取二月硅酸二丁基锡；扩链剂选取1,4-丁二醇；抗氧化剂选取2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；抗紫外助剂选取苯并三唑；溶剂为丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃的混合物，三者重量比为丁酮：乙酸乙酯：四氢呋喃＝1:4:1；分散剂选取十二烷基苯环酸钠；消泡剂选取毕克公司BYK028。
本实施例涂料的制备方法如下：
(1)在至少1L的反应釜中持续通入氮气5min，将TDI三聚体50重量份、端羟基聚醚多元醇500重量份、丁酮125重量份、乙酸乙酯200重量份和四氢呋喃125重量份加入到反应釜中，在70℃下，以800rpm的转速分散5min；
(2)随后降温至45℃，将TDI三聚体50重量份、有机硅改性丙烯酸酯55 重量份、二月硅酸二丁基锡25重量份和1,4-丁二醇30重量份加入到反应釜后，再以800rpm的转速分散，并升温至70℃，恒温反应2h；
(3)降温至45℃，将丁酮50重量份、乙酸乙酯500重量份和四氢呋喃50 重量份加入到反应釜中，以500rpm的转速分散15min；
(4)将2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚5重量份、苯并三唑8重量份、十二烷基苯环酸钠10重量份和BYK028消泡剂20重量份加入到反应釜中，以500rpm的转速分散60min，即得涂料。
将本实施例涂料通过涂布机涂布的方法涂布在TPU基膜上，在100℃下烘烤3分钟，待固化成膜后形成耐刮擦隐形车衣顶涂层。
实施例4
本实施例提供了一种涂料，其由以下重量份的原料制备而成：异氰酸酯120 份，有机硅改性丙烯酸酯65份，羟基聚醚多元醇500份，催化剂30份，扩链剂25份，抗氧化剂10份，抗紫外助剂5份，溶剂1050份，分散剂8份，消泡剂15份。其中，异氰酸酯选取TDI三聚体；羟基聚醚多元醇选取PTMEG1000；催化剂选取二月硅酸二丁基锡；扩链剂选取1,4-丁二醇；抗氧化剂选取2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；抗紫外助剂选取苯并三唑；溶剂为丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃的混合物，三者重量比为丁酮：乙酸乙酯：四氢呋喃＝1:4:1；分散剂选取十二烷基苯环酸钠；消泡剂选取毕克公司BYK028。
本实施例涂料的制备方法如下：
(1)在至少1L的反应釜中持续通入氮气5min，将TDI三聚体60重量份、端羟基聚醚多元醇500重量份、丁酮125重量份、乙酸乙酯200重量份和四氢呋喃125重量份加入到反应釜中，在70℃下，以800rpm的转速分散5min；
(2)随后降温至45℃，将TDI三聚体60重量份、有机硅改性丙烯酸酯重量65份、二月硅酸二丁基锡30重量份和1,4-丁二醇30重量份加入到反应釜后，再以800rpm的转速分散，并升温至70℃，恒温反应2h；
(3)降温至45℃，将丁酮50重量份、乙酸乙酯500重量份和四氢呋喃50 重量份加入到反应釜中，以500rpm的转速分散15min；
(4)将2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚10重量份、苯并三唑5重量份、十二烷基苯环酸钠8重量份和BYK028消泡剂15重量份加入到反应釜中，以500rpm 的转速分散60min，即得涂料。
将本实施例涂料通过涂布机涂布的方法涂布在TPU基膜上，在100℃下烘烤3分钟，待固化成膜后形成耐刮擦隐形车衣顶涂层。
对比例1
本对比例提供了一种涂料，其由以下重量份的原料制备而成：芳香族二异氰酸酯100份，羟基聚醚多元醇400份，催化剂10份，扩链剂20份，溶剂260 份。其中，芳香族二异氰酸酯选取2,4-甲苯二异氰酸酯；羟基聚醚多元醇选取三羟基聚醚多元醇，分子量为1000；催化剂是二月桂酸二丁基锡；扩链剂选取1,4- 丁二醇；溶剂选取二甲苯和环己酮，二者重量比为1:1。
本对比例涂料的制备方法如下：
(1)在至少5L的反应釜中持续通入氮气10min，将2,4-甲苯二异氰酸酯 100重量份、三羟基聚醚多元醇400重量份、二甲苯65重量份、环己酮65重量份加入到反应釜中，在75℃下以800rpm的转速分散3h；
(2)随后降温至50℃，将二月桂酸二丁基锡10重量份和1,4-丁二醇20重量份加入到反应釜后，再以800rpm的转速分散，并升温至75℃，恒温反应3.5h；
(3)降温至40℃，将二甲苯65重量份和乙酸乙酯65重量份加入到反应釜中，以800rpm的转速分散5min，即得涂料。
将本对比例例涂料通过涂布机涂布的方法涂布在TPU基膜上，在100℃下烘烤3分钟，待固化成膜后形成隐形车衣顶涂层。
效果例1
在常温下，通过纳米划痕仪，在涂层表面划出相应深度的划痕，观察划痕恢复状况，并记录恢复所需要的时间。结果见表1。
表1自修复测试试验结果
Figure RE-GDA0003163594650000091
从表1可以看出，在相同温度下本发明实施例制得的耐刮擦隐形车衣顶涂层在划痕深度相同的情况下，瞬间即能实现车衣表面无划痕，相较对比例1，实现了耐刮擦、无划痕残留的高性能要求。
效果例2
在相同环境下，分别测量水和二碘甲烷在各实施例和对比例所形成的隐形车衣顶涂层上的接触角，结果见表2。
表2接触角测量结果
Figure RE-GDA0003163594650000092
从表2可以看出，在相同温度下，各实施例制得的耐刮擦隐形车衣顶涂层展现了较高水接触角，相比对比例1，实现了较高的疏水能力；本发明涂料随着氟碳改性丙烯酸酯用量的增加，水接触角和油接触角都有所提高。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种涂料，其特征在于，主要由以下重量份的原料制备而成：
Figure FDA0003048107930000011
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述异氰酸酯为TDI三聚体、MDI三聚体中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述羟基聚醚多元醇为PTMEG1000、PPG1000中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述催化剂为金属有机催化剂，优选包括二月硅酸二丁基锡、新癸酸铋、环烷酸铋中的至少一种；所述扩链剂为1,3-丁二醇、1,4-丁二醇中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述抗氧化剂包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基四醇酯中的至少一种；所述抗紫外助剂为苯并三唑、二苯酮的至少一种；所述分散剂为油酸钠、十二烷基苯环酸钠中的至少一种；所述消泡剂为毕克公司BYK028、BYK-W961，罗地亚公司DF-691中的至少一种；所述溶剂为丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃，优选溶剂中丁酮、乙酸乙酯和四氢呋喃的重量比为1:4:1。
6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述扩链剂为25-30重量份；所述抗氧化剂为5-10重量份；所述抗紫外助剂为5-10重量份；所述分散剂为5-10重量份；所述消泡剂为10-20重量份。
7.根据权利要求1所述的涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在保护气保护下，将羟基聚醚多元醇、不超过一半的异氰酸酯和不超过一半的溶剂混合，在60-70℃下分散，得到第一中间物料；
(2)将第一中间物料降温至45-50℃，加入有机硅改性丙烯酸酯、催化剂、扩链剂以及剩余异氰酸酯，再升温至65-75℃进行反应，制得第二中间物料；
(3)将第二中间物料降温至45-50℃，加入剩余溶剂、抗氧化剂、抗紫外助剂、分散剂和消泡剂，分散，得到涂料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在800-1000rpm下分散5-20min；所述步骤(2)中，在800-1000rpm下升温至65-75℃进行恒温反应2-3h；所述步骤(3)中，先加入剩余溶剂，在500-800rpm下分散5-15min，再加入抗氧化剂、抗紫外助剂、分散剂和消泡剂，在500-600rpm下分散30-60min。
9.一种涂层，其特征在于，采用如权利权利要求1所述的涂料制备而成。
10.一种车衣，其特征在于，所述车衣的顶涂层为如权利要求9所述的涂层。
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