CN117126593A - 底面合一改性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了底面合一改性聚氨酯涂料，包括重量比为7:1的A组分和B组分；按重量百分比计，A组分包括以下原料：环氧分散体20％‑35％，水性羟基丙烯酸分散体30％‑40％，颜填料15％‑25％，分散剂1.0％‑1.5％，消泡剂0.1％‑0.4％，水性有机溶剂1％‑2％，润湿剂1.8％‑2.0％，余量为去离子水；按重量百分比计，B组分包括以下原料：异氰酸酯固化剂60％，溶剂35％，硅烷偶联剂5.0％。该底面合一改性聚氨酯涂料耐水性、耐盐雾性高。

Description

底面合一改性聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料技术领域，特别涉及底面合一改性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

水性涂料是以多种高分子树脂为基料、水为分散介质的一种绿色、安全、环境友好型涂料，在机械设备、机车车辆、钢结构以及木器家具等行业中替代油性涂料，可以大幅度地减少环境污染。

但是目前的水性双组分聚氨酯面漆存在着耐水差、耐盐雾差的缺点，所以还很难大范围推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供底面合一改性聚氨酯涂料及其制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

一方面，本发明提供的底面合一改性聚氨酯涂料，包括重量比为7:1的A组分和B组分；

按重量百分比计，A组分包括以下原料：

余量为去离子水；

按重量百分比计，B组分包括以下原料：

异氰酸酯固化剂 60％，

溶剂 35％，

硅烷偶联剂 5.0％。

在某些实施方案中，所述环氧分散体由化学改性法制得，在环氧树脂中接枝了有机硅基团。

其中：该环氧分散体具有优异的耐盐雾性和耐候性。

在某些实施方案中，所述环氧分散体的制备步骤如下：

A1、将聚乙二醇进行改性得到端羧基改性聚乙二醇；

A2、将端羧基改性聚乙二醇与氨基硅烷混合反应，得到有机硅改性聚乙二醇；

A3、将有机硅改性聚乙二醇、丙二醇甲醚和双酚A型环氧树脂混合，在催化剂的作用下反应即得有机硅改性水性环氧乳液。

在某些实施方案中，A1中将聚乙二醇进行改性得到端羧基改性聚乙二醇具体包括：将聚乙二醇、4-OH-TEMPO、硝酸、水均加入至反应器中，在氧气氛围下，于60～70℃下反应至酸值为26～27mgKOH/g，萃取后，即得端羧基改性聚乙二醇；其中，聚乙二醇、4-OH-TEMPO、硝酸、水的质量比为100:(0.5～1.4):(2.5～2.8):(12～17)。

在某些实施方案中，A2中将A1制备得到的端羧基改性聚乙二醇与氨基硅烷混合反应，得到有机硅改性聚乙二醇具体包括：将端羧基改性聚乙二醇与氨基硅烷混合后，升温至170～190℃，反应2～4h，再减压蒸馏出多余的水分，即得有机硅改性聚乙二醇。具体的，端羧基改性聚乙二醇与氨基硅烷的摩尔比为1:(1～1.5)。其中，氨基硅烷的化学名称为：r-氨基丙基三乙氧基硅烷，其化学结构式为H₂NCH₂ CH₂ CH₂ Si(OC₂ H₅)₃。

在实施例中，A3中将有机硅改性聚乙二醇、丙二醇甲醚和双酚A型环氧树脂混合，在催化剂的作用下反应即得有机硅改性水性环氧乳液具体包括：将有机硅改性聚乙二醇、丙二醇甲醚、双酚A型环氧树脂以及催化剂混合后，升温至100～120℃反应1～3h，然后降温至40～50℃，得到反应产物，再向反应产物中加入水使反应产物中水的质量含量为45～50％，即得有机硅改性水性环氧乳液。其中，有机硅改性聚乙二醇、丙二醇甲醚、双酚A型环氧树脂以及催化剂的质量比为(20～24):(4～6):(90～105):(0.3～0.5)。

在某些实施方案中，所述水性羟基丙烯酸分散体的分子量为14000-15000，其羟值为116-133mgKOH/g。

在某些实施方案中，所述颜填料的吸油量为10-25g/100g。

在某些实施方案中，所述颜填料选自铜铬黑、锌片、云母粉、滑石粉、陶瓷粉、石英粉、重晶石粉、玻璃粉中的一种或多种。

在某些实施方案中，所述分散剂为非离子型分散剂，

所述消泡剂包括有机硅消泡剂和乳化型消泡剂，

所述水性有机溶剂为DB、DPNB、或两者的混合，

所述润湿剂为炔二醇类型的润湿剂，

所述异氰酸酯固化剂为低粘HDI三聚体，

所述溶剂为聚氨酯级DBE溶剂；

所述硅烷偶联剂为KH-560。

另一方面，本发明提供的底面合一改性聚氨酯涂料的方法，包括以下步骤：

A)取全部分散剂、部分水性羟基丙烯酸分散体和部分消泡剂，溶于部分去离子水中，得到预混合液；

B)向预混合液中加入颜填料，得到颜料混合液；

C)对颜料混合液进行分散，并在分散过程中加入剩余的去离子水，得到预研磨混合液；

D)对预研磨混合液进行连续研磨，过滤，依次加入剩余的水性羟基丙烯酸分散体、环氧分散体、全部的水性有机溶剂、剩余的消泡剂和全部的润湿剂，得到A组分；

E)将异氰酸酯固化剂、溶剂、硅烷偶联剂在无水的容器中搅拌混合均匀，得到B组分；

F)将A组分与B组分按重量比7:1混合，得到所述底面合一改性聚氨酯涂料。

其中：特定分子量、羟值的水性羟基丙烯酸分散体，可以提高和环氧分散体的相容性，因此，在羟丙固化干燥的时候，环氧分散体能更均匀的融入到羟丙涂膜中，从而进一步提高了环氧涂膜的致密性，提升性能。

在某些实施方案中，底面合一改性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

A)取全部分散剂、部分水性羟基丙烯酸分散体和部分消泡剂，溶于部分去离子水中，在分散机中以500-800r/min转速分散15-20min，得到预混合液；

B)将分散机转速调至300-400r/min，向预混合液中加入颜填料，得到颜料混合液；

C)继续对颜料混合液进行分散，在分散机中以2000-3000r/min转速分散30min，并在分散过程中加入剩余的去离子水，得到预研磨混合液；

D)对预研磨混合液进行连续研磨，研磨介质为氧化锆珠，研磨完成后加入到拉缸中，在300-400r/min的分散状态下依次加入剩余的水性羟基丙烯酸分散体、环氧分散体、全部的水性有机溶剂、剩余的消泡剂和全部润湿剂，得到A组分；

E)将异氰酸酯固化剂、溶剂、硅烷偶联剂在无水的容器中搅拌混合均匀，得到B组分；

F)将A组分与B组分按重量比7:1混合，得到所述底面合一改性聚氨酯涂料。

在某些实施方案中，所述氧化锆珠的粒径为1.2-1.5mm。

本发明的有益效果：

1、发明人通过大量试验意外发现，选用特定分子量、羟值的水性羟基丙烯酸分散体，可以提高和环氧分散体的相容性，同时可有效提高分散体对其它原料的包裹、润湿效果，提升面漆涂料的品质，改善漆膜的外观及各项性能；

2、选用水性羟基丙烯酸分散体配合聚氨酯级DBE溶剂，在烘烤固化过程中，可以提高羟基丙烯酸分散体和环氧分散体的相容性，从而提高涂膜的致密性；

3、本发明采用部分水性羟基丙烯酸分散体做润湿分散剂，既可以降低成本，也可以降低体系的稳泡性；

4、配方中润湿剂使用炔二醇类型的润湿剂，可以降低体系的稳泡性同时提高痱子膜厚；

5、选用低粘的HDI三聚体作为固化剂，提高了A组分和B组分的相容性，降低了固化过程中HDI三聚体和水反应的概率，提高了涂膜耐性。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例及对比例的制备

实施例1-3

按表1内容进行备料。其中，环氧分散体为实验室自制的有机硅改性环氧分散体，制备步骤如下：

A1、将聚乙二醇进行改性得到端羧基改性聚乙二醇：将聚乙二醇、4-OH-TEMPO、硝酸、水均加入至反应器中，在氧气氛围下，于60～70℃下反应至酸值为26～27mgKOH/g，萃取后，即得端羧基改性聚乙二醇；其中，聚乙二醇、4-OH-TEMPO、硝酸、水的质量比为100:(0.5～1.4):(2.5～2.8):(12～17)；

A2、将端羧基改性聚乙二醇与氨基硅烷混合反应，得到有机硅改性聚乙二醇，具体为：

将端羧基改性聚乙二醇与氨基硅烷混合后，升温至170～190℃，反应2～4h，再减压蒸馏出多余的水分，即得有机硅改性聚乙二醇。具体的，端羧基改性聚乙二醇与氨基硅烷的摩尔比为1:(1～1.5)。其中，氨基硅烷的化学名称为：r-氨基丙基三乙氧基硅烷，其化学结构式为H₂NCH₂CH₂CH₂Si(OC₂H₅)₃；

A3、将有机硅改性聚乙二醇、丙二醇甲醚和双酚A型环氧树脂混合，在催化剂的作用下反应即得有机硅改性水性环氧乳液，具体为：

将有机硅改性聚乙二醇、丙二醇甲醚、双酚A型环氧树脂以及催化剂混合后，升温至100～120℃反应1～3h，然后降温至40～50℃，得到反应产物，再向反应产物中加入水使反应产物中水的质量含量为45～50％，即得有机硅改性水性环氧乳液。其中，有机硅改性聚乙二醇、丙二醇甲醚、双酚A型环氧树脂以及催化剂的质量比为(20～24):(4～6):(90～105):(0.3～0.5)；

水性羟基丙烯酸分散体选用江苏富琪森的PRAQUA-8239，分散剂选用BYK190，消泡剂a选用tego 810、颜填料选用杜邦的R960，水性有机溶剂用DB、消泡剂b选用BYK028，异氰酸酯固化剂选用科思创的N3900，溶剂选用聚氨酯级的DB、DPNB或两者的混合，硅烷偶联剂选用陶氏的OFS-6040。

表1实施例组分配方表(单位为重量百分比)

实施例1-3的制备方法如下：

一、取第一批次去离子水、第一批次水性羟基丙烯酸分散体、全部的分散剂及全部的消泡剂a在分散机中以500-800r/min转速分散15-20min，得到预混合液；

二、将分散机转速调至300-400r/min，将全部的颜填料加入步骤一中所得的预混合液中，得到颜填料浆混合液；

三、将步骤二中所得颜填料浆混合液在2000-3000r/min的转速下进行分散30min，并于分散过程中加入第二批次去离子水，得到预研磨颜填料浆混合液；

四、将步骤三所得颜填料浆混合液在卧式研磨机中进行研磨，研磨介质为粒径1.2-1.5mm的氧化锆珠，连续研磨，待细度到10um以下后进行下一步；

五、将研磨好的颜填料浆混合液加入到拉缸中，然后在300-400r/min的分散状态下依次加入第二批次水性羟基丙烯酸分散体、环氧分散体、水性有机溶剂、消泡剂a，然后分散30min，即可得到A组分。

六、将异氰酸酯固化剂、溶剂、硅烷偶联剂在无水的容器中搅拌混合均匀，得到B组分。

七、将A组分与B组分按重量比7:1混合，得到所述底面合一改性聚氨酯涂料实施例。

对比例1-4

对比例1的原料组分及制备方式与实施例2大致相同，区别仅在于，对比例1所使用水性羟基丙烯酸二级分散体的分子量均大于15000。

对比例2的原料组分及制备方式与实施例2大致相同，区别仅在于，对比例2所使用水性羟基丙烯酸二级分散体的羟值为100mgKOH/g。

对比例3的原料组分及制备方式与实施例2大致相同，区别仅在于，对比例3所使用水性羟基丙烯酸二级分散体的羟值为139mgKOH/g。

对比例4的原料组分及制备方式与实施例2大致相同，区别仅在于，对比例4所使用环氧分散体为普通市售的环氧分散体，如：DIC的EPICLON H-502-42W。

性能测试

取实施例1-3制备的底面合一聚氨酯面漆，使用盐田W101空气喷枪进行喷涂，常温流平10min，80℃烘烤30min，喷涂底材为冷轧板。具体测试数据如下方表格所示。

实施例面漆性能测试结果

本领域的技术人员可以明确，在不脱离本发明的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本发明的保护范围之内。本发明的保护方案以本发明所附的权利要求书为准。

Claims (9)

1.底面合一改性聚氨酯涂料，其特征在于，包括重量比为7:1的A组分和B组分；

按重量百分比计，A组分包括以下原料：

按重量百分比计，B组分包括以下原料：

异氰酸酯固化剂 60％，

溶剂 35％，

硅烷偶联剂 5.0％。

2.根据权利要求1所述的底面合一改性聚氨酯涂料，其特征在于，所述环氧分散体由化学改性法制得，在环氧树脂中接枝了有机硅基团。

3.根据权利要求1所述的底面合一改性聚氨酯涂料，其特征在于，水性羟基丙烯酸分散体的分子量为14000-15000，其羟值为116-133mgKOH/g。

4.根据权利要求1所述的底面合一改性聚氨酯涂料，其特征在于，所述颜填料的吸油量为10-25g/100g。

5.根据权利要求1所述的底面合一改性聚氨酯涂料，其特征在于，所述颜填料选自铜铬黑、锌片、云母粉、滑石粉、陶瓷粉、石英粉、重晶石粉、玻璃粉中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的底面合一改性聚氨酯涂料，其特征在于，

所述分散剂为非离子型分散剂，

所述消泡剂包括有机硅消泡剂和乳化型消泡剂，

所述水性有机溶剂为DB、DPNB、或两者的混合，

所述润湿剂为炔二醇类型的润湿剂，

所述异氰酸酯固化剂为低粘HDI三聚体，

所述溶剂为聚氨酯级DBE溶剂；

所述硅烷偶联剂为KH-560。

7.制备权利要求1至6中任一权利要求所述的底面合一改性聚氨酯涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)取全部分散剂、部分水性羟基丙烯酸分散体和部分消泡剂，溶于部分去离子水中，得到预混合液；

B)向预混合液中加入颜填料，得到颜料混合液；

C)对颜料混合液进行分散，并在分散过程中加入剩余的去离子水，得到预研磨混合液；

D)对预研磨混合液进行连续研磨，过滤，依次加入剩余的水性羟基丙烯酸分散体、环氧分散体、全部的水性有机溶剂、剩余的消泡剂和全部的润湿剂，得到A组分；

E)将异氰酸酯固化剂、溶剂、硅烷偶联剂在无水的容器中搅拌混合均匀，得到B组分；

F)将A组分与B组分按重量比7:1混合，得到所述底面合一改性聚氨酯涂料。

8.根据权利要求7所述的底面合一改性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)取全部分散剂、部分水性羟基丙烯酸分散体和部分消泡剂，溶于部分去离子水中，在分散机中以500-800r/min转速分散15-20min，得到预混合液；

B)将分散机转速调至300-400r/min，向预混合液中加入颜填料，得到颜料混合液；

C)继续对颜料混合液进行分散，在分散机中以2000-3000r/min转速分散30min，并在分散过程中加入剩余的去离子水，得到预研磨混合液；

D)对预研磨混合液进行连续研磨，研磨介质为氧化锆珠，研磨完成后加入到拉缸中，在300-400r/min的分散状态下依次加入剩余的水性羟基丙烯酸分散体、环氧分散体、全部的水性有机溶剂、剩余的消泡剂和全部润湿剂，得到A组分；

E)将异氰酸酯固化剂、溶剂、硅烷偶联剂在无水的容器中搅拌混合均匀，得到B组分；

F)将A组分与B组分按重量比7:1混合，得到所述底面合一改性聚氨酯涂料。

9.根据权利要求8所述的底面合一改性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述氧化锆珠的粒径为1.2-1.5mm。