[發明專利]一種水性雙組份聚氨酯涂料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010877610.5
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111944409A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 朱忠敏;蘭聰;葉小明
• 申請（專利權）人: 東來涂料技術（上海）股份有限公司
• 主分類號: C09D175/04
• 分類號: C09D175/04;C09D7/61
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種水性雙組份聚氨酯涂料及其制備方法，包括主劑和硬化劑，所述主劑由占重量份的以下成分組成：去離子水15～20份，分散劑1～2份，鈦白粉15～21份，沉淀硫酸鋇4～6份，水性羥基丙烯酸二級分散體50～60份，助溶劑4～6份，PH調節劑0.1～0.2份，基材潤濕劑0.3～0.5份，消泡劑0.1～0.2份，流平劑0.3～0.5份，增稠劑0.5～1份，催化劑0.1～0.3份。所述硬化劑由占重量份的以下成分組成：水性異氰酸酯70～80份，丙二醇二乙酸酯20～30份。另外選取自主改性的高活性有機金屬鹽作催化劑，添加到主劑中。本發明能在不影響綜合性能的前提下，提供一種對于涂膜機械性能和耐化學品性能方面的提升，以及對于室溫干燥的條件水性2K?PU實干速度的提升的可行性方案。

技術領域

本發明屬于涂料領域，尤其是涉及一種水性雙組份聚氨酯涂料及其制備方法。

背景技術

水性雙組分聚氨酯涂料的成膜過程不同于溶劑型體系，成膜初期為物理干燥過程，隨著水分的蒸發，分散體或乳液粒子凝聚，聚合物鏈相互擴散和反應。對于高玻璃化溫度和大分子量的聚合物，要想得到良好的涂膜，必須對粒子表面進行改性，使乳液具有高固含量和低粘度，提高空氣-水的界面張力有利于改善涂膜形成的條件。化學干燥過程比較復雜，涉及到固化劑的NCO基與多元醇的羥基、水和穩定聚合物粒子的羧基等基團間的反應，反應速率取決于施工環境的溫度、濕度、反應體系中催化劑含量和基團的反應活性等。

水性雙組分聚氨酯涂料的主、副反應及其影響參數，決定雙組分體系的活化期、施工、應用、成膜和干燥過程。以丙烯酸分散體多元醇和改性的親水多異氰酸酯固化劑組成的水性雙組分聚氨酯體系為例，體系中含有胺中和劑和羥基功能化的共溶劑，主反應為多元醇與固化劑反應形成聚氨酯網絡結構，副反應包括固化劑與共溶劑和中和劑的羥基、胺基、多元醇的羧基及水的反應。固化劑與水的副反應生成胺和二氧化碳，胺立即與NCO基反應形成脲，隨著水分的蒸發和涂膜的形成，二氧化碳會溶解在涂膜中或以氣體形式釋放。多元醇的羧基與NCO基反應生成酰胺，但反應速度較小；胺中和劑脫離涂膜后，羧基可能和羥基反應，該反應極大地消除了涂料體系的親水性，改善涂膜的耐水性。為了補充副反應消耗的NCO基，采用過量的多異氰酸酯固化劑，使涂膜含有大量的氨基甲酸酯，少量的脲鍵和酰胺結構等。雙組分涂料施工后，室溫下水分的蒸發相對較快，30min內在涂膜中的水含量下降到2％～3％，最終的平衡水含量為1％左右。涂膜中的NCO濃度降低速率較慢，只有6％的NCO基參與了反應，24h后參與反應的NCO基增大到90％，完全反應需要幾天。環境濕度和溫度對干燥過程有重要作用，室溫固化過程約有60％的NCO基與水反應形成脲，而130℃干燥30min與水反應的NCO基含量降低到10％。隨著固化溫度升高，生成氨基甲酸酯的含量越多，同時高溫下NCO基與羧基反應形成的酰胺，有利于改善涂膜性能。因此，應根據應用領域和涂膜性能要求選擇固化條件，如對于工業金屬涂料、汽車修補漆和清漆，采用溫和的固化條件為宜。

隨著各國環保法規的健全和人們環保意識的增強，傳統溶劑型聚氨酯涂料中的揮發性有機化合物(VOC)的排放量受到愈來愈嚴格的限制。開發低污染、高性能、多功能的環保型水性涂料成為涂料技術發展的主要方向。水性雙組分聚氨酯涂料將溶劑型雙組分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC排放相結合，成為涂料工業研究的熱點。水性雙組分聚氨酯涂料由含羥基的水性多元醇和含NCO基的固化劑組成。多元醇組分和固化劑組分各有獨特的特性。

目前水性雙組份聚氨酯涂料在室溫固化的條件下機械性能及耐化學品性能方面存在的缺陷，如何提供更快的表干速度，更優的耐化學品性等物理性能，以更短的完全硬干時間以方便盡快包裝運輸，是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服由于水性雙組份聚氨酯涂料在室溫固化的條件下機械性能及耐化學品性能方面存在的缺陷，而提供一種水性雙組份聚氨酯涂料，具有更快的表干速度、更優的耐化學品性等物理性能，更短的完全硬干時間以方便盡快包裝運輸。

本發明的目的通過以下技術方案實現：