CN114106612A - 一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆及其制备方法 - Google Patents

一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及涂料技术领域，具体公开了一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆及其制备方法。其技术要点是：一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，包括单独保存、使用时进行混合的A组分、B组分和C组分；所述A组分为异氰酸酯固化剂；所述B组分包括如下重量份数的原料：聚氨酯色浆60‑75份、酯类稀释剂9‑12份、分散剂BYK110 1‑2份、流平剂BYK354 1‑2份、润湿剂BYK306 1‑2份、催化剂0.2‑0.5份、阻燃剂2‑6份、防沉剂0.5‑1份、导电剂1.5‑2份；所述导电剂为导电炭黑、单壁碳纳米管和导电碳纤维按照重量比1:2:1组成的混合物；所述C组分为白刚玉。本申请制备的聚氨酯面漆具有优良的防静电性能、阻燃性能和超耐磨性能。

Description

一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆及其制备方法
技术领域
本申请涉及涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆及其制备方法。
背景技术
聚氨酯面漆是以合成树脂为基料，颜料、固化剂组成的双组分聚氨酯防腐面漆。聚氨酯面漆具有良好的耐化学品性和耐水性，形成的漆膜坚韧、光泽好，广泛应用于地坪和汽车表面等。
作为地坪涂料使用，由于地坪经常受到摩擦容易积聚大量静电荷，从而妨碍生产过程和影响产品质量，严重时则引起火灾、***等事故，防静电地坪涂料能赋予地坪导电性以消除静电的危害，因为近年来被广泛应用于电子、微电子、通讯、精密仪器、航空航天等高新技术行业领域。
防静电地坪涂料属于功能涂料，是在涂料中添加导电填料，通过导电填料之间彼此接触产生“导电通道”，形成连续导电网络，或者彼此靠近，由于“隧道效应”，电子越过势垒，形成电子流通网络。导电填料通过采用导电碳纤维、金属填料、石墨粉、导电云母等，要使地坪涂料具有较好的导电性能，就需要较高的导电填料填充量，但填充量过大会导致分散困难，自流平厚涂沉降，且导电填料分布不均也会导致导电性能下降。
发明内容
为了提高地坪面漆的防静电和机械强度，本申请提供一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，采用如下的技术方案：一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，包括单独保存、使用时进行混合的A组分、B组分和C组分；
所述A组分为异氰酸酯固化剂；
所述B组分包括如下重量份数的原料：聚氨酯色浆60-75份、酯类稀释剂9-12份、分散剂BYK110 1-2份、流平剂BYK354 1-2份、润湿剂BYK306 1-2份、催化剂0.2-0.5份、阻燃剂2-6份、防沉剂0.5-1份、导电剂1.5-2份；
所述导电剂为导电炭黑、单壁碳纳米管和导电碳纤维按照重量比1:2:1组成的混合物；
所述C组分为白刚玉。
通过采用上述技术方案，碳纳米管由于量子效应、尺寸效应、表面效应和量子隧道效应等本征特性，相较于其他的单一导电材料或复合导电材料，具有更优异的导电性能。而实际生产过程中，由于碳纳米管具有较高的比表面积，容易发生团聚现象，不仅导致最终漆膜的强度降低，且用量过多反而易造成导电性能下降。导电炭黑与导电碳纤维的导电性能稍差于碳纳米管，使用时需要较高填充量，相应成本也会大幅提高。本申请采用三种导电材料进行复配，并严格控制三种导电填料的用量比，得到的配方体系仅用常规制备方法即可制成，且不需要采用有机溶剂进行分散，更加环保，最终得到的地坪涂料具有优异的防静电性能、机械性能和施工性能等。
本申请分散剂具体采用分散剂BYK110，它是一种含酸性基团的共聚物溶液，该助剂通过空间位阻使颜料解絮凝，从而能提高漆膜光泽，增强颜色强度；同时该助剂可降低粘度，因而改善了流动性并可提高颜料添加量。
本申请流平剂具体采用流平剂BYK354，润湿剂具体采用润湿剂BYK306，BYK354是一种丙烯酸酯流平剂，它能造成长波流平并防止缩孔，可以轻微降低表面张力，对重涂和层间附着力无不利影响，并兼具消泡和脱泡功能，而BYK306是一种优异地材料润湿剂，能强烈降低表面张力，防止缩孔，和BYK354能起到很好的互补效果。
本申请C组分采用白刚玉，其具有高硬度、耐酸碱腐蚀的特点，且耐高温热稳定性好，采用白刚玉作为填料的聚氨酯面漆具有很好的耐磨性能。
进一步优选为，所述异氰酸酯固化剂为HDI三聚体和MDI多聚体中的一种或两种组成的混合物。
通过采用上述技术方案，异氰酸酯固化剂为成膜的主要成分，优选的，本申请采用HDI三聚体作为异氰酸酯固化剂，具体型号为科思创3300，为六亚甲基二异氰酸酯三聚体，是一种脂肪族固化剂，由于其长链型分子结构且分子结构上不具有不饱和键结构，因而具有良好柔韧性和耐候性。
进一步优选为，所述聚氨酯色浆由环氧树脂、热塑性丙烯酸树脂、颜料和助剂分散搅拌研磨制成。
通过采用上述技术方案，聚氨酯色浆主要起调色和成膜作用，本申请首先将颜料和成膜单体进行分散，预制成色浆，再与其他功能助剂进行混合，能够大幅提高整体分散性能。
进一步优选为，颜料选自钛白粉、炭黑、酞青蓝和酞青绿中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，钛白粉为金红石型钛白粉，其具有高分散、高耐候、高遮盖力、稳定性及佳；碳黑为色素碳黑，其主要成分为乙炔碳；酞青蓝是一种有机颜料，其别称为铜酞青；酞青绿是酞青蓝颜料，其中大部分氢原子被氯取代。由此上述几种颜料均为环保颜料。
进一步优选为，助剂采用气相二氧化硅和分散剂BYK163按照重量比1:1组成的混合物。
进一步优选为，所述环氧树脂为双酚A缩水甘油醚环氧树脂、双酚F缩水甘油醚环氧树脂、间苯二酚环氧树脂中的一种或多种组成的混合物。
通过采用上述技术方案，气相二氧化硅具体型号采用卡博特M5，主要成分为SiO2，别称白炭黑，其合成化学式为SiCl4+2H2+O2＝SiO2+4HCl。白炭黑具有多孔性，表面积大，吸附能力强，分散性能好，具有优越的增稠性和触变性，能提高颜填料的防沉效果；分散剂BYK163，它是一种高分子量助剂带有颜料基团的高分子量嵌段封闭共聚物溶液，能明显改进颜料润湿分散，提高漆膜光泽。
进一步优选为，所述酯类稀释剂为碳酸丙烯酸、二价酸酯、丙二醇二醋酸酯中的一种或多种组成的混合物；优选的，本申请酯类稀释剂具体采用丙二醇二醋酸酯。
通过采用上述技术方案，加入酯类稀释剂，可以降低体系粘度，提高对颜料的润湿性；丙二醇二醋酸酯为高沸点、低气味低挥发性溶剂，其分子式为C7H12O4,溶解力强，是一种优良的环保型溶剂。
进一步优选为，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三亚甲基二胺、辛酸亚锡中的一种或多种组成的混合物。
通过采用上述技术方案，催化剂能有效缩短异氰酸酯固化剂时间，HDI型异氰酸酯反应活性低，固化时间长，固化后漆膜硬度低，耐磨性差，达到使用强度需要一段较长时间，而催化剂能很好解决这一情况。
进一步优选为，所述阻燃剂为三氧化二锑、十溴二苯醚、聚磷酸铵中的一种或多种组成的混合物；优选的，本申请阻燃剂具体采用十溴二苯醚。
通过采用上述技术方案，阻燃剂能有效提高材料的防火性，降低现场施工及后期使用的安全隐患；十溴二苯醚是一种高效添加阻燃剂，其由二苯醚在卤代烃催化剂存在下与溴反应而得。在材料受到热源攻击而燃烧时，它能分解释放出溴化氢，溴化氢捕获传递燃烧链或自由基，生产活性较低的卤自由基从而减缓或终止燃烧，卤化氢和燃烧时产生的卤素自由基具有非挥发性和低迁移性，容易在燃烧表面对氧气产生稀释作用从而也有利于阻止燃烧。
进一步优选为，所述防沉剂为气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡中的一种或多种组成的混合物。
通过采用上述技术方案，涂料体系中，由于各组分密度不一样，颜填料之间所带不同电荷的相互作用，同时溶剂的加入使涂料粘度降低而造成的沉降，可通过加入防沉剂得到改善。气相二氧化硅疏松多孔，表面积大，能和树脂、颜填料之间形成物理键合，使各组分达到均一效果；聚酰胺蜡，其通过溶剂的有效活化，在油漆中能形成强大的网络结构；有机膨润土，是一种无机矿物/有机铵复合物，以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的片层状结构及其能在溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术***有机覆盖剂而制成，其能在树脂中形成凝胶而具有良好的触变性；本申请通过选用上述3种防沉剂能有效防止填料和颜料的沉降。
进一步优选为，所述白刚玉的粒径为180目、220目、240目中的一种或多种的组合。
通过采用上述技术方案，白刚玉是以工业三氧化二铝为原料，于电弧中经过200度以上高温熔炼后冷却制成，经过粉碎整形，筛分成多种粒度。其高硬度，耐酸碱腐蚀，耐高温热稳定性好，本申请使用上述三种规格规格制成的漆料能够具有很好的耐磨性。
第二方面，本申请提供一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆的制备方法，采用如下的技术方案：
一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆的制备方法，包括以下步骤：
B组分制备：将聚氨酯色浆、防沉剂混合，边搅拌边加入分散剂、流平剂和催化剂，搅拌均匀后继续加入导电剂和阻燃剂，搅拌均匀，再加入酯类稀释剂，搅拌均匀后分装；
A、C组分成品直接单独分装；
A、B、C组分按照重量比5:3:2的比例混合搅拌均匀，得到可直接使用的成品。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
(1)本申请通过选择三种导电材料进行复配，并严格控制三种导电填料的用量比，得到的配方体系仅用常规制备方法即可制成，且不需要采用有机溶剂进行分散，更加环保，最终得到的地坪涂料具有优异的防静电性能、机械性能和施工性能等；
(2)本申请采用的各组分均为绿色环保材料，且不采用有机溶剂体系，生产过程和施工过程中不会产生刺激性气味，复合绿色环保的技术要求；
(3)本申请通过加入三氧化二锑、十溴二苯醚和聚磷酸铵作为阻燃剂，能够赋予聚氨酯面漆良好的阻燃性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请各实施例和对比例中所采用的导电炭黑购自天津优盟化工科技有限公司，单壁碳纳米导电管购自上海紫一试剂厂，导电碳纤维购自东莞市磐实新材料有限公司。
环氧树脂为双酚A缩水甘油醚型环氧树脂，购自苏州市森菲达化工有限公司；塑性丙烯酸树脂购自济宁三石生物科技有限公司生产的SH-热塑性丙烯酸树脂。
防沉剂采用气相二氧化硅，气相二氧化硅具体型号为卡博特M5，酯类稀释剂采用丙二醇二醋酸酯，催化剂采用二月桂酸二丁基锡，阻燃剂采用十溴二苯醚。
实施例
实施例1
一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，包括A组分、B组分和C组分，具体制备步骤如下：
B组分制备：将聚氨酯色浆、防沉剂投入搅拌釜中，以800rpm/min的速度搅拌10min后，边搅拌边加入分散剂、流平剂和催化剂，继续搅拌5min后加入导电剂和阻燃剂，提高速度至1000rpm/min并分散20min，再降低速度至600rpm/min，加入酯类稀释剂，搅拌5min后分装；
A组分采用成品包装的异氰酸酯固化剂，其具体型号为科思创3300；
C组分采用成品包装的白刚玉，白刚玉粒径为180目白刚玉、220目白刚玉和240目白刚玉按照重量比1:1:1组成；
A、B、C组分按照重量比5:3:2的比例混合搅拌均匀，得到可直接使用的成品聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆。
本实施例中的聚氨酯色浆由质量分数为40％环氧树脂、40％热塑性丙烯酸树脂、15％钛白粉和5％助剂组成，助剂由气相二氧化硅和分散剂BYK163按照重量比1:1组成。
本实施例中的导电剂采用导电炭黑、单壁碳纳米导电管和导电碳纤维并按照重量比1:2:1组成。
实施例2-5
一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，与实施例1的不同之处在于，B组分组分中各原料及其相应的重量如下表1所示。
表1实施例1-5中B组分中各原料及其重量(kg)
Figure BDA0003411206420000051
Figure BDA0003411206420000061
实施例6
一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，与实施例1的不同之处在于，C组分采用成品包装的白刚玉，白刚玉粒径为180目白刚玉、220目白刚玉和240目白刚玉按照重量比1:2:1组成。
实施例7
一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，与实施例1的不同之处在于，C组分采用成品包装的白刚玉，白刚玉粒径为220目白刚玉和240目白刚玉按照重量比1:1组成。
实施例8
一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，与实施例1的不同之处在于，C组分采用成品包装的白刚玉，白刚玉粒径为180目白刚玉和240目白刚玉按照重量比1:1组成。
实施例9
一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，与实施例1的不同之处在于，C组分采用成品包装的白刚玉，白刚玉粒径为180目白刚玉和220目白刚玉按照重量比1:1组成。
对比例
对比例1
一种聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，导电剂采用导电炭黑、单壁碳纳米导电管和导电碳纤维并按照重量比1:1:1组成。
对比例2
一种聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，导电剂采用单壁碳纳米管。
对比例3
一种聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，导电剂采用导电炭黑，且导电炭黑的用量提高至15kg。
对比例4
一种聚氨酯面漆，与实施例1的不同之处在于，导电剂采用导电碳纤维，且导电碳纤维的用量提高至15kg。
性能检测试验
分别对实施例1-9和对比例1-4制得的聚氨酯面漆进行性能检测，测试依据标准依据GB/T22374-2008进行。
技术要求如表2所示。
测试结果计入表3和表4中。
表2技术要求
Figure BDA0003411206420000071
表3性能测试结果
Figure BDA0003411206420000072
Figure BDA0003411206420000081
表4性能测试结果
Figure BDA0003411206420000082
Figure BDA0003411206420000091
将实施例1-9的测试结果进行比较，可以看出实施例3的导电性能最优，防静电性能最好；实施例1-5测得的耐磨性能均优于实施例6-9的耐磨性能，说明采用三种不同粒径的白刚玉进行复配使用，且严格控制用量比，能够明显提高面漆的耐磨性能。
分析对比例1-4的测试结果，可以看出对比例1-4的导电性能依次下降，其中对比例1采用三种导电材料按照重量比1:1:1进行复配使用，得到的面漆导电性能要差于实施例1；对比例2-4均采用单一导电材料作为导电剂，且其中对比例3、对比例4中分别加入的导电炭黑和导电碳纤维使用量需达到实施例1导电剂使用量的10倍以上，其导电性能依然较差于实施例1。说明本申请采用单壁碳纳米管、导电炭黑和导电碳纤维三种导电材料进行复配使用，能够在添加量较少的情况下，赋予聚氨酯面漆较为优良的防静电性能。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，包括单独保存、使用时进行混合的A组分、B组分和C组分；
所述A组分为异氰酸酯固化剂；
所述B组分包括如下重量份数的原料：聚氨酯色浆60-75份、酯类稀释剂9-12份、分散剂BYK110 1-2份、流平剂BYK354 1-2份、润湿剂BYK306 1-2份、催化剂0.2-0.5份、阻燃剂2-6份、防沉剂0.5-1份、导电剂1.5-2份；
所述导电剂为导电炭黑、单壁碳纳米管和导电碳纤维按照重量比1:2:1组成的混合物；
所述C组分为白刚玉。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述异氰酸酯固化剂为HDI三聚体和MDI多聚体中的一种或两种组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述聚氨酯色浆由环氧树脂、热塑性丙烯酸树脂、颜料和助剂分散搅拌研磨制成。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述环氧树脂为台双酚A缩水甘油醚环氧树脂、双酚F缩水甘油醚环氧树脂、间苯二酚环氧树脂中的一种或多种组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述酯类稀释剂为碳酸丙烯酸、二价酸酯、丙二醇二醋酸酯中的一种或多种组成的混合物。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三亚甲基二胺、辛酸亚锡中的一种或多种组成的混合物。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述阻燃剂为三氧化二锑、十溴二苯醚、聚磷酸铵中的一种或多种组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述防沉剂为气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡中的一种或多种组成的混合物。
9.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆，其特征在于，所述白刚玉的粒径为180目、220目、240目中的一种或多种的组合。
10.权利要求1-9任一所述的聚氨酯阻燃防静电超耐磨面漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
B组分制备：将聚氨酯色浆、防沉剂混合，边搅拌边加入分散剂、流平剂和催化剂，搅拌均匀后继续加入导电剂和阻燃剂，搅拌均匀，再加入酯类稀释剂，搅拌均匀后分装；
A、C组分成品直接单独分装；
A、B、C组分按照重量比5:3:2的比例混合搅拌均匀，得到可直接使用的成品。
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