本發(fā)明屬于環(huán)保涂料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水性雙組份聚氨酯面漆涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
水性聚氨酯涂料具有優(yōu)異的防腐及耐候性，經(jīng)常被用于金屬、混凝土等表面的防護(hù)，但是為了得到優(yōu)異的防腐性能多在涂料體系中加入大量的鐵紅、中鉻黃等防腐性能雖好但是對人體有害的填料，在涂料施工及生產(chǎn)過程中對環(huán)境及人體造成很大的傷害。
水性丙烯酸聚氨酯面漆涂料多采用異氰酸酯作為固化劑在固化過程中由于異氰酸酯與水反應(yīng)易生成二氧化碳?xì)怏w，而造成漆膜弊病。
周明吉等在文獻(xiàn)中(周明吉，矯慶澤趙蕓等.水性雙組分聚氨酯柔感涂料的制備及性能(J).北京理工大學(xué)學(xué)報,2012,32(12):1294-1297)以自制聚酯多元醇、二異氰酸酯為原料分別合成含羥基端水性聚氨酯及水性聚氨酯,并以親水性脂肪族聚異氰酸酯為固化劑,添加適量助劑配制水性雙組分聚氨酯柔感涂料?？疾炝司埘ザ嘣嫉南鄬Ψ肿淤|(zhì)量、二羥基丙酸(DMPA)的用量、-OH/-NCO比例等與涂料的穩(wěn)定性、鉛筆硬度、附著力、柔韌性、耐水性、耐溶劑性、耐化學(xué)品性、耐刮傷性以及耐化妝品性之間的關(guān)系。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):合成水性聚氨酯分散體所用的聚酯多元醇的相對分子質(zhì)量為2000，DMPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％,合成羥基端水性聚氨酯分散體中-OH/-NCO＝1.6，固化過程中-NCO/-OH＝1.5～1.6時，涂料的綜合性能最好。
中國專利CN 105505165公開了一種抗劃傷的雙組分水性亮光清面漆及其制備方法，該雙組分水性亮光清面漆包括甲組分和乙組分，其中甲組分由含羥基聚丙烯酸酯二次分散體，水性聚氨酯分散體，消泡劑，成膜助劑，蠟乳液，流平劑，增稠劑和水組成；乙組分由丙二醇二乙酸酯和含六亞甲基二異氰酸酯的親水性脂肪族聚異氰酸酯組成。該清面漆除了具有優(yōu)異的光澤，高豐滿度，漆膜表面效果好等特點(diǎn)外，更具有突出的抗劃傷性能。
以上涂料耐老化性能差，不適合用于金屬、混凝土等領(lǐng)域的面漆。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種水性雙組份聚氨酯面漆涂料，該涂料是一種水性涂料，安全環(huán)保，漆膜外觀平整，防腐性能和老化性能優(yōu)異，并且制備方法簡單。
本發(fā)明的目的之二在于提供該聚氨酯面漆涂料的制備方法。
本發(fā)明水性雙組份聚氨酯面漆涂料是由A組分和B組分組成的雙組分涂料：
其中，A組分按重量份數(shù)計(jì)，包括如下組分：
水性羥基聚丙烯酸酯分散體15-32份，水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體12-30份，消泡劑0.02-2份，流平劑0.5-3份，潤濕分散劑1-5份，防流掛助劑0.2-4份，附著力促進(jìn)劑0.3-1.5份，抗老化劑1-3份，耐紫外填料12-20份，體積填料10-20份，水8-30份；
其中，B組分按重量份數(shù)計(jì)，包括如下組分：
親水改性脂肪族聚異氰酸固化劑60-80份，溶劑20-40份。
本發(fā)明A組分中的水性羥基聚丙烯酸酯分散體和水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體作為基礎(chǔ)樹脂，這兩種樹脂混合與可與B組分中的親水改性脂肪族聚異氰酸酯固化劑交聯(lián)成膜獲得耐水性好，耐老化性優(yōu)異的漆膜；水性羥基聚丙烯酸脂分散體與親水改性脂肪族聚異氰酸酯交聯(lián)為主要成膜物；水性羥基聚丙烯酸酯分散體、水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體與親水改性脂肪族聚異氰酸酯交聯(lián)可使所成漆膜耐水、耐老化性能提高。
本發(fā)明所述水性羥基聚丙烯酸酯分散體的重均分子量為3500-5000，優(yōu)選4000-4400。
本發(fā)明所述水性羥基聚丙烯酸酯分散體的玻璃化溫度為40-45℃。
優(yōu)選地，所述水性羥基聚丙烯酸酯分散體的羥基含量為3.5-4.0％(以固體樹脂計(jì))；pH值為7-8。
優(yōu)選地，所述水性羥基聚丙烯酸酯分散體為羥基聚丙烯酸酯二級分散體。
優(yōu)選地，所述水性羥基聚丙烯酸酯分散體的平均粒徑為0.1-0.2μm。
本發(fā)明所述水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體性能指標(biāo)如下：不揮發(fā)份為48-51％，23℃時粘度為1000-3500mPa.s，以固體樹脂計(jì)羥基含量為3.5-4.0％；pH值為7-8；20℃時密度為1.00-1.10g/ml。
優(yōu)選地，所述水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體為二級分散體。
本發(fā)明所述消泡劑選自破泡聚硅氧烷溶液、聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、不含有機(jī)硅的破泡聚硅氧烷和憎水固體的混合物、硅氧化聚醚乳液中的一種或多種。其中破泡聚硅氧烷溶液的不揮發(fā)份為15％-30％，聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液的不揮發(fā)成分為50％-70％，不含有機(jī)硅的破泡聚硅氧烷溶液和憎水固體混合物的不揮發(fā)份為20％-38％，硅氧化聚醚的乳液的不揮發(fā)份為20％-35％。
所述消泡劑優(yōu)選聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、不含有機(jī)硅的破泡聚硅氧烷和憎水固體在聚乙二醇中的混合物復(fù)配，復(fù)配重量比為(1-2):1。
本發(fā)明所述流平劑選自聚醚改性硅氧烷溶液、非離子型丙烯酸共聚物溶液、離子型聚丙烯酸酯溶液、聚醚改性丙烯酸類能團(tuán)聚二甲基硅氧烷溶液、聚醚改性丙烯酸類官能團(tuán)聚的聚二甲基硅氧烷溶液中的一種或多種，優(yōu)選聚醚改性硅氧烷溶液。
本發(fā)明所述潤濕分散劑選自低分子量多元羧酸聚合物羥基銨鹽溶液、多官能團(tuán)聚合物的醇銨鹽溶液、部分中和的多元羧酸聚合物的烴基銨鹽和聚硅氧烷共聚物溶液中的一種或多種。其中低分子量多元羧酸聚合物羥基銨鹽溶液型潤濕分散劑不揮發(fā)份為40％-60％，多官能團(tuán)聚合物的醇銨鹽溶液型潤濕分散劑不揮發(fā)份為30％-50％，部分中和的多元羧酸聚合物的羥基銨鹽和聚硅氧烷共聚物溶液型潤濕分散劑不揮發(fā)份為40％-60％；優(yōu)選多官能團(tuán)聚合物的醇銨鹽溶液型潤濕分散劑。
本發(fā)明所述防流掛助劑選自聚氨酯溶液、脲改性的聚氨酯溶液、聚烴基羧酸酰胺溶液中的一種或多種。
本發(fā)明所述附著力促進(jìn)劑所述的附著力促進(jìn)劑選自非離子型化合物類促進(jìn)劑、硅烷類偶聯(lián)劑、酞酸酯類偶聯(lián)劑等，優(yōu)選硅烷類偶聯(lián)劑。其中所述硅烷類偶聯(lián)劑選自γ―氨丙基三甲氧基硅烷氨丙基三乙氧基硅烷3-氨丙基三甲氧基硅烷3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷γ―巰丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種。
本發(fā)明所述防老化劑選自水楊酸酯類紫外光吸收劑、受阻胺類自由基捕獲劑、金屬絡(luò)合物猝滅劑、自取代丙烯酸酯類中的一種或多種，優(yōu)選水楊酸酯類與自取代丙烯酸酯類復(fù)配，復(fù)配重量比為1：(1-3)。
本發(fā)明所述耐紫外填料選用納米級金紅石型鈦白粉或金紅石型鈦白粉或銳鈦型鈦白粉，優(yōu)選納米級金紅石型鈦白粉和普通金紅石鈦白粉的混合物，復(fù)配重量比為1：(6-10)，所述納米級金紅石型鈦白粉的粒徑≤100nm，優(yōu)選30-80nm。
使用納米級金紅石型鈦白粉和金紅石鈦白粉的混合物作為耐老化填料能提高涂層耐老化性。
使用性能優(yōu)異的納米級金紅石型鈦白粉添加到涂料中使得漆膜具有自清潔作用，延長漆膜使用壽命。
本發(fā)明所述體積填料選自硫酸鋇、滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、云母粉、云母氧化鐵粉中的一種或幾種，優(yōu)選滑石粉、硫酸鋇、云母粉復(fù)配，復(fù)配重量比為1：(0.5-1)：(0.5-1)。
本發(fā)明A組分中還可以加入生物環(huán)保防腐填料5-20份，生物環(huán)保防腐填料用量過大，會使體系顏基比增大，樹脂不足以包覆住過多的粉料使得漆膜孔隙較大，耐介質(zhì)性能下降，成本較高，用量過低，防腐效果差，優(yōu)選7-15份。
所述生物環(huán)保防腐填料選自肌醇六磷酸等有機(jī)酸及其配伍性的金屬化合物之絡(luò)合物、肌醇六磷酸等有機(jī)酸及其配伍性金屬化合物和稀土化合物之絡(luò)合物、聚合磷酸根、鉬酸根、硅酸根等配伍性復(fù)鹽及稀土復(fù)鹽等；
其中所述肌醇六磷酸有機(jī)酸及其配伍性的金屬化合物之絡(luò)合物含有肌醇六磷酸鹽、單寧酸鹽和云母或云母系填料或云母氧化鐵或磷鐵粉，所說的原料配比重量份如下：肌醇六磷酸鹽∶單寧酸鹽的重量比為10-20∶7-14，肌醇六磷酸鹽和單寧酸鹽的混合物：云母或云母系填料或云母氧化鐵或磷鐵粉的重量比為1∶1-9；所述的肌醇六磷酸鹽包括鋅鹽、鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、錳鹽、鈦鹽、鎳鹽、鍶鹽、鋇鹽。生物環(huán)保防腐填料制備方法是：以肌醇六磷酸鹽、單寧酸鹽和云母或云母系填料或云母氧化鐵或磷鐵粉填料為原料，按如下步驟制備：1、混合：將云母或云母系填料或云母氧化鐵或磷鐵粉填料加到肌醇六磷酸鹽和單寧酸鹽混合，攪拌1-5小時；2、表面處理：將混合后液體中添加表面處理劑進(jìn)行表面處理；3、水洗后干燥、粒度為0.5-4μm，得到含有肌醇六磷酸鹽、單寧酸鹽和云母或云母系填料或云母氧化鐵或磷鐵粉的生物環(huán)保防腐填料；所說的表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑，用量為原料總重量的1-5％。
其中所述肌醇六磷酸有機(jī)酸及其配伍性金屬化合物和稀土化合物之絡(luò)合物，含有云母或石墨、肌醇六磷酸鹽和鈦、鋯、鉭、鈮其中至少一種，配比重量份為：云母或石墨50-85份，肌醇六磷酸鹽5-20份，鈦5-30份，鋯5-16份，鉭1-2份，鈮1-2份；所述的肌醇六磷酸鹽包括鋅鹽、鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、錳鹽、鈦鹽、鎳鹽、鍶鹽、鋇鹽。生物環(huán)保防腐填料按如下步驟制備：1、分別將云母或者石墨、肌醇六磷酸鹽和鈦、鋯、鉭、鈮其中至少一種制成漿液；2、將鈦、鋯、鉭、鈮其中至少一種制成的漿液加到云母或石墨漿液中，同時攪拌；3、再將肌醇六磷酸鹽漿液加到第二步得到的混合液中并攪拌混合；4、加入硅烷偶聯(lián)劑到第三步得到的混合液中進(jìn)行表面處理；5、最后洗滌、干燥得到含有云母或者石墨、肌醇六磷酸鹽和鈦、鋯、鉭、鈮的其中至少一種的生物環(huán)保防腐填料；硅烷偶聯(lián)劑的用量為原料總重量的2％。
工業(yè)化生產(chǎn)的二異氰酸酯主要有脂肪族異氰酸酯和芳香族異氰酸酯兩大類。脂肪族異氰酸酯主要有六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)。
本發(fā)明所述B組分中的親水改性脂肪族聚異氰酸酯固化劑選自基于六亞甲基二異氰酸酯的親水性脂肪族聚異氰酸酯、基于異佛爾酮二異氰酸酯的親水性脂肪族聚異氰酸酯或者基于二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯的親水性脂肪族聚異氰酸酯，優(yōu)選基于六亞甲基二異氰酸酯的親水性脂肪族聚異氰酸酯，性能指標(biāo)如下：-NCO含量為20.7-21.7％，23℃時粘度為2500-4500，Hazen色值≤100，按重量計(jì)異氰酸酯單體含量<0.3％，密度為1.14-1.16g/cm3。
本發(fā)明所述B組分中的溶劑用來降低固化劑的粘度，選自醚類、高沸點(diǎn)酯類、高沸點(diǎn)芳烴類中的一種或幾種，優(yōu)選高沸點(diǎn)酯類溶劑，沸點(diǎn)≥130℃。
優(yōu)選地，所述B組分中的溶劑選自丙二醇甲醚醋酸酯，雙丙甘醇二甲醚，丙二醇二乙酯、二元羧酸二酯中的一種或多種。
本發(fā)明水性雙組份聚氨酯面漆涂料的制備方法如下：
(1)組分A的制備方法：將水性羥基聚丙烯酸酯分散體、水性陰離子聚丙烯酸酯分散體、消泡劑、流平劑、潤濕分散劑、防流掛助劑、附著力促進(jìn)劑、抗老化劑和水共混，攪拌5-10分鐘；再加入耐紫外填料、體積填料高速攪拌30-40分鐘。
(2)組分B的制備方法：將溶劑加入親水改性脂肪族聚異氰酸酯固化劑中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚣纯伞?/p>
本發(fā)明水性雙組份聚氨酯面漆涂料使用時將組分A和組分B按質(zhì)量比(3-5)：1的比例混合后涂敷即可。
步驟(1)中需要加入生物環(huán)保防腐填料時跟耐紫外填料和體積填料一起加入。
本發(fā)明水性雙組份聚氨酯面漆涂料主要用于金屬、混凝土等的面漆，也可以用作底漆，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明通過選用合適的水性羥基聚丙烯酸脂分散體和水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體混合作為基礎(chǔ)樹脂再與親水改性脂肪族聚異氰酸酯固化劑交聯(lián)成膜，耐水性好，耐老化性優(yōu)異。
(2)本發(fā)明選用性能良好的消泡劑復(fù)配保證漆膜致密性的同時達(dá)到良好的外觀效果。
(3)本發(fā)明選用鈦白粉復(fù)配合適的防老化助劑提高涂層耐老化性。
(4)該聚氨酯面漆涂料以水為介質(zhì)在生產(chǎn)及施工使用過程中安全環(huán)保，對人體傷害較小。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。
表1為實(shí)施例1-6及對比例1的原料配比
表1中實(shí)施例對比例各組分說明如下：
水性羥基聚丙烯酸酯分散體：重均分子量為4000-4400，23℃時粘度為2000，玻璃化溫度為40-45℃。羥基含量為3.9％(以固體樹脂計(jì))；pH值為7.8，為羥基聚丙烯酸酯二級分散體，平均粒徑為0.1-0.2μm。
水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體：不揮發(fā)份為48-51％，23℃時粘度為1000-3500mPa.s，以固體樹脂計(jì)羥基含量為3.8％；pH值為7-8，20℃時密度為1.06g/ml。
消泡劑：實(shí)施例5僅采用聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液，其它實(shí)施例及對比例采用聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液與不含有機(jī)硅的破泡聚硅氧烷和憎水固體在聚乙二醇中的混合物，復(fù)配重量比為1:1；兩種消泡劑的牌號分別為：BYK019和BYK1730。
流平劑：聚醚改性硅氧烷溶液；牌號為：BYK348。
潤濕分散劑：多官能團(tuán)聚合物的醇銨鹽溶液型潤濕分散劑；牌號為：BYK180。
防流掛助劑：脲改性的聚氨酯溶液；牌號為：BYK425。
附著力促進(jìn)劑：3-氨丙基三乙氧基硅烷。
生物環(huán)保防腐填料：將50％硫酸鋅溶液慢慢加入到10％的肌醇六磷酸和7％的單寧酸混合水溶液中，邊加邊攪拌，然后用苛性堿或氨水調(diào)PH＝5-6，繼續(xù)攪拌10分鐘，生成肌醇六磷酸鋅和單寧酸鋅，將肌醇六磷酸鋅和單寧酸鋅與云母按重量比為2∶3混合，經(jīng)攪拌60分鐘，使其均勻混合，水洗后干燥、粉碎粒度為0.5-4μm，得到含有肌醇六磷酸鋅、單寧酸鋅和云母或云母氧化鐵的生物環(huán)保防腐填料。
納米級金紅石型鈦白粉：粒徑30～80nm。
抗老化劑：水楊酸酯類與自取代丙烯酸酯類復(fù)配，復(fù)配重量比為1：1。
體積填料：滑石粉、硫酸鋇和云母粉復(fù)配，復(fù)配比例為1：1：1。
親水改性脂肪族聚異氰酸酯：基于六亞甲基二異氰酸酯的親水性脂肪族聚異氰酸酯，性能指標(biāo)如下：-NCO含量為20.7-21.7％，23℃時粘度為2500-4500，Hazen色值≤100，按重量計(jì)異氰酸酯單體含量<0.3％，密度為1.14-1.16g/cm3；
溶劑：丙二醇甲醚醋酸酯。
表1實(shí)施例1-6及對比例1的原料配比，千克
表1中對比例1為實(shí)施例6的配方基礎(chǔ)上除去水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體，實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上添加了生物環(huán)保防腐填料。
表2為實(shí)施例7-11及對比例2-3的原料配比。
表2中實(shí)施例對比例各組分說明如下：
抗老化劑：實(shí)施例12的抗老化劑僅采用水楊酸酯類抗老化劑，其他實(shí)施例采用水楊酸酯類與自取代丙烯酸酯類復(fù)配，復(fù)配重量比為1：1，其它與實(shí)施例11相同。
其他與表1相同。
表2實(shí)施例7-11及對比例2-3的原料配比，千克
表2中對比例2在實(shí)施例11的基礎(chǔ)上去除了水性羥基聚丙烯酸酯分散體，實(shí)施例12的抗老化劑僅采用水楊酸酯類抗老化劑，其他與實(shí)施例11相同。
以上實(shí)施例及對比例雙組分水性聚氨酯涂料的制備方法如下：
(1)組分A的制備方法：將水性羥基聚丙烯酸酯分散體、水性陰離子型聚丙烯酸酯分散體、消泡劑、流平劑、潤濕分散劑、防流掛助劑、附著力促進(jìn)劑和水共混，攪拌10分鐘；再加入鈦白粉、體積填料高速攪拌35分鐘；加入生物環(huán)保防腐填料時跟鈦白粉和填料一起加入。
(2)組分B的制備方法：將溶劑加入親水改性脂肪族聚異氰酸酯固化劑中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚣纯?。本發(fā)明水性聚氨酯涂料使用時將組分A和組分B按質(zhì)量比4：1的比例混合后涂敷即可。
性能測試：
按表3給出的測試方法測定實(shí)施例和對比例給出的涂料，以及涂覆對應(yīng)涂料獲得的漆膜的性能；其中涂覆對應(yīng)涂料的方法為噴涂施工，其中柔韌性、附著力、耐沖擊性的漆膜涂覆厚度為20-30μm，耐水、耐熱、耐鹽霧性的涂覆厚度為60-80μm。
表3性能測試指標(biāo)和方法
實(shí)施例的性能測試結(jié)果見表4、表5。
表4實(shí)施例1-6及對比例1的性能測試結(jié)果
本發(fā)明實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上添加了生物環(huán)保防腐填料，在更進(jìn)一步的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例2的耐鹽霧性試驗(yàn)要比實(shí)施例1延長了150個小時。
本發(fā)明實(shí)施例5與實(shí)施例6的不同點(diǎn)在于實(shí)施例5僅采用聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液消泡劑，實(shí)施例6采用聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液與不含有機(jī)硅的破泡聚硅氧烷和憎水固體在聚乙二醇中的混合物復(fù)配，在更進(jìn)一步的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例6的耐鹽霧性試驗(yàn)要比實(shí)施例5延長了50個小時，因?yàn)閮煞N消泡劑復(fù)配形成的漆膜更加致密，防腐性能更好，可見兩種消泡劑復(fù)配效果更好。
表5實(shí)施例7-11及對比例2-3的性能測試結(jié)果
本發(fā)明實(shí)施例9、實(shí)施例10、實(shí)施例11的不同點(diǎn)在于實(shí)施例9的鈦白粉全部為納米級金紅石型鈦白粉，而實(shí)施例10全部為普通金紅石鈦白粉，實(shí)施例11為二者復(fù)配，在更進(jìn)一步的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例11的耐鹽霧性試驗(yàn)要比實(shí)施例9延長了45小時，比實(shí)施例10延長了70小時，人工加速老化時間比實(shí)施例9和實(shí)施例10延長了100多個小時，可見普通金紅石鈦白粉和納米級金紅石型鈦白粉復(fù)配效果更好。
本發(fā)明實(shí)施例11、實(shí)施例12的不同點(diǎn)在于實(shí)施例12的抗老化劑僅采用水楊酸酯類抗老化劑，實(shí)施例11采用水楊酸酯類與自取代丙烯酸酯類復(fù)配，在更進(jìn)一步的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例11的人工加速老化時間比實(shí)施例12延長了70多個小時，可見水楊酸酯類與自取代丙烯酸酯類復(fù)配效果更好。
以上內(nèi)容描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。