一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法
一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法
【专利说明】一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法
[技术领域]
[0001] 本发明属于化工材料技术领域，具体涉及一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及 其制备方法。
[【背景技术】]
[0002] 双组份聚氨酯涂料由多异氰酸酯与多元醇反应生成，涂膜中含有相当数量的氨酯 键。聚氨酯涂料中不仅含有氨酯键，还有其他的官能团，如脲键、酯键、醚键、脲基甲酸酯键 以及酰基脲键。从而使得聚氨酯涂料既具有良好的机械性能，比如具有较好的硬度、柔韧 性、耐磨性以及耐冲击性；又具有优异的耐化学介质性能，如较好的耐水性、耐酸碱性、耐湿 热性；另外聚氨酯具有较好的耐候性，能作为一种装饰性面漆使用。
[0003] 目前市场上大部分的聚氨酯涂料是溶剂型涂料，水性聚氨酯开发过程中，在较高 的漆膜厚度下，漆膜干燥后表面易有气泡，俗称起痱子现象，成为阻碍水性聚氨酯涂料应用 的一大关键因素。然而，随着环保意识的逐步增强，VOC消费税的出台，水性聚氨酯的开发 迫在眉睫，因此提高水性聚氨酯涂料的极限膜厚（不起痱子情况下的最高膜厚）成为水性 聚氨酯涂料发展的技术关键，然而大多数的水性聚氨酯涂料在工程机械现有工艺条件下， 还尚未达到工程机械用聚氨酯涂料的极限膜厚要求。
[0004] 关于水性聚氨酯涂料及其改性水性聚氨酯涂料的发明已有不少实例，但多数关注 于成膜后的耐水性或硬度等，对提高水性聚氨酯使用过程中的不起泡膜厚尚未报道。
[0005] 水性羟基丙烯酸乳液作为涂料成膜过程中的成膜物质，其选择在配方中至关重 要，因工程机械涂装过程中有生产节拍的控制，要求水性聚氨酯涂料具有较快的干燥速度 及较高的硬度，同时工程机械喷涂多采用人工喷涂，因此又要求有较宽的膜厚可适用范围， 从而对涂膜极限膜厚有较高的要求。玻璃化温度（Tg)较高的丙烯酸乳液，在成膜过程中， 能满足其干燥性能及硬度的要求，玻璃化温度（Tg)较低的丙烯酸乳液，在成膜过程中，能 使在较高膜厚情况下，水分及反应泡及时的挥发与排出，从而获得高机械性能、高极限膜厚 的环保型高装饰性水性聚氨酯面漆涂料。
[
【发明内容】
]
[0006] 本发明的目的在于研发一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法。
[0007] 本发明提供的水性聚氨酯涂料，以水性羟基丙烯酸乳液a、b作为成膜物质，并添 加适量的填料和助剂、成膜助剂而制备得到；采用异氰酸酯作为固化剂，并添加合适的成膜 助剂，使其漆膜具有优良的机械性能、极高的极限膜厚及耐候性能。该涂料用于金属材料表 面，满足涂层的耐候性及装饰性。
[0008] 本发明提供的水性聚氨酯涂料，包含A、B两个组份，其中：
[0009] A组分，按重量份计，包括：
[0010] 水：7-10 份；
[0011] 水性羟基丙烯酸乳液a，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及丙烯酸共聚而成： 35-42 份；
[0012] 水性羟基丙烯酸乳液b，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯及丙烯酸 共聚而成：15-18份；
[0013] 填料：25-30 份；
[0014] 助剂：1-3份，助剂包括：分散剂、基材润湿剂、消泡剂、pH调节剂、增稠剂；
[0015] 成膜助剂c选用PM (丙二醇甲醚醋酸酯）：4-6份；
[0016] B组分，按重量份计，包括：
[0017] 水：8 ~10 份；
[0018] 亲水性异氰酸酯：80-90份；
[0019] 成膜助剂d选用PGDA (丙二醇二醋酸酯）：3-5份，
[0020] -NCO ：-OH = 1. 5:1〇
[0021] 本发明提供的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括A组分的制备和 B组分的制备；具体步骤为：
[0022] A组分的制备：先将水、部分助剂包括消泡剂、基材润湿剂、分散剂混合搅拌均匀， 在高速搅拌下再加入填料，在高速状态下分散至达到规定细度；然后降速，加入水性羟基丙 烯酸乳液a、b、消泡剂、增稠剂以及成膜助剂PMA，搅拌均匀，即得到水性聚氨酯涂料A组 分；
[0023] B组分的制备：将水、异氰酸酯固化剂与成膜助剂d混合搅拌均勾，即得到水性聚 氨酯涂料B组分。
[0024] 本发明中，所述的水性羟基丙烯酸乳液a为玻璃化温度较高的乳液，其Tg范围： 30-60 °C，优选 35-50 °C。
[0025] 本发明中，所述的水性羟基丙烯酸乳液b为玻璃化温度较低的乳液，其Tg范 围：-5-20°C，优选 0-10°C。
[0026] 本发明中，所述的水性羟基丙烯酸乳液a、b比例，范围可在3:2-4:1之间，优先 7:3〇
[0027] 本发明中，所述的填料包括：钛白粉。
[0028] 本发明中，所述分散剂包括：毕克191，埃夫卡4310、迪高745W等。所述基材润湿 剂包括：毕克346、迪高245。所述消泡剂包括：BYK毕克021、毕克022、圣诺普科154、1311 等。所述PH调节剂包括：2_氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水等。所述增稠剂包括：毕克420、 毕克425、德固赛A200等。所述成膜助剂包括：PGDA(丙二醇二醋酸酯）、PMA(丙二醇甲醚 醋酸酯）等。
[0029] 本发明的水性聚氨酯涂料具有极低的VOC、优良的物理机械性能及极高的极限膜 厚和耐候性能。该涂料涂可用于钢铁、铝材等金属表面，涂装成膜后耐候性和外观质量良 好。
[【附图说明】]
[0030] 图1为普通水性聚氨酯涂料漆膜表面电子显微镜视图
[0031] 图2为高极限膜厚水性聚氨酯涂料漆膜表面电子显微镜视图
[【具体实施方式】]
[0032] 下面通过具体实施例，进一步描述本发明。
[0033] 首先，原料准备：
[0034]
[0037] 其次，制备步骤：
[0038] A组分：添加1_4(消泡剂在高剪切应力下加入），搅拌均勾，在高速搅拌下加入5， 加锆珠碾磨至细度小于10 μ m，降速加入6-10,搅拌均匀后制得水性聚氨酯涂料A组分。
[0039] B组分：加入1-4搅拌均匀后制得水性聚氨酯B组分。
[0040] 最后，将获得的涂料性能测试按相应的国家标准规定的测试方法测试，性能如 下：
[0041]
【主权项】
1. 一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，包括包含A、B两个组份，其特征在于： A组分，按重量份计，包括： 水：7-10份； 水性羟基丙烯酸乳液a，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及丙烯酸共聚而成：35-42份； 水性羟基丙烯酸乳液b，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯及丙烯酸共聚 而成：15-18份； 填料：25-30份； 助剂：1_3份，助剂包括：分散剂、基材润湿剂、消泡剂、pH调节剂、增稠剂； 成膜助剂c选用PM(丙二醇甲醚醋酸酯）：4-6份； B组分，按重量份计，包括： 水：8-10份； 异氰酸酯：80-90份； 成膜助剂d选用PGDA(丙二醇二醋酸酯）：3-5份； -NCO：-0H= 1.5:1〇2. 根据权利要求1所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液a，玻璃化温度Tg:30-60 °C。3. 根据权利要求2所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液a，玻璃化温度Tg:优选35-50°C。4. 根据权利要求1所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液b，玻璃化温度Tg:-5-20°C。5. 根据权利要求4所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液b，玻璃化温度Tg:优选O-KTC。6. 根据权利要求1或2或4所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，水性 羟基丙烯酸乳液a与水性羟基丙烯酸乳液b质量比为：3:2-4:1。7. 根据权利要求6所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，水性羟基丙 烯酸乳液a与水性羟基丙烯酸乳液b质量比优选为7:3。8. 根据权利要求1所述提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的填料包 括：钛白粉；所述分散剂包括：毕克191，埃夫卡4310、迪高745W等，所述基材润湿剂包括： 毕克346、迪高245,所述消泡剂包括：BYK毕克021、毕克022、圣诺普科154、1311等，所述 PH调节剂包括：2_氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水等，所述增稠剂包括：毕克420、毕克425、德 固赛A200等。9. 一种根据权利要求1所述提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括A组分 的制备和B组分的制备；其特征在于，具体步骤为： A组分的制备：先将水、部分助剂包括消泡剂、基材润湿剂、分散剂混合搅拌均匀，在高 速搅拌下再加入填料，在高速状态下分散至达到规定细度；然后降速，加入水性羟基丙烯酸 乳液a、b、消泡剂、增稠剂以及成膜助剂PMA，搅拌均勾，即得到水性聚氨酯涂料A组分； B组分的制备：将水、异氰酸酯固化剂与成膜助剂d混合搅拌均匀，即得到水性聚氨酯 涂料B组分。10. 根据权利要求9所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于， 所述的填料包括：钛白粉；所述分散剂包括：毕克191，埃夫卡4310、迪高745W等，所述基材 润湿剂包括：毕克346、迪高245,所述消泡剂包括：BYK毕克021、毕克022、圣诺普科154、 1311等，所述pH调节剂包括：2_氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水等，所述增稠剂包括：毕克 420、毕克425、德固赛A200等。
【专利摘要】本发明公开了一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法，所述水性聚氨酯包含A、B两组份，A组分主要包括以下重量份的组份：35-42％份的水性羟基丙烯酸a，15-18％份的水性羟基丙烯酸b，25-30％填料，1-3％的助剂，4-6％成膜助剂c，7-10％的水；B组分主要包括以下重量份的组分：8～10％水，80-90％异氰酸酯，3-5％成膜助剂d；其制备方法是：将水、部分助剂混合搅拌均匀，加入填料，并在高速状态下分散至达到规定细度，然后降速把水性羟基丙烯酸a、b及部分助剂搅拌均匀即可获得水性聚氨酯涂料A组分。B组分先将水、异氰酸酯、成膜助剂混合搅拌均匀即可。本发明的水性聚氨酯涂料具有极低的VOC、优良的物理机械性能及高的极限膜厚，适合应用于环保型高装饰性面漆涂料。
【IPC分类】C09D175/04, C08G18/62
【公开号】CN104893527
【申请号】CN201510314105
【发明人】刘薇薇, 徐杰, 张建中, 孔凡桃, 李磨, 苏献兰, 林海莲
【申请人】浩力森涂料（上海）有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
【专利说明】一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法
[技术领域]
[0001] 本发明属于化工材料技术领域，具体涉及一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及 其制备方法。
[【背景技术】]
[0002] 双组份聚氨酯涂料由多异氰酸酯与多元醇反应生成，涂膜中含有相当数量的氨酯 键。聚氨酯涂料中不仅含有氨酯键，还有其他的官能团，如脲键、酯键、醚键、脲基甲酸酯键 以及酰基脲键。从而使得聚氨酯涂料既具有良好的机械性能，比如具有较好的硬度、柔韧 性、耐磨性以及耐冲击性；又具有优异的耐化学介质性能，如较好的耐水性、耐酸碱性、耐湿 热性；另外聚氨酯具有较好的耐候性，能作为一种装饰性面漆使用。
[0003] 目前市场上大部分的聚氨酯涂料是溶剂型涂料，水性聚氨酯开发过程中，在较高 的漆膜厚度下，漆膜干燥后表面易有气泡，俗称起痱子现象，成为阻碍水性聚氨酯涂料应用 的一大关键因素。然而，随着环保意识的逐步增强，VOC消费税的出台，水性聚氨酯的开发 迫在眉睫，因此提高水性聚氨酯涂料的极限膜厚（不起痱子情况下的最高膜厚）成为水性 聚氨酯涂料发展的技术关键，然而大多数的水性聚氨酯涂料在工程机械现有工艺条件下， 还尚未达到工程机械用聚氨酯涂料的极限膜厚要求。
[0004] 关于水性聚氨酯涂料及其改性水性聚氨酯涂料的发明已有不少实例，但多数关注 于成膜后的耐水性或硬度等，对提高水性聚氨酯使用过程中的不起泡膜厚尚未报道。
[0005] 水性羟基丙烯酸乳液作为涂料成膜过程中的成膜物质，其选择在配方中至关重 要，因工程机械涂装过程中有生产节拍的控制，要求水性聚氨酯涂料具有较快的干燥速度 及较高的硬度，同时工程机械喷涂多采用人工喷涂，因此又要求有较宽的膜厚可适用范围， 从而对涂膜极限膜厚有较高的要求。玻璃化温度（Tg)较高的丙烯酸乳液，在成膜过程中， 能满足其干燥性能及硬度的要求，玻璃化温度（Tg)较低的丙烯酸乳液，在成膜过程中，能 使在较高膜厚情况下，水分及反应泡及时的挥发与排出，从而获得高机械性能、高极限膜厚 的环保型高装饰性水性聚氨酯面漆涂料。
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【发明内容】
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[0006] 本发明的目的在于研发一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法。
[0007] 本发明提供的水性聚氨酯涂料，以水性羟基丙烯酸乳液a、b作为成膜物质，并添 加适量的填料和助剂、成膜助剂而制备得到；采用异氰酸酯作为固化剂，并添加合适的成膜 助剂，使其漆膜具有优良的机械性能、极高的极限膜厚及耐候性能。该涂料用于金属材料表 面，满足涂层的耐候性及装饰性。
[0008] 本发明提供的水性聚氨酯涂料，包含A、B两个组份，其中：
[0009] A组分，按重量份计，包括：
[0010] 水：7-10 份；
[0011] 水性羟基丙烯酸乳液a，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及丙烯酸共聚而成： 35-42 份；
[0012] 水性羟基丙烯酸乳液b，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯及丙烯酸 共聚而成：15-18份；
[0013] 填料：25-30 份；
[0014] 助剂：1-3份，助剂包括：分散剂、基材润湿剂、消泡剂、pH调节剂、增稠剂；
[0015] 成膜助剂c选用PM (丙二醇甲醚醋酸酯）：4-6份；
[0016] B组分，按重量份计，包括：
[0017] 水：8 ~10 份；
[0018] 亲水性异氰酸酯：80-90份；
[0019] 成膜助剂d选用PGDA (丙二醇二醋酸酯）：3-5份，
[0020] -NCO ：-OH = 1. 5:1〇
[0021] 本发明提供的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括A组分的制备和 B组分的制备；具体步骤为：
[0022] A组分的制备：先将水、部分助剂包括消泡剂、基材润湿剂、分散剂混合搅拌均匀， 在高速搅拌下再加入填料，在高速状态下分散至达到规定细度；然后降速，加入水性羟基丙 烯酸乳液a、b、消泡剂、增稠剂以及成膜助剂PMA，搅拌均匀，即得到水性聚氨酯涂料A组 分；
[0023] B组分的制备：将水、异氰酸酯固化剂与成膜助剂d混合搅拌均勾，即得到水性聚 氨酯涂料B组分。
[0024] 本发明中，所述的水性羟基丙烯酸乳液a为玻璃化温度较高的乳液，其Tg范围： 30-60 °C，优选 35-50 °C。
[0025] 本发明中，所述的水性羟基丙烯酸乳液b为玻璃化温度较低的乳液，其Tg范 围：-5-20°C，优选 0-10°C。
[0026] 本发明中，所述的水性羟基丙烯酸乳液a、b比例，范围可在3:2-4:1之间，优先 7:3〇
[0027] 本发明中，所述的填料包括：钛白粉。
[0028] 本发明中，所述分散剂包括：毕克191，埃夫卡4310、迪高745W等。所述基材润湿 剂包括：毕克346、迪高245。所述消泡剂包括：BYK毕克021、毕克022、圣诺普科154、1311 等。所述PH调节剂包括：2_氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水等。所述增稠剂包括：毕克420、 毕克425、德固赛A200等。所述成膜助剂包括：PGDA(丙二醇二醋酸酯）、PMA(丙二醇甲醚 醋酸酯）等。
[0029] 本发明的水性聚氨酯涂料具有极低的VOC、优良的物理机械性能及极高的极限膜 厚和耐候性能。该涂料涂可用于钢铁、铝材等金属表面，涂装成膜后耐候性和外观质量良 好。
[【附图说明】]
[0030] 图1为普通水性聚氨酯涂料漆膜表面电子显微镜视图
[0031] 图2为高极限膜厚水性聚氨酯涂料漆膜表面电子显微镜视图
[【具体实施方式】]
[0032] 下面通过具体实施例，进一步描述本发明。
[0033] 首先，原料准备：
[0034]
[0037] 其次，制备步骤：
[0038] A组分：添加1_4(消泡剂在高剪切应力下加入），搅拌均勾，在高速搅拌下加入5， 加锆珠碾磨至细度小于10 μ m，降速加入6-10,搅拌均匀后制得水性聚氨酯涂料A组分。
[0039] B组分：加入1-4搅拌均匀后制得水性聚氨酯B组分。
[0040] 最后，将获得的涂料性能测试按相应的国家标准规定的测试方法测试，性能如 下：
[0041]
【主权项】
1. 一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，包括包含A、B两个组份，其特征在于： A组分，按重量份计，包括： 水：7-10份； 水性羟基丙烯酸乳液a，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及丙烯酸共聚而成：35-42份； 水性羟基丙烯酸乳液b，由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯及丙烯酸共聚 而成：15-18份； 填料：25-30份； 助剂：1_3份，助剂包括：分散剂、基材润湿剂、消泡剂、pH调节剂、增稠剂； 成膜助剂c选用PM(丙二醇甲醚醋酸酯）：4-6份； B组分，按重量份计，包括： 水：8-10份； 异氰酸酯：80-90份； 成膜助剂d选用PGDA(丙二醇二醋酸酯）：3-5份； -NCO：-0H= 1.5:1〇2. 根据权利要求1所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液a，玻璃化温度Tg:30-60 °C。3. 根据权利要求2所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液a，玻璃化温度Tg:优选35-50°C。4. 根据权利要求1所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液b，玻璃化温度Tg:-5-20°C。5. 根据权利要求4所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟 基丙烯酸乳液b，玻璃化温度Tg:优选O-KTC。6. 根据权利要求1或2或4所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，水性 羟基丙烯酸乳液a与水性羟基丙烯酸乳液b质量比为：3:2-4:1。7. 根据权利要求6所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，水性羟基丙 烯酸乳液a与水性羟基丙烯酸乳液b质量比优选为7:3。8. 根据权利要求1所述提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的填料包 括：钛白粉；所述分散剂包括：毕克191，埃夫卡4310、迪高745W等，所述基材润湿剂包括： 毕克346、迪高245,所述消泡剂包括：BYK毕克021、毕克022、圣诺普科154、1311等，所述 PH调节剂包括：2_氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水等，所述增稠剂包括：毕克420、毕克425、德 固赛A200等。9. 一种根据权利要求1所述提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括A组分 的制备和B组分的制备；其特征在于，具体步骤为： A组分的制备：先将水、部分助剂包括消泡剂、基材润湿剂、分散剂混合搅拌均匀，在高 速搅拌下再加入填料，在高速状态下分散至达到规定细度；然后降速，加入水性羟基丙烯酸 乳液a、b、消泡剂、增稠剂以及成膜助剂PMA，搅拌均勾，即得到水性聚氨酯涂料A组分； B组分的制备：将水、异氰酸酯固化剂与成膜助剂d混合搅拌均匀，即得到水性聚氨酯 涂料B组分。10. 根据权利要求9所述的提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于， 所述的填料包括：钛白粉；所述分散剂包括：毕克191，埃夫卡4310、迪高745W等，所述基材 润湿剂包括：毕克346、迪高245,所述消泡剂包括：BYK毕克021、毕克022、圣诺普科154、 1311等，所述pH调节剂包括：2_氨基-2-甲基-1-丙醇、氨水等，所述增稠剂包括：毕克 420、毕克425、德固赛A200等。
【专利摘要】本发明公开了一种提高极限膜厚的水性聚氨酯涂料及其制备方法，所述水性聚氨酯包含A、B两组份，A组分主要包括以下重量份的组份：35-42％份的水性羟基丙烯酸a，15-18％份的水性羟基丙烯酸b，25-30％填料，1-3％的助剂，4-6％成膜助剂c，7-10％的水；B组分主要包括以下重量份的组分：8～10％水，80-90％异氰酸酯，3-5％成膜助剂d；其制备方法是：将水、部分助剂混合搅拌均匀，加入填料，并在高速状态下分散至达到规定细度，然后降速把水性羟基丙烯酸a、b及部分助剂搅拌均匀即可获得水性聚氨酯涂料A组分。B组分先将水、异氰酸酯、成膜助剂混合搅拌均匀即可。本发明的水性聚氨酯涂料具有极低的VOC、优良的物理机械性能及高的极限膜厚，适合应用于环保型高装饰性面漆涂料。
【IPC分类】C09D175/04, C08G18/62
【公开号】CN104893527
【申请号】CN201510314105
【发明人】刘薇薇, 徐杰, 张建中, 孔凡桃, 李磨, 苏献兰, 林海莲
【申请人】浩力森涂料（上海）有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
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