CN110684450A - 一种具有剥离性的水性防护涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有剥离性的水性防护涂料及其制备方法，属于涂料领域。本发明提供的具有剥离性能的水性防护涂料包括下述按重量份计的组分：40‑80份聚氨酯乳液、0.5‑2份防霉剂、5‑15份成膜助剂、0.1‑2份流变控制剂以及0.15‑3份表面控制助剂。本发明提供的具有剥离性能的水性防护涂料组具有较为快速的干燥时间，温和的干燥条件，适应多种不同的基材；该涂料固化后的漆膜具有良好的拉伸强度与延展率，方便从原有涂料层或基材层进行整体剥离；该涂料固化后具有良好的柔韧性，具有良好的抗擦伤、划伤性能；同时，该涂料固化后具有一定的阻燃性能，在防护性与安全性上有着良好的保障。

Description

一种具有剥离性的水性防护涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防护涂料，具体涉及一种具有剥离性的水性防护涂料及其制备方法，属于涂料领域。
背景技术
在目前的工程机械装配、船舶制造或是远洋运输等类似的行业中，通常会因为其装配周期较长、运输周期较长等原因而产生计划之外的机械性或化学性损耗。例如在大型机械零部件运输过程中因意外碰擦等状况，原本涂装完成的零件上的涂料产生磨损，致使基材失去保护从而影响零部件的耐用性能，导致最终的产品可能在某些耐久性能方面出现降低的现象。因此，防护性的涂料被运用于此类中间环节中作为工件的耐蚀性能与机械性能的防护，而可剥离类的防护性涂料因为其施工方便，当不需要保护时的去除手段便捷的特点而逐渐获得认可。
发明专利CN110105816A公开了一种可剥离临时保护涂料的制备方法及其应用，主要应用于家装时家具、墙壁的临时保护。所述涂料采用无机盐为主要成膜物质，应用范围较窄，当面临复杂的外界环境的时候不具备优良的耐候性，无法提供良好的保护效果。
发明专利CN109517463A公开了一种防污可剥离涂料组合物及其制备方法，所述方法制备的涂料具有良好的剥离性能与优秀的抗菌性能，主要应用于水产中的养殖箱的保护，应用范围较为局限，并且该涂料为溶剂型涂料，VOC排放量较大，对环境的污染较水性涂料而言更为严重。
发明专利CN201510632171公开了一种快捷桌布涂层及其制备方法，所述的制备方法可为桌面提供一层可剥离的桌布涂层。发明所述的涂料添加了大量的剥离剂与填料，影响了涂层固化后的物理组成与透明程度，不适用于长期复杂环境或是对透过率有要求的基材上进行涂布。
现有技术中，在工程机械装配、运输过程中的零部件的保护涂料种类较少，功能较为单一，VOC的排放量较高。因此开发一种适用范围较广，涂覆与去除方便的环保水性可剥离保护涂料非常具有应用价值。
发明内容
由于现有技术中存在上述缺点，本发明提供了一种具有剥离性的水性防护涂料产品及其制备方法。
具体地，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种具有剥离性的水性防护涂料，包括下述按重量份计的组分：
40-80份聚氨酯乳液、0.5-2份防霉剂、5-15份成膜助剂、0.1-2份流变控制剂以及0.1-3份表面控制助剂。
优选地，上述具有剥离性的水性防护涂料还包括2-20份水以及0.15-3份水性涂料助剂。
优选地，所述水性涂料助剂为流平控制剂和/或基材润湿剂
优选地，所述表面控制剂选自润湿助剂、抗闪锈助剂、紫外吸收剂或光稳定剂中的任意一种或任意多种。
优选地，所述聚氨酯乳液为脂肪族阴离子酸改良型聚氨酯分散体。
更优选地，所述脂肪族阴离子酸改良型聚氨酯分散体为水性聚氨酯(WPU)类有机物，由于其分子结构中含有一定量的羧基或磺酸等阴离子型亲水基团，聚合物分子较小，乳液的粘度较低，不挥发分含量一般介于30％-40％之间，在水中有着良好的稳定性与分散性，特别适合作为水性体系的涂料的成膜物质。
更优选地，所述聚氨酯乳液为基于异佛尔酮二异氰酸酯型的脂肪族阴离子酸聚氨酯分散体。就本发明而言，聚氨酯乳液可选自德国拜耳公司的对应的脂肪族阴离子型聚氨酯体系的产品或是其他公司的对应系列产品。例如：德国拜耳公司Bayhydrol UH2648/1，德国拜耳公司Bayhydrol UH2342，德国拜耳公司Bayhydrol UH2557，帝斯曼DSM的NeoRez R-600，佛山市顺德三升贸易有限公司的PU-3461。
优选地，当具有剥离性的水性防护涂料应用于仅进行耐候性防护而不进行机械性防护的情况，聚氨酯乳液用量为40-50份；当具有剥离性的水性防护涂料应用于需要机械性防护的情况聚氨酯乳液用量为70-80份。
优选地，所述水性防霉剂主要成分为噻唑啉酮类有机化合物。
更优选地，所述水性防霉剂选自中联邦、陶氏DOW等公司生产的相关牌号的商业化产品。例如：中联邦公司的杀菌防腐剂F-132、中联邦公司的光谱杀菌防腐剂F-58、中联邦公司的液体防霉防藻剂F-160、陶氏DOW公司的罗门哈斯KATHON LXE杀菌剂等产品。
优选地，所述成膜助剂为醇酯类成膜助剂或醇醚类成膜助剂，且添加量小于等于树脂重量份的10％。
更优选地，所述成膜助剂选自陶氏DOW公司或伊士曼Eastman公司相关牌号的商业化产品，例如：陶氏DOW公司的丙二醇甲醚PM，陶氏DOW公司的二丙二醇甲醚DPM，陶氏公司DOW的丙二醇甲醚醋酸酯PMA，伊士曼Eastman公司的Texanol醇酯，陶氏DOW公司的乙二醇单丁醚BCS等。
优选地，所述流变控制剂为改性脲溶液和/或疏水基改性的氧基聚氨酯水溶性聚合物。
更优选地，所述流变控制剂可选自美国Elementis公司和德国BYK公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：Elementis公司的RHEOLATE FX1010和RHEOLATE 299，BYK公司的BYK420和BYK425。
优选地，所述流平控制剂以及基材润湿剂可选自德国BYK公司和Evonik公司生产的所有相关牌号的商业化产品，例如：BYK381、BYK380N、BYK 333、BYK 3560、BYK3565、TegoFlow 300、Tego Wet 270、Tego Wet 280和Tego Flow 460。
优选地，所述润湿剂选自德国BYK公司和美国空气化学公司生产的相关牌号的商业化产品，例如：德国BYK公司的BYK347，BYK346，美国空气化学公司的超润湿剂Dynol 607，Dynol 960，Surfynol 104E，Surfynol 104BC。
优选地，所述抗闪锈助剂可选自美国Halox公司或其他公司的相关牌号的商业化产品，例如：美国Halox公司Flash-X 150，美国瑞宝Raybo公司Raybo 60，海明斯德谦的FA179等产品。
优选地，所述的紫外线吸收剂可选自BASF公司的相关牌号的商业化产品，例如：BASF TINUVIN 328紫外线吸收剂，BASF TINUVIN 1130紫外线吸收剂。
优选地，所述光稳定剂可选自BASF公司的相关牌号的商业化产品，例如：BASFTINUVIN 5060光稳定剂，BASF TINUVIN 292光稳定剂，BASF CHIMASSORB 944受阻胺光稳定剂等。
本发明还提供了上述具有剥离性的水性防护涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将40-80份聚氨酯乳液与5-15份成膜助剂，搅拌混合均匀，得分散液A；
步骤2，在保持搅拌速率不变的情况下，向所述分散液A中依次加入0.15-3份水性涂料助剂、1-10份水、0.5-2份防霉剂、0.1-3份表面控制助剂以及1-10份水，搅拌混合均匀，得分散液B；
步骤3，提高搅拌速率，向所述分散液B加入0.1-2份流变控制剂，分散混合均匀，即得所述具有剥离性的水性防护涂料。
优选地，步骤2中所述搅拌速率为400rpm-1000rpm，分散时间为10分钟-60分钟，所述步骤3中所述搅拌速率为700rpm-1200rpm，分散时间为10分钟-60分钟。
优选地，步骤2中依次加入水、防霉剂、表面控制剂以及流变控制剂的时间间隔为10分钟-20分钟。
优选地，当水性涂料助剂大于等于2种时，不同助剂之间添加的时间间隔为2分钟-5分钟。
本发明还提供了上述具有剥离性的水性防护涂料的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，对基材预处理；
步骤2，将具有剥离性的水性防护涂料涂覆至预处理好的基材上，自然干燥固化或低温烘烤固化，即得到涂覆有具有剥离性的水性防护涂料的基材。
优选地，对基材的预处理方式包括除尘和除酯。
优选地，当基材为金属基材时，不进行打磨处理，仅进行除油去脂操作。
优选地，固化后具有剥离性的水性防护涂料形成的涂层的膜厚为20μm～2000μm，更优选为40μm～80μm。
优选地，当步骤2中选用自然干燥时，固化时间为60分钟-600分钟，当步骤2中选用低温烘烤固化时，温度为35℃-60℃，优选为40℃-50℃，加热固化时间为5分钟-60分钟，优选为20分钟-30分钟。
本发明的有益之处在于：本发明提供了一种具有剥离性的水性防护涂料产品，具体是通过特殊聚氨酯与特定的成膜助剂、涂料助剂为原料，制备具有致密、高韧性的膜的水性防护性涂料。本涂料具有干燥速度快、无需烘烤、成膜后韧性强、易撕去的优势，具有耐老化、耐霉菌的特点，综合性能优异，能适用于多种条件下的防护要求。
本发明的一个特点是利用特殊聚氨酯的层间交联密度低的性质但自身交联密度高的性质，达到了层间的附着力小于漆膜本身的韧性的效果，从而在外在体现为漆膜可以完整剥离的性质。这种剥离性对原有材料上的涂层无任何负面影响，在剥离时不会破坏原有的涂层。
本发明的一个特点是不添加剥离剂以及填料，只使用树脂本身的性能提供剥离性，从而使得涂层中残留的不属于涂膜成膜化学层面的组分大大降低，提供物理组成更加均一单调的固化涂层，从而提高涂膜的透过率，如：透光率、透波率等。这项性能使得本涂料在一些需要一定透过率的特殊基材上有着使用能力。
本发明的一个特点是该涂料成膜后为透明漆膜。在保证涂料的保护性能优秀的情况下，其透明的特点可以不影响工件本身的外观特点，提高辨识度，方便进行识别、转运等操作。
本发明的一个特点是，本涂料可以在除了未彻底干燥完全的醇酸树脂涂层之外的任何基材上进行涂布，并且具有良好的剥离性能，适用范围极大。针对不同基材，仅需要根据基材表面的状态，如表面能、平整程度和干燥状态等，对涂料进行助剂与成膜助剂上的调整即可进行涂布施工，可控性较强。
当本发明提供的具有剥离性的水性保护涂料按照施工工艺涂覆在需要保护的基材上，自然干燥或低温热风烘烤干燥后形成清漆涂层，该涂层具有一定的耐候性与较强的机械性能，有效的保护了基材涂料的状态。
具体地，本发明使用的聚氨酯乳液为水性聚氨酯(WPU)类有机物，由于其分子结构中含有一定量的羧基或磺酸等阴离子型亲水基团，聚合物分子较小，乳液的粘度较低，不挥发分含量一般介于30％-40％之间，在水中有着良好的稳定性与分散性，特别适合作为水性体系的涂料的成膜物质。
进一步地，本发明使用的聚氨酯乳液为基于异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)型的脂肪族阴离子酸聚氨酯分散体，较甲苯二异氰酸酯(TDI)等一些芳香族异氰酸酯有着更强的耐老化的性能。甲苯二异氰酸酯(TDI)等芳香族异氰酸酯中因为含有苯环等共轭结构，紫外光可将其氧化成为醌类结构，大大影响其性能，产生黄变等不良影响，不适用于户外条件下的长期保护。
本发明采用了水性防霉剂作为防霉剂。当工件在高温高湿环境中长期保存，例如远洋货物运输时，工件表面容易滋生霉菌，而工件的涂料本身不具备防霉作用，一旦产生霉菌就会破坏涂料表层，导致工件被腐蚀而生锈，影响其使用性能。水性防霉剂具有广谱而均衡的防霉防藻活性，可以有效地抑制霉菌的生长，保证了在特殊环境下防护涂料的综合全面性的防护。
进一步的，因防霉剂为消耗性防霉剂，故涂料配方中根据需要保护的周期长短而改变具体的添加量，达到针对性的防霉效果。
本发明使用的成膜助剂为醇酯类或醇醚类成膜助剂，且添加量小于等于10％，既保证了涂膜的完整与连续，也降低了VOC的排放量，兼顾环保与性能。
本发明特殊情况下需要添加抗闪锈助剂，一般是在防护涂料直接与工件的金属基材相接触时需要添加。因本涂料为水性体系，当涂料直接与工件金属基材接触(通常为打磨基材，粗糙度高)时，涂料中的水直接与基材接触，此时会形成金属-水相-气相的界面形式。空气中的氧气与涂料中的水会与基材金属形成类似原电池的电化学作用，极快的加速了金属基材的锈蚀过程。抗闪锈剂利用其还原物质，极大的延缓了锈蚀速度，当干燥后水分挥发，电化学作用消失，就不会再产生闪锈的情况。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，来对本发明进行进一步详细阐述。下述实施例仅用来解释本发明，并不能视为对本发明的进一步限制。
对比例1及实施例1～4制备获得所述具有剥离性的水性保护涂料的组分及配方如下表1所示。
表1组分及配方表(以重量份数计)
对比例1以及实施例1-4的具有剥离性的水性保护涂料的制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯乳液与成膜助剂在700rpm的搅拌速度下搅拌混合均匀，得分散液A；
步骤2，在保持搅拌速率不变的情况下，向分散液A中依次加入两种水性涂料助剂、预定量50wt％的去离子水、防霉剂(若没有则不加)、表面控制助剂(若没有则不加)以及预定量50wt％的去离子水，每加完一个组分即搅拌混合均匀得时间为30分钟，得分散液B；
步骤3，提高搅拌速率至1000rpm，向分散液B加入流变控制剂，保持1000rpm的转速分散混合均匀30分钟，即得所述具有剥离性的水性防护涂料。
步骤2中两种水性涂料助剂添加的时间间隔为5分钟。
步骤2中依次加入水、防霉剂、表面控制剂以及流变控制剂的时间间隔为15分钟。
在实施例4中，不同表面控制助剂之间添加的时间间隔为4分钟。
测试例1
将实施例1-4以及对比例1制得的涂料涂覆于三种不同的基材上，三种基材分别为：基材1为打磨钢板；基材2为聚氨酯面漆涂层基材；基材3为氟树脂涂层基材。
涂覆方法为：
步骤1，对基材预处理：除尘除酯；
步骤2，将实施例1-4及对比例1制得的涂料分别涂覆至预处理好的基材上。
测试结果如下所示：
对比例1：在基材1上涂覆后约4分钟后出现闪锈情况；在基材2上表面状态良好；在基材3上无法润湿表面，缩边、团聚现象严重；
实施例1：在基材1上涂覆后约4分钟后出现闪锈情况；在基材2上表面状态良好；在基材3上无法润湿表面，缩边、团聚现象严重；
实施例2：在基材1上涂覆后约4分钟后出现闪锈情况；在基材2上表面状态良好；在基材3上完全润湿表面，表面状态良好；
实施例3：在基材1上表面状态良好，无闪锈情况出现；在基材2上表面状态良好；在基材3上无法润湿表面，缩边、团聚现象严重；
实施例4：在基材1上表面状态良好，无闪锈情况出现；在基材2上表面状态良好；在基材3上完全润湿表面，表面状态良好。
上述结果表2进行简要表明：
表2润湿性以抗闪锈性测试结果
配方 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
良好的润湿性 × × √ × √
抗闪锈性能 × × × √ √
测试例2
选择涂覆有实施例1-4以及对比例1配方配制的涂料的以基材2聚氨酯面漆涂层为唯一测试基材，45℃低温烘烤固化后分别进行光泽度、附着力、耐冲击、耐候性、阻燃性能以及耐霉菌测试。
本次实验中，干燥条件与干燥后的漆膜数据如下表所示：
对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
干燥温度 45℃ 45℃ 45℃ 45℃ 45℃
干燥时间 60min 60min 60min 60min 60min
静置时间 48h 48h 48h 48h 48h
干膜厚度 62μm 54μm 58μm 50μm 55μm
上述测试中除了耐霉菌测试是直接在涂覆的具有剥离性的水性保护涂料上直接测试，其余的测试方法具体是将涂覆的可剥离涂层撕离后对基材2的聚氨酯面漆涂层进行以下的性能测试。
涂膜性能检测指标及说明如下：
1、检测指标A---光泽度
撕去保护涂料后的基材涂膜硬度参照ASTM D523-89镜面光泽试验方法，用专光泽仪进行数据的测试。
2、检测指标B---附着力(划格法)
撕去保护涂料后的基材涂膜经50℃保养144h后，按照ASTM D3359-08划格法附着力测试的标准进行测试。
3、检测指标C---耐冲击
撕去保护涂料后的基材涂膜按照GBT 1732-1993漆膜耐冲击测定法的标准进行测试，考察其耐冲击的性能，并且在一定程度上反映了附着力的好坏。
4、检测指标D---耐候性(QUV-A法)
撕去保护涂料后的基材涂膜耐候性参照GB/T 1865-2009标准进行测试，考察经过3000h QUV老化试验后的失光率和ΔE值。
5、检测指标E---耐霉菌性能
固化后的保护涂料的耐霉菌性能参照GB/T 1741-2007标准进行测试。
6、检测指标F---阻燃性能
将固化后的涂膜完整的剥离，用明火点燃，观察是否会因点燃而持续燃烧。
测试结果如表3所示。
表3涂膜测试结果
Figure BDA0002214626960000111

Claims (10)

1.一种具有剥离性的水性防护涂料，其特征在于，包括下述按重量份计的组分：
40-80份聚氨酯乳液、0.5-2份防霉剂、5-15份成膜助剂、0.1-2份流变控制剂以及0.1-3份表面控制助剂。
2.根据权利要求1所述的具有剥离性的水性防护涂料，其特征在于，还包括2-20份水以及0.15-3份水性涂料助剂。
3.根据权利要求2所述的具有剥离性的水性防护涂料，其特征在于，所述水性涂料助剂为流平控制剂和/或基材润湿剂。
4.根据权利要求2所述的具有剥离性的水性防护涂料，其特征在于，所述表面控制剂选自超润湿助剂、抗闪锈助剂、紫外吸收剂或光稳定剂中的任意一种或任意多种。
5.根据权利要求2所述的具有剥离性的水性防护涂料，其特征在于，所述聚氨酯乳液为脂肪族阴离子酸改良型聚氨酯分散体。
6.根据权利要求5所述的具有剥离性的水性防护涂料，其特征在于，所述聚氨酯乳液为基于异佛尔酮二异氰酸酯型的脂肪族阴离子酸聚氨酯分散体。
7.根据权利要求2所述的具有剥离性的水性防护涂料，其特征在于，所述流变控制剂为改性脲溶液和/或疏水基改性的乙氧基聚氨酯水溶性聚合物。
8.权利要求2-7任意一项所述的具有剥离性的水性防护涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将40-80份聚氨酯乳液与5-15份成膜助剂，搅拌混合均匀，得分散液A；
步骤2，在保持搅拌速率不变的情况下，向所述分散液A中依次加入0.15-3份水性涂料助剂、1-10份水、0.5-2份防霉剂、0.1-3份表面控制助剂以及1-10份水，搅拌混合均匀，得分散液B；
步骤3，提高搅拌速率，向所述分散液B加入0.1-2份流变控制剂，分散混合均匀，即得所述具有剥离性的水性防护涂料。
9.根据权利要求8所述的具有剥离性的水性防护涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述搅拌速率为400 rpm -1000rpm，分散时间为10分钟-60分钟，所述步骤3中所述搅拌速率为700rpm-1200rpm，分散时间为10分钟-60分钟。
10.根据权利要求8所述的具有剥离性的水性防护涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中依次加入去离子水、防霉剂、表面控制剂以及流变控制剂的时间间隔为10分钟-20分钟。
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