CN116496687B - 用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，包括混合使用的组分A和组分B，其中，组分A包括第一水性丙烯酸树脂、第二水性丙烯酸树脂、聚醚硅氧烷共聚物、水性硅烷促进剂、含有环氧基的硅烷化合物及涂料辅料；组分B为固化剂。本发明的涂料是环保型材料，涂料形成的涂层，具有优异的耐水、耐酸碱性能，涂层具有光滑致密的表面，使得污渍易擦掉，并且具有优异的耐老化性能，能够确保长期使用不褪色，不影响美观。涂层造价较低、施工简便，可为大量推广创造便利条件。
Description
技术领域
本发明涉及塑胶地板防护技术领域，具体是有用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料及制备方法。
背景技术
塑胶地板是当今世界非常流行的一种新型轻体地面装饰材料，也称为“轻体地材”。塑胶地板是以聚氯乙烯为原材料，加入填料、塑钢材料、粉料、稳定剂等辅料，经过挤塑，覆膜和涂敷工艺生产而成。在国内的大中城市已经得到普遍的认可，广泛的应用于各类系统。
塑胶地板的优点：绿色环保，超轻超薄，优异的防滑性，吸音防噪，抗菌，花色品种繁多。
塑胶地板的缺点是需要定期对塑胶地板进行打蜡保养。通常复合型塑胶地板一年打蜡保养4次，同质型塑胶地板一般每月地板打蜡保养1次，只有这样才能延长塑胶地板的使用寿命，保证塑胶地板的实用性，频繁的打蜡有很多问题，比如：
1、不耐磨。在人流量大的走廊通道和门口处，未到正常养护期，蜡被磨掉，起不到保护塑胶地板的作用，局部塑胶地板经常被磨出明显的划痕和污迹。这些划痕和污迹不能通过简单的清洁而清掉。
2、不能满足日常的消杀。医院里，通常使用84消毒液进行日常消杀，其主要成分是次氯酸钠，具有强烈的腐蚀性和漂白性，会对塑胶地板造成不可逆的腐蚀变色。
3、成本高。一次打蜡保养，大约需要10元，一年4次，每年需要40元的保养成本。3年的保养成本都可以重新做一层塑胶地板。
4、对用户打扰周期长。每次打蜡养护，都需要对基层进行研磨清洗，打蜡，养护，基本的周期大约2-5天不等，每次保养都需要用户暂停营业来配合。
5、不环保。每次保养对基层进行除蜡清洗，会产生大量的废水和废弃物。废水一般都采取了直排到管网，污染水资源。废弃物随生活垃圾一起，污染环境。
6、不低碳。定期的保养不仅要产生大量的废水，对环境产生影响，而且还需要耗费人力，财力，物力等，这与国家提倡的低碳环保的策略是不符的。
针对塑胶地板的这些情况，亟需一种涂料，把它涂刷在塑胶地板表面，代替传统的打蜡保养。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，代替传统的塑胶地板打蜡保养，具有环保和优异的耐候性、耐磨性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，包括混合使用的组分A和组分B，其中，
所述组分A包括第一水性丙烯酸树脂、第二水性丙烯酸树脂、聚醚硅氧烷共聚物、水性硅烷促进剂、含有环氧基的硅烷化合物及涂料辅料；
所述组分B为固化剂。
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述聚醚硅氧烷共聚物的添加量不小于所述组分A总重量的2％，所述水性硅烷促进剂的添加量不小于所述组分A总重量的2.5％，所述含有环氧基的硅烷化合物的添加量不小于所述组分A总重量的2％。
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述聚醚硅氧烷共聚物的添加量为所述组分A总重量的2％-5％，所述水性硅烷促进剂的添加量为所述组分A总重量的2.5％-5％，所述含有环氧基的硅烷化合物的添加量为所述组分A总重量的2％-5％。
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述第一水性丙烯酸树脂为水性羟基官能聚丙烯酸酯分散体，所述第二水性丙烯酸树脂为阴离子聚丙烯酸酯分散体，所述第一水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35-40％，所述第二水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35-40％。
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述第一水性丙烯酸树脂为水性羟基官能聚丙烯酸酯分散体，所述第二水性丙烯酸树脂为阴离子聚丙烯酸酯分散体，所述第一水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35％，所述第二水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35％。
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述涂料辅料包括润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水，所述涂料辅料各成分的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为：
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述涂料辅料各成分的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为：
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述增稠剂包括水性非离子缔合型聚氨酯和无溶剂非离子缔合型聚氨酯，所述水性非离子缔合型聚氨酯的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为1％，所述无溶剂非离子缔合型聚氨酯的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为1％。
所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，优选地，所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯。
一种用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料中组分A的制备方法，具体步骤如下：
加入配方去离子水、第一水性丙烯酸树脂和第二水性丙烯酸树脂，速度600r/min，分散5分钟；
加入润湿剂和消泡剂，速度1200r/min，分散15分钟；
加入增稠剂、聚醚硅氧烷共聚物、水性硅烷促进剂和含有环氧基的硅烷化合物，速度1200r/min，分散30分钟；
其中，所述聚醚硅氧烷共聚物的添加量不小于所述组分A总重量的2％，所述水性硅烷促进剂的添加量不小于所述组分A总重量的2.5％，所述含有环氧基的硅烷化合物的添加量不小于所述组分A总重量的2％。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、选择水性丙烯酸树脂和异氰酸固化剂，二者混合后形成水性聚氨酯，选择优异的双组分水性聚氨酯作为基础成膜物质，为长期使用不变色奠定基础。
2、大量筛选不同类型的水性丙烯酸乳液，进行混搭，制作出高耐磨性的材料，具有优异的耐磨性能。
3、满足日常84消毒液的消杀，通过添加聚醚硅氧烷共聚物，提高材料的耐消杀作用。
4、加入水性硅烷促进剂，来提高涂料与塑胶地板基层的结合力，双重保障解决掉层间结合力的问题。
5、增加偶联剂含有环氧基的硅烷化合物，增强涂料的交联密度，达到防渗透的作用。
6、两种水性丙烯酸树脂的性能不同：一种是让漆膜完成后有更好的耐机械性能、耐候性能和韧性强的性能，另外一种是让漆膜完成后有很高的光泽度和耐酸碱等化学品性能。
本发明的涂料是环保型材料，涂料形成的涂层，具有优异的耐水、耐酸碱性能，涂层具有光滑致密的表面，使得污渍易擦掉，并且具有优异的耐老化性能，能够确保长期使用不褪色，不影响美观。涂层造价较低、施工简便，可为大量推广创造便利条件。
附图说明
图1为组分A中不同树脂含量的耐磨效果；
图2为加入不同含量的A1的耐84消毒液实验的效果；
图3为加入不同含量的A2的附着力测试的效果；
图4为加入不同含量的A3的耐碘伏性能测试的效果；
图5为加入不同含量的A2和A3的附着力和耐碘伏性能测试的效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
本发明以塑料地板作为对象，进行成膜物质及偶联助剂
一、基础成膜物质的选择
1、数值性能对比
常用的水性树脂有水性丙烯酸类树脂、水性环氧树脂和水性聚氨酯树脂。水性丙烯酸、水性环氧树脂和水性聚氨酯树脂属于大众产品，针对水性丙烯酸、水性环氧材料和水性聚氨酯材料进行性能对比测试，选出最优基础成膜物质，测试数据如表1：
表1树脂性能对比测试
试验数据表明：以水性聚氨酯作为基础成膜物质的涂层与基材的粘结强度、耐水性能、耐酸碱性能及耐老化性能都远好于水性丙烯酸树脂和水性环氧涂层，就目前试验结果来看，水性聚氨酯材料是最理想的基础成膜物质。
2、涂层致密性测试
以水性丙烯酸、水性环氧和水性聚氨酯为基础成膜物质的涂料的涂层致密性测试，对比哪种最优，结果如表2。
表2涂层致密性测试
根据标准JC/T908-2013检测，耐污数值从1到5，数值越小，耐污性能越优异，耐污指数是所有试剂测试耐污值之和。测试数据表明：水性环氧耐有机酸性能方面差，水性丙烯酸不耐溶液渗透。耐污指数：水性聚氨酯<水性环氧<水性丙烯酸，耐污性能：水性聚氨酯>水性环氧>水性丙烯酸。
试验数据表明：从耐污值总和数值，可以清晰地看到水性聚氨酯涂层相比于水性丙烯酸和水性环氧涂层抗污性能更好。
基于以上试验结果，选定以水性聚氨酯做为塑胶地板保护剂涂料的基础物质。
二、成品配方的研究
1、测试不同树脂含量的耐磨性性能
各组分配方具体成分如表3和表4所示：
表3组分A的成分表
表4组分B的成分表
耐磨性能测试方法：将材料涂刷在特质的玻璃板上，固定在磨耗试验仪上，砝码加到750g，用橡胶砂轮摩擦涂层旋转500圈，然后用不起毛的纸将残留的磨屑除去，用分析天平记录打磨之前和打磨之后的质量差，精确到0.001g，测试三组，取平均值。
GB/T 22374-2018地坪涂装材料中规定，水性地坪涂装材料(S型)的耐磨性(750g/500r)/g≤0.050g视为合格，通过测试，如图1所示，9组试验组均满足国标标准规定要求，其中，5,6,8,9组数据耐磨数据均＜0.010g，更为优异。
通过耐磨性的辅助测试，我们可以得到以下结论：试验5,6,8,9组满足性能最优，即第一水性丙烯酸树脂的添加量为35％-40％之间，第二水性丙烯酸树脂的添加量为35％-40％之间。结合材料成本价格，最终选择试验5组为产品最终配方，其中，第一水性丙烯酸树脂的添加量为35％，第二水性丙烯酸树脂的添加量为35％。
通过第三方检测机构检测，耐磨指标是0.008g，将耐磨指标换算成实际应用中的压强，方便计算材料的使用寿命。
换算方法如下：检测所用砂轮的重量是750g，接触面积为1cm2，它对基层的压强是7.35*104Pa。假设人体重量为80公斤，两只脚的面积一共为10cm*30cm*2，人体对基层的压强是1.31*104Pa。测试砂轮对基层的压强是人体对基层的压强的5.6倍。本发明的材料涂刷在塑胶地板表面的重量是120g，砂轮转动500圈，磨耗是0.008g，砂轮完全磨掉本发明的材料涂层需要转动7500000圈，人体完全磨掉本发明的材料涂层需要转动42000000圈。如果要求本发明的的涂层使用寿命为5年，那么每年涂层可以承受8400000圈的磨耗，每天涂层可以承受23013圈的磨耗，如果每人每天早中晚各磨一圈，本发明的涂层可以承受7671人的磨耗。每日7500人的频次，3圈的磨耗，故本发明的材料可以承受5年的磨损。
2、针对84消毒液，筛选对应的A1表面活性剂并测定
各组分配方具体成分如表5和表6所示：
表5加入A1后组分A的成分表
表6组分B的成分表
具体测试方法：根据国家标准GB/T 9266-2009涂层耐洗刷性能测试，用医院常用有机消毒溶剂进行喷洒，然后擦拭测试，反复操作，看漆膜能承受多少次发生破损或者变色的变化。
假设医院一天进行早中晚3次消杀，一年一共是1095次，材料耐擦洗性能如果可以满足10000次的擦洗，那么本发明的材料用于塑胶地板表面就可以塑胶地板9年不用担忧，这对于使用方来讲，提高了性能的同时还大大的降低了运营成本。所以，通过测试的标准是耐擦洗10000次。
如图2所示，A1表面活性剂对84消毒液有比较明显的抗性，随着添加量的增加，性能提升很快，添加量达到2％时，性能趋于稳定，都可达10000次。
即当A1表面活性剂添加量为2％的时候，可以满足抗84消毒液的性能。
3、针对层间结合力，筛选对应的A2偶联剂并测定
各组分配方具体成分如表7和表8所示：
表7加入A2后组分A的成分表
表8组分B的成分表
如图3所示测试方法：温度23℃±2℃，湿度小于55％，将材料涂装于玻璃板上，干燥168小时后，经沸水浸泡24小时后，用纸擦拭漆膜表面，观察漆膜完好率，完好率越高说明附着力越好。
A2偶联剂对提高涂层与玻璃板的附着力有比较明显的增幅作用，随着添加量的增加，性能提升很快，添加量达到3％时，性能趋于稳定，漆膜完好率达到95％以上。
即当A2偶联剂添加量为3％的时候，可以满足附着力的要求。
4、针对漆膜致密性，筛选对应的A3偶联剂并测定
各组分配方具体成分如表9和表10所示：
表9加入A3后组分A的成分表
表10组分B的成分表
具体测试方法：温度23℃±2℃，湿度小于55％，将材料涂装于白色或者蓝色塑胶地板上，干燥168小时后，在漆膜表面滴3滴碘伏，然后用表面皿盖住，防止挥发。过24小时后(每日清扫，最多24小时)，移去表面皿，使用湿纸巾将碘伏擦掉，看漆膜是否有被碘伏渗透发黄的痕迹。
如图4所示，A3偶联剂对提高涂层耐碘伏性能有比较明显的增幅作用，随着添加量的增加，性能提升很快，添加量达到2％时，性能趋于稳定，耐碘伏性能满足24小时。
即当A3偶联剂添加量为2％的时候，可以耐碘伏满足医院的要求。
5、多种偶联助剂的复合作用的测定，选择出最优组
各组分配方具体成分如表11和表12所示：
表11加入A1、A2和A3后组分A的成分表
表12组分B的成分表
如图5所示，试验数据表明：A2、A3偶联剂复合使用没有出现彼此削减作用，A3偶联剂对A2偶联剂有增补效果。就综合性能和添加量加量来讲，试验4是最优的，A2偶联剂添加量为2.5％、A3偶联剂添加量为2％，附着力性能测试漆膜完好率可达95％，耐碘伏性能测试黄色碘伏残留所占比为3％。满足性能要求的同时，A2、A3偶联剂的添加量还是最低的，这样使得成本造价最优，所以，确定A2偶联剂添加量为2.5％、A3偶联剂添加量为2％。
试验结果与设计思路相吻合，该配方不仅实现提高层间结合力的要求，还能同时满足耐碘伏渗透的作用。结合材料成本价格，最终选择试验4组为产品最终配方，其中A2偶联剂添加量为2.5％、A3偶联剂添加量为2％。
三、用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料及制备方法
1、涂料配方
本发明包括混合使用的组分A和组分B，其中，组分A的成分如表13所示、组分B的成分如表14所示：
表13组分A的成分表
| 序号 | 原材料名称 | 组份 | 含量 |
| 1 | 去离子水 | 水 | 18.5％ |
| 2 | 第一水性丙烯酸树脂 | 水性羟基官能聚丙烯酸酯分散体 | 35％ |
| 3 | 第二水性丙烯酸树脂 | 阴离子聚丙烯酸酯分散体 | 35％ |
| 4 | 润湿剂(349) | 聚醚改性聚二甲基硅氧烷 | 1.5％ |
| 5 | 消泡剂(901W) | 聚醚硅氧烷共聚物 | 1.5％ |
| 6 | 增稠剂RM-8W | 水性非离子缔合型聚氨酯 | 1％ |
| 7 | 增稠剂RM-5000 | 无溶剂非离子缔合型聚氨酯 | 1％ |
| 8 | A1表面活性剂 | 聚醚硅氧烷共聚物 | 2％ |
| 9 | A2偶联剂 | 水性硅烷促进剂 | 2.5％ |
| 10 | A3偶联剂 | 含有环氧基的硅烷化合物 | 2％ |
表14组分B的成分表
其中，第一水性丙烯酸树脂让漆膜完成后有很高的光泽度和耐酸碱等化学品性能，第二水性丙烯酸树脂让漆膜完成后有更好的耐机械性能、耐候性能和韧性强的性能。
优选地，第一水性丙烯酸树脂的产品型号为Bayhydrol A 2770，第二水性丙烯酸树脂的产品型号为Bayhydrol A 2646。
2、该涂料的制备方法
一种用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料中组分A的制备方法，具体步骤如下：
第一步，加入配方去离子水、第一水性丙烯酸树脂和第二水性丙烯酸树脂，速度600r/min，分散5分钟；
第二步，加入润湿剂和消泡剂，速度1200r/min，分散15分钟；
第三步，加入增稠剂、聚醚硅氧烷共聚物、水性硅烷促进剂和含有环氧基的硅烷化合物，速度1200r/min，分散30分钟；
第四步，检测、过滤后包装。
3、使用方法及施工工艺
先将面涂组份A搅拌均匀，然后倒入组份B，使用电动搅拌器搅拌3分钟至均匀，然后倒入另外一个容器中，继续搅拌2分钟。
面层采用滚筒施工，需滚涂两遍，每遍涂装间隔为24-48小时，第一遍干燥后才可进行第二遍的施工。另外，面层施工时应全面封闭现场，做好人员管理。面层施工人员应穿着无尘衣进行均匀涂装，形成最终表面。面涂施工时，使用滚筒均匀地涂刷，形成一层连续的均匀的涂膜。施工时注意涂层厚度，不可流挂也不可漏涂。
4、国家建筑材料第三方检测
通过国家建筑材料第三方检测中心进行系统检测，检测结果，如表15：
表15国家建筑材料测试中心检测报告结果
根据检测结果，可以证明本发明的材料在物理性能和化学性能方面，均能满足塑胶地板的相关性能指标。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，其特征在于，包括混合使用的组分A和组分B，其中，
所述组分A包括第一水性丙烯酸树脂、第二水性丙烯酸树脂、聚醚硅氧烷共聚物、水性硅烷促进剂、含有环氧基的硅烷化合物及涂料辅料；
所述组分B为固化剂；
所述聚醚硅氧烷共聚物的添加量不小于所述组分A总重量的2%，所述水性硅烷促进剂的添加量不小于所述组分A总重量的2.5%，所述含有环氧基的硅烷化合物的添加量不小于所述组分A总重量的2%；
所述第一水性丙烯酸树脂为水性羟基官能聚丙烯酸酯分散体，所述第二水性丙烯酸树脂为阴离子聚丙烯酸酯分散体，所述第一水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35-40%，所述第二水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35-40%；
所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述聚醚硅氧烷共聚物的添加量为所述组分A总重量的2%-5%，所述水性硅烷促进剂的添加量为所述组分A总重量的2.5%-5%，所述含有环氧基的硅烷化合物的添加量为所述组分A总重量的2%-5%。
3.根据权利要求1所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述第一水性丙烯酸树脂为水性羟基官能聚丙烯酸酯分散体，所述第二水性丙烯酸树脂为阴离子聚丙烯酸酯分散体，所述第一水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35%，所述第二水性丙烯酸树脂的添加量为所述组分A总重量的35%。
4.根据权利要求1所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述涂料辅料包括润湿剂、消泡剂、增稠剂和去离子水，所述涂料辅料各成分的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为：
润湿剂 1-2%；
消泡剂 1-2%；
增稠剂 2-3%；
去离子水 18-19%。
5.根据权利要求4所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述涂料辅料各成分的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为：
润湿剂 1.5%；
消泡剂 1.5%；
增稠剂 2%；
去离子水 18.5%。
6.根据权利要求5所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述增稠剂包括水性非离子缔合型聚氨酯和无溶剂非离子缔合型聚氨酯，所述水性非离子缔合型聚氨酯的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为1%，所述无溶剂非离子缔合型聚氨酯的加入量分别占所述组分A总重量的百分比为1%。
7.一种用于制备如权利要求1至6中任一项所述的用于弹性基层类表面防护的水性聚氨酯涂料的方法，其特征在于，包括组分A的制备方法，具体步骤如下：
加入配方去离子水、第一水性丙烯酸树脂和第二水性丙烯酸树脂，速度600r/min，分散5分钟；
加入润湿剂和消泡剂，速度1200r/min，分散15分钟；
加入增稠剂、聚醚硅氧烷共聚物、水性硅烷促进剂和含有环氧基的硅烷化合物，速度1200r/min，分散30分钟；
其中，所述聚醚硅氧烷共聚物的添加量不小于所述组分A总重量的2%，所述水性硅烷促进剂的添加量不小于所述组分A总重量的2.5%，所述含有环氧基的硅烷化合物的添加量不小于所述组分A总重量的2%。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |