CN109868047A - 一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料及其制备方法。该涂料由水溶性有机硅树脂、丙烯酸水性色浆、异氰酸酯固化剂组成。按重量份计，水溶性有机硅树脂15～50，丙烯酸水性色浆40～80，异氰酸酯固化剂5～20。水溶性有机硅树脂是硅氧烷单体在酸性催化剂作用下，在去离子水或者酸性溶胶体系中水解、缩合制备而成。该有机硅改性丙烯酸‑聚氨酯水性涂料制备工艺简单，涂层可以室温固化，也可以中低温固化；固化后的涂层硬度不低于3H、耐高温、阻燃，耐水性好、耐化学介质优异，是一种新型的高性能、环保型涂料。

Description

一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及水性涂料领域，尤其涉及一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料及其制备方法。

背景技术

近年来，国家环保政策空前严格，人们对安全、健康的追求日益强烈，在这种大背景下，水性涂料得到了前所未的发展机遇。以羟丙乳液和水性异氰酸酯固化剂为主要原料的丙烯酸-聚氨酯涂料是一种重要的高性能、环保型涂料，既可以作为底漆使用，也可以通过配方的设计作为高耐候面漆使用。有机硅树脂以Si-O-Si结构为骨架，具有优异的耐紫外辐照性和耐氧化特性，可以用来提高丙烯酸-聚氨酯的耐候性。

目前，有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法主要有两种：(1)以乙烯基硅氧烷单体为原料，通过与丙烯酸单体的共聚制备有机硅改性丙烯酸乳液，也就是所谓的硅丙乳液；(2)在钛酸丁酯等催化剂的作用下，把中低分子量的有机硅树脂与丙烯酸树脂接枝起来，然后乳化制备成水性树脂。这两种方法都可以大幅提高丙烯酸-聚氨酯涂层保光保色性能，然而水性丙烯酸聚氨酯涂层硬度偏低，耐高温阻燃性能较差、耐水性不好等缺点并没有因为有机硅树脂的引入而明显改善。

发明内容

本发明的第一个目的是:提供一种中低温固化的有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料。该产品以水性甲基硅树脂为改性原料，配制好的涂料适用期可达8小时以上。涂层可以室温固化，也可以中低温固化；固化后的涂层硬度不低于3H、耐高温、阻燃，耐水性好、耐化学介质优异，是一种新型的高性能丙烯酸-聚氨酯水性涂料。

为实现上述效果，本发明所采用的技术方案如下：

一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，它主要由三个组分构成，按照重量份计,各组分重量如下：水溶性有机硅树脂15～50，丙烯酸水性色浆40～80，异氰酸酯固化剂5～20。

进一步地，水溶性有机硅树脂是硅氧烷单体在酸性催化剂作用下，在去离子水或者酸性溶胶体系中水解、缩合制备而成。

进一步地，丙烯酸水性色浆是由下列原料混合物分散制得，按照重量份计：去离子水0～60份，异丙醇或乙醇0～15份，无机填料0～40份,着色颜料0～40份，羟基丙烯酸乳液0～100份，分散剂0～5份，其它助剂0～1份。

进一步地，硅氧烷单体为甲基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、四烷基硅氧烷、二甲基二烷氧基硅烷、二苯基二烷氧基硅烷、硅烷偶联剂；酸性催化剂是指盐酸、醋酸、柠檬酸和甲酸的一种或几种混合物；酸性溶胶是指酸性硅溶胶、酸性铝溶胶、酸性锆溶胶或其任意比混合物，粒径为5～40nm。

进一步地，的硅氧烷单体按重量份计，其组成为：甲基三烷氧基硅烷80～99份，苯基三烷氧基硅烷0～15份，四烷氧基硅烷0～10份，二甲基二烷氧基硅烷0～8份，二苯基二烷氧基硅烷0～4份，硅烷偶联剂0～10份。

进一步地，无机填料包括云母、滑石粉、氧化铝粉、晶须硅、硅微粉、玻璃鳞片、沉淀硫酸钡的任意比混合。

进一步地，着色颜料为钛白、炭黑、铜铬黑、铁红、铁黄、大红、酞菁蓝、酞菁绿、铋黄、钴蓝、钴蓝、纳米氧化铁、珠光颜料、金属颜料调配色浆中的一种或一种以上的混合物。

进一步地，硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙烷)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙烷)丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物。

本发明的第二个目的是：提供一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料的制备方法，它由如下步骤组成：

①水溶性有机硅树脂的制备：以重量份计，把硅氧烷单体30～80份，去离子水0～70份，酸性硅溶胶、酸性铝溶胶、酸性锆溶胶或其任意比混合物0～70份，酸性催化剂0～2份混合并在室温～50℃下快速搅拌至体系成均一状态；

②丙烯酸水性色浆的制备：按照配方将除羟丙乳液之外的各组分进行混合后，在高速研磨分散机下把颜填料分散至规定细度，出料后加入羟丙乳液混合搅拌均匀，过滤包装即得；

③把丙烯酸水性色浆与市售异氰酸酯水性固化剂按照适当比例混合，然后加入新制备的水溶性有机硅树脂，搅拌均匀后即可使用，可室温固化，也可以中低温烘烤固化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

与传统的有机硅改性丙烯酸-聚氨酯涂料相比，本发明同样大幅度提高了涂层的保光保色性能。除此之外，本发明所制备的涂层是一种有机-无机互穿结构，既有优异的柔韧性，还具有3H以上的硬度，优异的耐高温阻燃性能。涂料制备工艺简单，基本不使用有机溶剂，绿色环保、容易大规模生产，作为一种通用型高性能水性涂料具有很高的应用价值。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

实施例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得；

实施例中使用的酸性硅溶胶为纳狄微电子有限公司生产的酸性硅溶胶,其固体含量为30wt％，硅溶胶粒径为12nm，也可采用美国格雷斯化学生产的Ludox系列酸性硅溶胶；锆溶胶为宣城晶瑞新材料有限公司生产，固含量10％，粒径5～10nm。；

羟丙乳液是常州穗时新材料有限公司自制产品，产品牌号S-5601，其固含量为45％，pH约为7，乳胶粒子平均粒径45nm，玻璃态转化温度为52℃，羟值2.3％。

水性异氰酸酯固化剂为万华化学的270,这是一款磺酸改性固化剂，固含100％。

检测陶瓷薄膜性能采用的方法如下：硬度按GB/T1730-1993方法测定；附着力按GB/T9286-1998方法测定；柔韧性按GB/T 1731-1993方法测定；耐液体介质性能按照GB/T9274-1988测定；耐水煮性能按照GB/T 5209-1985测定。

实施例1-2：

水溶性有机硅树脂制备：按照表1所示的配方，把各组分混合搅拌均匀，过滤即可；

丙烯酸水性色浆的制备：按照表1的配方，在拉缸加入除羟丙乳液之外的所有原料，搅拌均匀后，在高速分散设备里把色浆细度研磨至20μm以下，出料，与计量的羟丙乳液混合搅拌均匀即可；

将丙烯酸水性色浆与固化剂按照7:1的比例混合均匀后，加入新制备的水溶性有机硅树脂，喷涂固化，即得有机硅改性丙烯酸聚氨酯涂层。以质量份计，水溶性硅树脂占涂料总质量的40％。

基材选用2mm厚铝板、除油脱脂后用300目砂纸打磨。采用手动喷涂，膜厚控制在35μm左右。固化条件：(1)在60℃下闪干10min后，置于160℃下固化20min；(2)在60℃下预干燥30min后，室温保养7天，实验结果见表2。

表1、实施例1-2配方及涂装结果

表2、实施例1-2的涂层技术参数

从上表2可以看出，本发明有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料制备工艺简单，涂层硬度高、耐化学介质、耐水煮能力优异，是一种新型的高性能、环保型涂料产品。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：它主要由三个组分构成，按照重量份计,各组分重量如下：水溶性有机硅树脂15～50，丙烯酸水性色浆40～80，异氰酸酯固化剂5～20。

2.按照权利要求1所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：所述水溶性有机硅树脂是硅氧烷单体在酸性催化剂作用下，在去离子水或者酸性溶胶体系中水解、缩合制备而成。

3.按照权利要求1所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：所述丙烯酸水性色浆是由下列原料混合物分散制得，按照重量份计：去离子水0～60份，异丙醇或乙醇0～15份，无机填料0～40份,着色颜料0～40份，羟基丙烯酸乳液0～100份，分散剂0～5份，其它助剂0～1份。

4.按照权利要求2所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：所述硅氧烷单体为甲基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、四烷基硅氧烷、二甲基二烷氧基硅烷、二苯基二烷氧基硅烷、硅烷偶联剂；所述酸性催化剂是指盐酸、醋酸、柠檬酸和甲酸的一种或几种混合物；所述酸性溶胶是指酸性硅溶胶、酸性铝溶胶、酸性锆溶胶或其任意比混合物，粒径为5～40nm。

5.按照权利要求2所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：所述的硅氧烷单体按重量份计，其组成为：甲基三烷氧基硅烷80～99份，苯基三烷氧基硅烷0～15份，四烷氧基硅烷0～10份，二甲基二烷氧基硅烷0～8份，二苯基二烷氧基硅烷0～4份，硅烷偶联剂0～10份。

6.按照权利要求3所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：所述无机填料包括云母、滑石粉、氧化铝粉、晶须硅、硅微粉、玻璃鳞片、沉淀硫酸钡的任意比混合。

7.按照权利要求3所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：所述着色颜料为钛白、炭黑、铜铬黑、铁红、铁黄、大红、酞菁蓝、酞菁绿、铋黄、钴蓝、钴蓝、纳米氧化铁、珠光颜料、金属颜料调配色浆中的一种或一种以上的混合物。

8.按照权利要求5所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙烷)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙烷)丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物。

9.根据权利要求1所述的一种中低温固化有机硅改性丙烯酸聚氨酯水性涂料的制备方法，其特征在于，它由如下步骤组成：

①水溶性有机硅树脂的制备：以重量份计，把硅氧烷单体30～80份，去离子水0～70份，酸性硅溶胶、酸性铝溶胶、酸性锆溶胶或其任意比混合物0～70份，酸性催化剂0～2份混合并在室温～50℃下快速搅拌至体系成均一状态；

②丙烯酸水性色浆的制备：按照配方将除羟丙乳液之外的各组分进行混合后，在高速研磨分散机下把颜填料分散至规定细度，出料后加入羟丙乳液混合搅拌均匀，过滤包装即得；

③把丙烯酸水性色浆与市售异氰酸酯水性固化剂按照适当比例混合，然后加入新制备的水溶性有机硅树脂，搅拌均匀后即可使用，可室温固化，也可以中低温烘烤固化。