CN109593454A - 一种聚氨酯涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚氨酯涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚氨酯涂料及其制备方法和应用，所述聚氨酯涂料包括A组分和B组分，所述A组分包括重量百分比如下的组分：溶剂10‑30％、二甲酸酯2‑8％、多元醇45‑75％、改性氧化石墨烯0.5‑4％、钛白粉15‑35％、聚酰胺蜡0.1‑1％、膨润土0.1‑1％和0.5‑2％助剂；所述B组分为异氰酸酯固化剂。本发明通过将改性氧化石墨烯加入至A组分中，并配合A组分的其他成分，以和B组分结合，制备聚氨酯涂料，使得制备得到的涂料附着力高，耐酸性、耐碱性、耐盐雾性能均非常优异，用于户外钢结构防腐，具有优异的防腐蚀性能，并且安全环保。

Description

一种聚氨酯涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，涉及一种聚氨酯涂料及其制备方法和应用。
背景技术
金属在各种复杂环境下易于被腐蚀，为了防止金属结构的腐蚀，在其表面涂覆防腐涂料可以有效地解决这一问题，既要保证防腐涂料在附着力、耐候性、耐酸碱性等方面具有优异的性能，又要保证涂料安全环保。
CN 108384429 A公开了一种聚氨酯涂料，所述聚氨酯涂料的制备原料及组分包括：偶氮二甲酸二苄酯0.25g、聚四氢呋喃醚二醇72g、六亚甲基二异氰酸酯18g、六氢均三氮硼烷0.68g、甲乙酮8.8g、改性次磷酸锰1g、4-羧基苯硼酸3.2g、N-羟基硫代琥珀酰亚胺3.5g、三乙胺7.8g和水70g，得到阻燃、防水与低VOC的聚氨酯涂料，然而该发明并没有使得聚氨酯涂料在附着力、耐候性、耐酸碱性等方面具有较大改善。
因此，在本领域，期望开发一种附着力高，耐酸性、耐碱性、耐盐雾性能均非常优异的聚氨酯涂料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚氨酯涂料及其制备方法和应用，本发明的聚氨酯涂料附着力高，具有优异的耐酸性、耐碱性以及耐盐雾性能，具有良好的防腐蚀作用，并且安全环保。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种聚氨酯涂料，所述聚氨酯涂料包括A组分和B组分；
所述A组分包括重量百分比如下的组分：
所述B组分为异氰酸酯固化剂。
在本发明中，通过将改性氧化石墨烯加入至A组分中，并配合A组分的其他成分，以和B组分结合，制备聚氨酯涂料，使得制备得到的涂料附着力高，耐酸性、耐碱性、耐盐雾性能均非常优异。
在本发明中，所述A组分中，溶剂优选为丁酯和二甲苯的混合溶剂。
优选地，所述A组分中，溶剂为质量比为2:1-5:1(例如2:1、2.3:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.3:1、3.5:1、3.8:1、4:1、4.3:1、4.5:1、4.8:1或5:1)的丁酯与二甲苯的混合溶液，优选丁酯与二甲苯的质量比为3:1。
在本发明中，所述A组分中，溶剂的用量可以为10％、13％、15％、18％、20％、23％、25％、28％或30％。
在本发明中，所述二甲酸酯的用量可以为2％、2.5％、2.8％、3％、3.3％、3.5％、3.8％、4％、4.5％、4.8％、5％、5.5％、5.8％、6％、6.3％、6.5％、6.8％、7％、7.3％、7.5％、7.8％或8％。
在本发明中，所述多元醇为丙烯酸改性的多元醇树脂。
在本发明中，所述多元醇的用量可以为45％、48％、50％、53％、55％、58％、60％、63％、65％、68％、70％、73％或75％。
在本发明中，所述改性氧化石墨烯为硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯。
优选地，所述硅烷偶联剂为带活性氨基的硅烷偶联剂，优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷或硅烷偶联剂Z-6011。
优选地，所述改性氧化石墨烯由如下方法制备得到：将氧化石墨烯分散至有机溶剂中，而后向得到的氧化石墨烯分散液中加入硅烷偶联剂，反应，得到所述改性氧化石墨烯。
优选地，所述有机溶剂为二甲苯与正丁醇的混合溶液或N,N-二甲基甲酰胺。
优选地，所述分散的方式为超声分散。
优选地，所述超声分散的时间为10-40min，例如10min、13min、15min、18min、20min、25min、28min、30min、35min、38min或40min。
在本发明中，氧化石墨烯分散液中，相对于1g氧化石墨烯，所述有机溶剂的用量为10-100mL，例如10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL、50mL、55mL、60mL、65mL、70mL、75mL、80mL、85mL、90mL、95mL或100mL。
优选地，所述反应的温度为70-90℃，例如70℃、73℃、75℃、78℃、80℃、83℃、85℃、88℃或90℃。
优选地，所述反应在搅拌下进行。
优选地，所述反应的时间为5-24小时，例如5小时、7小时、9小时、10小时、12小时、14小时、16小时、18小时、20小时、22小时或24小时。
在本发明中，所述改性氧化石墨烯的用量为0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％或4％。
在本发明中，所述钛白粉的用量可以为15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、33％或35％。
在本发明中，所述聚酰胺蜡的用量可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％。
在本发明中，所述膨润土的用量可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％。
在本发明中，所述助剂用量可以为0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％或2％。
优选地，所述助剂包括流平剂、分散剂和消泡剂。
优选地，所述异氰酸酯固化剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，A组分与B组分的质量比为3:1-9:1，例如3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.3:1、8.5:1、8.8:1或9:1，优选4:1。
本发明中，所述聚氨酯涂料的制备方法即将组成A组分的成分混合，而后将A组分与B组分混合，常温固化，25℃养护时间7天以上(例如7天、8天、9天、10天等)，得到所述聚氨酯涂料。
另一方面，本发明提供了如上所述的聚氨酯涂料在户外钢结构防腐中的应用。
优选地，所述聚氨酯涂料作为面漆用于户外钢结构防腐。
本发明的聚氨酯涂料能够用于户外钢结构防腐，具有良好的耐酸性、耐碱性、耐盐雾性能，附着力高，耐腐蚀性能良好。其可以和石墨烯改性防腐底漆一同进行应用以增强防腐蚀性能。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过将改性氧化石墨烯加入至A组分中，并配合A组分的其他成分，以和B组分结合，制备聚氨酯涂料，使得制备得到的涂料附着力高，耐酸性、耐碱性、耐盐雾性能均非常优异，附着力可达到13MPa以上，耐酸性和耐碱性均可达到2000h以上，耐湿热性达到2200h以上，耐水性达到5000h以上，具有合格的耐温变性能以及耐紫外性能，用于户外钢结构防腐，具有优异的防腐蚀性能，并且安全环保。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中，提供一种聚氨酯涂料，所述聚氨酯涂料包括质量比为4:1的A组分和B组分；
所述A组分包括重量百分比如下的组分：
所述B组分为异氰酸酯固化剂即甲苯二异氰酸酯。
其中所述改性氧化石墨烯为硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯，其制备方法如下：
将烘干后的6g氧化石墨烯分散于500mL，DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂中，超声分散30min，制成氧化石墨烯分散液，然后，加入100g KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，加热至80℃，搅拌12小时，反应完成后，用去离子水清洗3次并离心分离，将产物进行真空烘干处理，得到所述改性氧化石墨烯。
所述聚氨酯涂料的制备方法为：将组成A组分的成分混合，而后将A组分与B组分混合，常温固化，25℃养护时间7天，得到所述聚氨酯涂料。
实施例2
在本实施例中，提供一种聚氨酯涂料，所述聚氨酯涂料包括质量比为4:1的A组分和B组分；
所述A组分包括重量百分比如下的组分：
所述B组分为异氰酸酯固化剂即甲苯二异氰酸酯。
其中所述改性氧化石墨烯为硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯，其制备方法如下：
将烘干后的6g氧化石墨烯分散于180mL，DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂中，超声分散25min，制成氧化石墨烯分散液，然后，加入100g KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，加热至70℃，搅拌20小时，反应完成后，用去离子水清洗3次并离心分离，将产物进行真空烘干处理，得到所述改性氧化石墨烯。
所述聚氨酯涂料的制备方法为：将组成A组分的成分混合，而后将A组分与B组分混合，常温固化，25℃养护时间7天，得到所述聚氨酯涂料。
实施例3
在本实施例中，提供一种聚氨酯涂料，所述聚氨酯涂料包括质量比为9:1的A组分和B组分；
所述A组分包括重量百分比如下的组分：
所述B组分为异氰酸酯固化剂即甲苯二异氰酸酯。
其中所述改性氧化石墨烯为硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯，其制备方法如下：
将烘干后的6g氧化石墨烯分散于300mL，DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂中，超声分散40min，制成氧化石墨烯分散液，然后，加入100g KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，加热至900℃，搅拌5小时，反应完成后，用去离子水清洗3次并离心分离，将产物进行真空烘干处理，得到所述改性氧化石墨烯。
所述聚氨酯涂料的制备方法为：将组成A组分的成分混合，而后将A组分与B组分混合，常温固化，25℃养护时间9天，得到所述聚氨酯涂料。
实施例4
在本实施例中，提供一种聚氨酯涂料，所述聚氨酯涂料包括质量比为5:1的A组分和B组分；
所述A组分包括重量百分比如下的组分：
所述B组分为异氰酸酯固化剂即异佛尔酮二异氰酸酯。
其中所述改性氧化石墨烯为硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯，其制备方法如下：
将烘干后的6g氧化石墨烯分散于600mL，DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂中，超声分散10min，制成氧化石墨烯分散液，然后，加入100g KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，加热至85℃，搅拌18小时，反应完成后，用去离子水清洗3次并离心分离，将产物进行真空烘干处理，得到所述改性氧化石墨烯。
所述聚氨酯涂料的制备方法为：将组成A组分的成分混合，而后将A组分与B组分混合，常温固化，25℃养护时间7天，得到所述聚氨酯涂料。
实施例5
在本实施例中，提供一种聚氨酯涂料，所述聚氨酯涂料包括质量比为6:1的A组分和B组分；
所述A组分包括重量百分比如下的组分：
所述B组分为异氰酸酯固化剂即二苯甲烷二异氰酸酯。
其中所述改性氧化石墨烯为硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯，其制备方法如下：
将烘干后的6g氧化石墨烯分散于400mL，DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂中，超声分散20min，制成氧化石墨烯分散液，然后，加入100g KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，加热至75℃，搅拌24小时，反应完成后，用去离子水清洗3次并离心分离，将产物进行真空烘干处理，得到所述改性氧化石墨烯。
所述聚氨酯涂料的制备方法为：将组成A组分的成分混合，而后将A组分与B组分混合，常温固化，25℃养护时间8天，得到所述聚氨酯涂料。
对比例1
与实施例1不同之处仅在于A组分和B组分的质量比为2:1。
对比例2
与实施例1不同之处仅在于A组分和B组分的质量比为10:1。
对比例3
与实施例1不同之处仅在于A组分中不含有改性氧化石墨烯，钛白粉用量为23％。
将实施例以及对比例制备的聚氨酯涂料作为面漆涂覆于钢结构表面用于防腐，对其耐盐雾、耐酸碱性、耐盐水性、耐水性以及附着力性能进行测定，其测试标准以及指标要求如表1所示。
表1
对实施例1-5以及对比例1-3的涂料的实际性能测试数据如表2所示。
表2
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的聚氨酯涂料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种聚氨酯涂料，其特征在于，所述聚氨酯涂料包括A组分和B组分；
所述A组分包括重量百分比如下的组分：
所述B组分为异氰酸酯固化剂。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯涂料，其特征在于，所述A组分中，溶剂优选为丁酯和二甲苯的混合溶剂；
优选地，所述A组分中，溶剂为质量比为2:1-5:1的丁酯与二甲苯的混合溶液，优选丁酯与二甲苯的质量比为3:1。
3.根据权利要求1或2所述的聚氨酯涂料，其特征在于，所述多元醇为丙烯酸改性的多元醇树脂。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯为硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯；
优选地，所述硅烷偶联剂为带活性氨基的硅烷偶联剂，优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷或硅烷偶联剂Z-6011。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯由如下方法制备得到：将氧化石墨烯分散至有机溶剂中，而后向得到的氧化石墨烯分散液中加入硅烷偶联剂，反应，得到所述改性氧化石墨烯；
优选地，所述有机溶剂为二甲苯与正丁醇的混合溶液或N,N-二甲基甲酰胺；
优选地，所述分散的方式为超声分散；
优选地，所述超声分散的时间为10-40min。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯涂料，其特征在于，氧化石墨烯分散液中，相对于1g氧化石墨烯，所述有机溶剂的用量为10-100mL；
优选地，所述反应的温度为70-90℃；
优选地，所述反应在搅拌下进行；
优选地，所述反应的时间为5-24小时。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的聚氨酯涂料，其特征在于，所述助剂包括流平剂、分散剂和消泡剂；
优选地，所述异氰酸酯固化剂为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的聚氨酯涂料，其特征在于，A组分与B组分的质量比为3:1-9:1。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将组成A组分的成分混合，而后将A组分与B组分混合，常温固化，25℃下养护7天以上，得到所述聚氨酯涂料。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的聚氨酯涂料在户外钢结构防腐中的应用；
优选地，所述聚氨酯涂料作为面漆用于户外钢结构防腐。
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