CN102382563A - 低温热固化聚氨酯涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温热固化聚氨酯涂料及其制备方法和应用，所述低温热固化聚氨酯涂料，按重量分计，主要由以下组份组成：丙烯酸树脂40-70；分散剂0.5-1；防沉剂0.2-0.5；颜填料0-28；封闭型固化剂15-20；催化剂1-2；附着力促进剂2-4；混合溶剂5-10。本发明具有反应时间短、色度浅、稳定性好、单组份使用方便、低温固化能耗小等优点，可广泛应用于电镀件、金属机壳、钮扣、汽车漆等装饰和保护，是一种无甲醛符合玩具漆标准的高性能涂料，有较大的实施价值和社会经济效益。

Description

低温热固化聚氨酯涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及聚氨酯涂料领域，尤其涉及一种低温热固化聚氨酯涂料及其制备方法和应用。 

背景技术

目前，用于工件涂装的单组份烤漆，烘烤温度过高，一般在140℃以上，能耗量大。电镀底材在行业里迅速发展，应用领域不断扩大，由于在涂装涂料烘烤时，烘烤120℃以上底材容易起泡，常规氨基烤漆固化温度为140℃以上，损坏客户素材。热固化低温烤漆实色储藏稳定差，不能制备高光实色漆。单组份氨基烤漆不环保，漆膜含甲醛，甲醛对人体健康危害主要有以下几个方面： a. 刺激作用 b. 致敏作用： c. 致突变作用。 

用于涂装上的聚氨酯涂料多为两液型固化涂料，由双组份组成（A组份：羟基丙烯酸，B组份：异氰酸酯），出厂时分别储存，施工前规定比例混合均匀后使用，容易影起涂料弊病。双组份聚氨酯涂料对稀释溶剂选择性高，醇和醇醚类溶剂影响漆膜性能。A、B组份按比例混合后，活化期短，常温下6-8小时容易交联固化，无法继续使用。A、B组份每组份配料必须用量杯或电子称精确称量，配比不准，容易产生漆膜不干，光泽和颜色不标准。由于配比复杂和油漆活化期短会影响生产效率。生产上每次调配的漆无法保障百分百用完，调好后多余的油漆无法储存继续使用，只能报废处理，浪费大量成本和对环境造成严重污染。漆膜收缩率大，会影响漆膜对基材的附着力。 

因此，现有技术还有待发展。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温热固化聚氨酯涂料及其制备方法和应用，旨在解决现有的涂料耗能大、不环保、施工过程复杂等问题。 

本发明的技术方案如下： 

一种低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述低温热固化聚氨酯涂料，按重量分计，主要由以下组份组成：

丙烯酸树脂                                 40-70；

分散剂                                     0.5-1；

防沉剂                                     0.2-0.5；

颜填料                                     0-28；

封闭型固化剂                               15-20；

催化剂                                     1-2；

附着力促进剂                               2-4；

混合溶剂                                   5-10。 

所述的低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述低温热固化聚氨酯涂料，按重量分计，还包括以下组份： 

助剂                                       0.2-1；

所述助剂为流平剂、消泡剂中的一种或两种混合物。

所述的低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述丙烯酸树脂是由羟基丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂中的一种或多种组成，丙烯酸树脂的羟值为70-80mgKOH/g、酸价为4-6 mgKOH/g。 

所述的低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述封闭型固化剂为低温开环反应、耐黄变的封闭型异氰酸酯，所述封闭型异氰酸酯的NCO为6.6%。 

所述的低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述封闭型异氰酸酯为丁酮肟、1,2,4-***、二异丙胺、3,5-二甲基吡唑或丙二酸酯中的一种或多种。 

所述的低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述颜填料包括但不限于钛白、碳黑、有机黄、有机红、铁红或酞菁蓝中的一种。 

所述的低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述催化剂为金属催干剂的一种或多种组成； 

所述金属催干剂包括但不限于金属铋类催干剂、三丁基锡、二月桂酸二丁基锡或金属锌类催干剂。

所述的低温热固化聚氨酯涂料，其中，所述混合溶剂为尼龙酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、醋酸丁酯、二甲苯或异丁醇中的一种或多种。 

上述的低温热固化聚氨酯涂料的制备方法，其中，所述低温热固化聚氨酯涂料的制备方法为： 

S100、色粉预分散：按配方的组分，将部分丙烯酸树脂和分散剂、防沉剂、部分混合溶剂混合，搅拌；一边搅拌，一边加入颜填料，加入完毕后，继续搅拌、分散，待用；

S200、色浆研磨：将上述第一步制备的预混浆进行研磨，得到色浆；

S300、制漆：将剩余的丙烯树酯和混合溶剂、封闭型固化剂、助剂、按比例混合，搅拌，制得混合体，备用；

S400、将上述制备的混合体和色浆混合，分散均匀；

步骤S100中所述部分丙烯酸树脂是占配方中丙烯酸树脂重量的20-25%。

上述的低温热固化聚氨酯涂料的应用，其中，将所述低温热固化聚氨酯涂料用于电镀件、金属机壳、钮扣或汽车漆的装饰和保护。 

有益效果：本发明所提供的低温热固化聚氨酯涂料，是一种能在低温固化、能达到传统烤漆的使用方便性，降低能耗，漆膜无甲醛，且能具有双组份PU漆高丰满度高光泽和优良的耐化学品性的热固化聚氨酯涂料。在环保方面，本发明90℃以上可低温固化，能降低能耗；施工固含高，降低VOC含量，漆膜无甲醛。本发明还提供所述低温热固化聚氨酯涂料的制备方法，无须更改原有设备，和传统氨基烤漆一样，制备方法简便，节能省时，生产效率高，且简化了产品包装，同样能达双组份聚氨酯涂料的性能和效果。本发明是单组份聚氨酯涂料，施工简单，无须专人和使用量杯和电子称调配，节约了人力物力，降低了产品品投诉，提高客户现场生产效率。本发明可做实色，储存稳定性好。 

具体实施方式

本发明提供一种低温热固化聚氨酯涂料及其制备方法和应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明所提供的低温热固化聚氨酯涂料，是一种可低温烘烤固化，施工、作业简单，节能，利于环保（无甲醛）的单组份聚氨酯涂料。 

所述低温热固化聚氨酯涂料，按重量分计，由以下组份组成： 

丙烯酸树脂                                 40-70

分散剂                                     0.5-1

防沉剂                                     0.2-0.5

颜填料                                     0-28                                       

封闭型固化剂                               15-20

催化剂                                     1-2

助剂                                       0.2-1

附着力促进剂                               2-4

混合溶剂                                   5-10

所述丙烯酸树脂是由羟基丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂中的一种或多种组成，丙烯酸树脂的羟值为70-80mgKOH/g、酸价为4-6 mgKOH/g、固体份为60%。

所述封闭型固化剂为低温开环反应、耐黄变的封闭型异氰酸酯，可以为丁酮肟、1,2,4-***、二异丙胺、3,5-二甲基吡唑或丙二酸酯等封闭型异氰酸酯中的一种或多种，封闭型异氰酸酯的NCO为6.6%、固体份为60%。 

所述防沉剂可以为有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚烯烃蜡、改性氢化蓖麻油中的一种或多种。 

所述分散剂可以为脂肪酸类、脂肪族酰胺类、低分子蜡类中的一种或多种。 

所述附着力促进剂可以为树脂类附着力促进剂、硅烷偶联剂类附着力促进剂中的一种或多种。 

所述助剂由流平剂、消泡剂中的一种或多种组成。 

所述流平剂可以为聚丙烯酸类、聚硅氧烷、氟系表面活性剂中的一种或多种。 

所述消泡剂可以为聚醚类消泡剂、硅类消泡剂中的一种或多种。 

所述颜填料包括但不限于钛白、碳黑、有机黄、有机红、铁红或酞菁蓝中的一种。所述钛白为金红石型钛白，易分散、高遮力、高白度。 

所述催化剂为金属催干剂的一种或多种组成，所述金属催干剂包括但不限于金属铋类催干剂、三丁基锡（TBT）、二月桂酸二丁基锡（DBTDL）或金属锌类催干剂。 

所述混合溶剂为以下一种或多种：DBE（俗称尼龙酸二甲酯）、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、醋酸丁酯（BAC）、二甲苯（XYL）、异丁醇（IBA）。 

由于多异氰酸酯已被某种带有活性氢原子的化合物反应实现封闭，其内部形成的化学键相对较弱，因此不能与多羟基树酯体反应交联，可以合装而不反应，具有极好和储存稚稳定性。油漆在涂布后经90℃以上温度烘烤时，封闭型的单官能物质和异氰酸酯断裂，使封闭型异氰酸酯开环而释放出含有大量的-NCO官能团，-NCO基团与树脂羟基-OH反应交联成膜，生产施工中可直接添加稀释剂使用，施工方便，剩下的油漆可封存起来，下次可以继续使用而不影响品质。 

本发明中还提供所述低温热固化聚氨酯涂料的制备方法： 

S100、色粉预分散：按配方的组分，将部分丙烯酸树脂（占组分中丙烯酸树脂重量的20%-25%）和分散剂、防沉剂、部分混合溶剂（占组分中混合溶剂重量的2%-5%）混合，搅拌（转速为800-1200rmp，搅拌5-10分钟）；一边搅拌（转速为600rmp），一边加入颜填料，加入完毕后，继续搅拌（转速为1200rmp）、分散（分散20-30分钟），待用；

S200、色浆研磨：将上述第一步制备的预混浆进行研磨，得到色浆（研磨至细度不小于15um）；

S300、制漆：将剩余的丙烯树酯和混合溶剂、封闭型固化剂、助剂、按比例混合，搅拌（转速800-1200rpm，搅拌10-20分钟），制得混合体，备用；

S400、将上述制备的混合体和色浆混合，分散均匀（转速为600rpm），细度不少于15um。

本发明所提供的低温热固化聚氨酯涂料，具有反应时间短、色度浅、稳定性好、单组份使用方便、低温固化能耗小等优点，可广泛应用于电镀件、金属机壳、钮扣、汽车漆等装饰和保护，是一种无甲醛符合玩具漆标准的高性能涂料，有较大的实施价值和社会经济效益。其具有以下优点： 

a：本发明低温热固化聚氨酯涂料的制备方法，无须更改原有设备，和传统氨基烤漆一样，加工方法简便，节能省时，生产效率高，且简化了产品包装，同样能达双组份聚氨酯涂料的性能和效果；

b：本发明施工简单，无须专人和使用量杯和电子称调配，节约了人力物力，降低了产品投诉，提高客户现场生产效率；

c：本发明90℃以上可低温固化，大大节约能耗；

d：本发明符合环保，漆膜无甲醛；

f：本发明可做实色，储存稳定性好。

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但不仅限于这些实施例。 

实施例1：白色漆 

表1

名称	质量百分比
		丙烯酸树脂	45
分散剂	0.5
		防沉剂	0.5
钛白	28
		封闭型异氰酸酯	16
催干剂	1.5
		流平剂	0.3
消泡剂	0.2
		附着力促进剂	2
混合溶剂	6

a：色粉预分散

将丙烯酸树脂和分散剂、防沉剂、混合溶剂按比例混合，在高速分散机内以转速800-1200rpm速度，搅拌5-10分钟；然合，以转速600rpm的速度，按比例缓慢加入钛白，加入完毕后，再提高转速至1200rpm,分散30分钟备用;

b：色浆研磨

将上述第一步制备的预混浆，采用砂磨机研磨至细度不小于15um

c：制漆  

将剩余丙烯树酯和封闭型固化剂、助剂、混合溶剂按比例混合，在高速分散机内以转速800-1200rpm搅拌10-20分钟备用。

d：将上述制备的混合体和色浆在转速600rpm的速度下分散均匀，细度不少于15um，调整粘度、固体含量、检测性能、过滤、包装。 

实施例2-7 

操作步骤和反应条件同实施例1，原料具体用量如表2。

表2 

原材名称	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
							丙烯酸树酯	70	66	63	63	59	66
分散剂	-	1.5	1	1	1	1
							防沉剂	-	0.3	0.3	0.3	0.5	0.3
碳黑	-	3	-	-	-	-
							有机黄	-	-	7	-	-	-
有机红	-	-	-	6	-	-
							铁红	-	-	-	-	12.5	-
酞菁蓝	-	-	-	-		4
							混合溶剂	5	5	5	5	5	5
封闭型异氰酸酯	20	19	18	17	17	19
							流平剂	0.2	0.35	0.3	0.3	0.2	0.2
消泡剂	-	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
							附着力促进剂	2	2	2	2.5	2.5	2
催干剂	2	2	1.5	1.5	1	1.5
							混合溶剂	0.8	0.65	1.7	3.2	0.1	0.8

实施例1~7中，所使用各组分的具体成分如下表所示。

制得低温热固化聚氨酯涂料性能，如表3所示。 

表3 

备注：各项性能测试烘烤温度为100℃×30分钟。

本发明产品与传统型的烤漆、双组份聚氨酯涂料和低温烤漆的区别，如表4所示。 

表4 

项目	传统烤漆	低温烤漆	双组份聚氨酯涂料	本发明产品
					包装规格	单组份	单组份	双组份	单组份
固化温度	140℃以上	100℃以上	自干或烤干	90℃即可固化
					固化条件	氨基固化	亚氨基固化	异氰酸酯固化	异氰酸酯固化
稀释溶剂	主要芳香烃类，醇类，醇醚类，酯类	主要芳香烃类，醇类，醇醚类，酯类	对稀释溶剂要求非常严格，不能含醇，和醇醚，且各稀释溶剂含水也要严格要求	主要芳香烃类，醇醚类，酯类
					是否合适做色漆	合适	不合适	合适	合适
可使用时间	没限制	没限制	＜8小时	没限制
					丰满度	一般	差	高	高
耐化学品	一般	差	优	优
					环保方面（干膜甲醛含量）	＞20PPM	＞20PPM	ND	ND
漆膜收缩率	小	小	收缩率大	小
					贮存稳定性试验（50℃），不胶化	720小时	120小时	720小时	720小时

从表4可以看出，本发明产品在烘烤100℃时可达到很好的漆膜性能，单罐包装，储存稳定性好，各项性能都优于传统型的氨基烤漆和双组份聚氨酯涂料，重点在于烘烤温度低，反应时间短，降低了能耗，施工应用方便，能适应多种施工方法，且在环保方面日益要求严格的市场，本发明都能符合标准，有获得较大的实施价值和社会经济效益。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述低温热固化聚氨酯涂料，按重量分计，主要由以下组份组成：

丙烯酸树脂                                 40-70；

分散剂                                     0.5-1；

防沉剂                                     0.2-0.5；

颜填料                                     0-28；

封闭型固化剂                              15-20；

催化剂                                     1-2；

附着力促进剂                               2-4；

混合溶剂                                   5-10。

2.根据权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述低温热固化聚氨酯涂料，按重量分计，还包括以下组份：

助剂                                       0.2-1；

所述助剂为流平剂、消泡剂中的一种或两种混合物。

3.根据权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述丙烯酸树脂是由羟基丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂中的一种或多种组成，丙烯酸树脂的羟值为70-80mgKOH/g、酸价为4-6 mgKOH/g。

4.根据权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述封闭型固化剂为低温开环反应、耐黄变的封闭型异氰酸酯，所述封闭型异氰酸酯的NCO为6.6%。

5.根据权利要求4所述的低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述封闭型异氰酸酯为丁酮肟、1,2,4-***、二异丙胺、3,5-二甲基吡唑或丙二酸酯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述颜填料包括但不限于钛白、碳黑、有机黄、有机红、铁红或酞菁蓝中的一种。

7.根据权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述催化剂为金属催干剂的一种或多种组成；

所述金属催干剂包括但不限于金属铋类催干剂、四丁基锡、二月桂酸二丁基锡或金属锌类催干剂。

8.根据权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料，其特征在于，所述混合溶剂为尼龙酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、醋酸丁酯、二甲苯或异丁醇中的一种或多种。

9.一种如权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述低温热固化聚氨酯涂料的制备方法为：

S100、色粉预分散：按配方的组分，将部分丙烯酸树脂和分散剂、防沉剂、部分混合溶剂混合，搅拌；一边搅拌，一边加入颜填料，加入完毕后，继续搅拌、分散，待用；

S200、色浆研磨：将上述第一步制备的预混浆进行研磨，得到色浆；

S300、制漆：将剩余的丙烯树酯和混合溶剂、封闭型固化剂、助剂、按比例混合，搅拌，制得混合体，备用；

S400、将上述制备的混合体和色浆混合，分散均匀；

步骤S100中所述部分丙烯酸树脂是占配方中丙烯酸树脂重量的20-25%。

10.一种如权利要求1所述的低温热固化聚氨酯涂料的应用，其特征在于，将所述低温热固化聚氨酯涂料用于电镀件、金属机壳、钮扣或汽车漆的装饰和保护。