CN1583917A - 一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料及其制备方法，它是由下述重量份数的原料：有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液(100)、消泡剂(0.05～1)、润湿剂(0.05～1)、水(0～30)、亲水改性多异氰酸酯(5～50)经混合、搅拌均匀制成；所述有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液是由下述重量份数的原料：丙烯酸酯单体混合物(20～50)、有机硅单体(0.5～5)、乳化剂(0.2～2)、引发剂(0.2～0.5)、水(49～79)、缓冲剂(0.1～0.3)、适量中和剂经加温聚合、降温中和，调整pH在7～8.5，过筛出料而得；本发明的优点是：该涂料具有混合容易、常温自干、无毒、无味、不污染环境的特点，硬度高、耐水性好。

Description

一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料及制备方法。

背景技术

聚氨酯漆具有许多优异的性能，如附着力强，耐磨性好，弹性可调，可制成极硬到极柔软的涂层，具有优良的耐酸、耐碱、耐高低温等性能，因此在国防、建筑、化工、车辆、木器、飞机等方面得到了广泛的应用。传统的聚氨酯漆含有对人体和环境有害的挥发性有机化合物，如甲苯、二甲苯等。随着人们环境意识的增强和环保法规的建立，其应用越来越受到限制。

水性聚氨酯涂料，用水代替了有毒有害的有机溶剂，具有无毒、阻燃、不污染环境、节省能源等优点，正在逐步取代传统的溶剂性涂料，代表了涂料发展的方向。单组分水性聚氨酯涂料施工方便，但是在许多性能如耐水性、耐溶剂性、耐化学品性、耐磨性、硬度等方面尚不能达到溶剂性聚氨酯涂料的性能；而双组分水性聚氨酯涂料通过使用多异氰酸酯作为交联剂交联固化，大大提高了涂层的交联密度，其性能可与溶剂性聚氨酯涂料相媲美。

水性双组分聚氨酯涂料，国内外进行了大量的研究工作。作为水性双组分聚氨酯涂料的含羟基组分，专利CA2107957、CN1278539、EP792898、EP1065228、US5387642、US5830938、WO97-35898等申请了含羟基聚氨酯分散体，专利CN1162964、CN1230971、EP959115、WO99-58589、US6225398、WO99-51658、WO01-04172等申请了含羟基丙烯酸分散体，专利EP562282、EP742239等申请了含羟基丙烯酸聚氨酯分散体，这些分散体均存在漆膜硬度低、耐水性能差、与亲水改性多异氰酸酯混溶性差等缺点，难以达到溶剂型涂料的性能。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术之缺点，而提供一种有机硅改性含羟基丙烯酸乳液、且其与亲水改性多异氰酸酯配合使其性能达到溶剂型聚氨酯涂料指标的改性水性双组分聚氨酯涂料。

本发明的另一目的在于而提供一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：所述有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液是由下述重量份数的原料组成的：

丙烯酸酯单体混合物     20～50       乳化剂     0.2～2

引发剂                 0.2～0.5     水         49～79

缓冲剂                 0.1～0.3     中和剂     适量

有机硅单体             0.5～5

所述丙烯酸酯单体混合物，其固体酸值范围在5～50mgKOH/g，固体羟值范围在50～250mgKOH/g；所述适量的中和剂，其适量是使配制乳液的pH值为7～8.5。所述丙烯酸酯单体混合物可用含羟基丙烯酸酯单体和不含羟基的丙烯酸酯单体共聚制得。所述含羟基丙烯酸酯单体为(甲基)丙烯酸羟乙酯或(甲基)丙烯酸羟丙酯；所述不含羟基的丙烯酸酯单体包括苯乙烯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯或其它(甲基)丙烯酸高级酯。所述不含羟基的丙烯酸酯单体还可是(甲基)丙烯酸。所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合。所述阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合重量比为2∶8～8∶2。所述引发剂为水溶性的，如过硫酸钾或过硫酸铵等。所述用水为蒸馏水或去离子水。所述缓冲剂为碳酸氢钠。所述中和剂为甲基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、三乙胺或氨水等。所述有机硅单体为含双键的有机硅氧烷，如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷等。

所述有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液制备步骤如下：先将水、乳化剂、缓冲剂碳酸氢钠等混合后加入反应釜中，升温到65～85℃，分别滴加配制成水溶液的引发剂、丙烯酸酯单体和有机硅单体的混合物，在1～3小时内滴完后，保持0.5～1.5小时，使丙烯酸酯单体完全聚合，降温至40～60℃，加入中和剂，调整pH在7～8.5，过至少80目筛网后出料。

本发明有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料是由下述重量份数的原料组成的：

含羟基组分：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液    100      消泡剂0.05～1

润湿剂                          0.05～1，水0～30

固化剂组分：亲水改性多异氰酸酯  5～50

有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料制备步骤如下：将含羟基组分中各种原料混合均匀，加入固化剂组分，用手工或机械搅拌均匀，即为本发明方法产品。

使用时，可以采用常规的涂覆方法，如刷涂、喷涂、辊涂、淋涂、浸涂等将该涂料涂覆在需要的底材上，如木材、金属、塑料或纸张等。该涂料可作为底漆、中涂和面漆等。

本发明的优点是：该涂料具有混合容易、常温自干、无毒、无味、不污染环境的特点，硬度高、耐水性好。

具体实施方式

实施例1：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液是由下述重量份数的原料组成的：

丙烯酸酯单体混合物    50              乳化剂    2

引发剂                0.5             水        79

碳酸氢钠              0.3             中和剂    适量

有机硅单体            3

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液制备步骤如下：

在容器中加入蒸馏水、复合乳化剂MS-1/OP-10(1∶1)和缓冲剂碳酸氢钠，升温至85℃，滴加引发剂过硫酸铵的水溶液(10％)和丙烯酸酯单体混合物(单体重量比例：甲基丙烯酸羟丙酯23，甲基丙烯酸3，丙烯酸丁酯40，甲基丙烯酸甲酯34)与有机硅单体乙烯基三甲氧基硅烷混合物。在1小时内滴完后，保持1.5小时，降温至40℃，加入中和剂氨水，调整pH值在8.5，过80目筛网后出料。

有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料是由下述重量份数的原料组成的：

含羟基组分：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液  100      消泡剂   0.05

润湿剂                        0.1，    水       30

固化剂组分：亲水改性多异氰酸酯50

有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料制备步骤如下：在上述有机硅改性含羟基丙烯酸乳液中，加入消泡剂Byk028、润湿剂Byk346，搅匀后加入亲水性多异氰酸酯WT2102，搅拌均匀，加入水，搅匀，即为本发明产品。

实施例2：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液是由下述重量份数的原料组成的：

丙烯酸酯单体混合物    20           乳化剂       0.2

引发剂                0.2          水           49

碳酸氢钠              0.1          中和剂       适量

有机硅单体            0.5

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液制备步骤如下：

在容器中加入去离子水、复合乳化剂十二烷基硫酸钠/OP-10(6∶4)和缓冲剂碳酸氢钠，升温至65℃，同时滴加引发剂过硫酸铵的水溶液(10％)和丙烯酸酯单体混合物(单体重量比例：甲基丙烯酸羟乙酯20，甲基丙烯酸3，丙烯酸丁酯40，甲基丙烯酸甲酯37)与有机硅单体乙烯基三乙氧基硅烷的混合物。在2小时内滴完后，保持1小时，降温至50℃，加入中和剂甲基二乙醇胺，调整pH值在7，过100目筛网后出料。

有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料是由下述重量份数的原料组成的：

含羟基组分：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液  100         消泡剂   0.2

润湿剂                        1           水       10

固化剂组分：亲水改性多异氰酸酯25

有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料制备步骤如下：在上述有机硅改性含羟基丙烯酸乳液中，加入消泡剂Byk028、润湿剂Byk346，搅匀后加入亲水性多异氰酸酯WT2102，搅拌均匀，加入水，搅匀，即为本发明产品。

实施例3：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液是由下述重量份数的原料组成的：

丙烯酸酯单体混合物    30            乳化剂      1

引发剂                0.3           水          60

碳酸氢钠              0.2           中和剂      适量

有机硅单体            5

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液制备步骤如下：

在容器中加入蒸馏水、复合乳化剂十二烷基硫酸钠/OP-10(6∶4)和缓冲剂碳酸氢钠，升温至75℃，同时滴加引发剂过硫酸钾的水溶液(10％)和丙烯酸酯单体混合物(单体重量比例：甲基丙烯酸羟乙酯20，甲基丙烯酸3，甲基丙烯酸丙酯40，甲基丙烯酸甲酯37)与有机硅单体γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的混合物。在3小时内滴完后，保持0.5小时，降温至60℃，加入中和剂三乙胺，调整pH值在8，过100目筛网后出料。

有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料是由下述重量份数的原料组成的：

含羟基组分：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液  100       消泡剂     1

润湿剂                        0.05      水         0

固化剂组分：亲水改性多异氰酸酯5

有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料制备步骤如下：在上述有机硅改性含羟基丙烯酸乳液中，加入消泡剂Byk028、润湿剂Byk346，搅匀后加入亲水性多异氰酸酯WT2102，搅拌均匀，加入水，搅匀，即为本发明产品。

按中国国家标准检测性能，漆膜性能检测结果如下：

表干：1小时

实干：5小时

光泽(60°)：90

铅笔硬度：2H

柔韧性：2mm通过

附着力(划格法)：0

冲击强度：50Kg.cm

耐水：72小时通过

耐化学品性(点蚀)：

10％H₂SO₄通过

10％HCl通过

10％CH₃COOH通过

乙醇：通过

二甲苯：通过

甲乙酮：通过

Claims (10)

1、一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：它是由下述重量份数的原料组成的：

含羟基组分：

有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液    100        消泡剂0.05～1

润湿剂                          0.05～1    水    0～30

固化剂组分：亲水改性多异氰酸酯  5～50

所述有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液是由下述重量份数的原料组成的：

丙烯酸酯单体混合物              20～50     乳化剂0.2～2

引发剂                          0.2～0.5   水    49～79

缓冲剂                          0.1～0.3   中和剂适量

有机硅单体                      0.5～5

2、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述含羟基丙烯酸酯单体为(甲基)丙烯酸羟乙酯或(甲基)丙烯酸羟丙酯。

3、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述不含羟基的丙烯酸酯单体为苯乙烯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯或其它(甲基)丙烯酸高级酯。

4、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述不含羟基的丙烯酸酯单体是(甲基)丙烯酸。

5、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合，所述阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合重量比为2∶8～8∶2。

6、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述引发剂为水溶性的过硫酸钾或过硫酸铵。

7、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述有机硅单体为含双键的有机硅氧烷，如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。

8、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述丙烯酸酯单体混合物的固体酸值范围在5～50mgKOH/g，固体羟值范围在50～250mgKOH/g；。

9、根据权利要求1所述的一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料，其特征在于：所述中和剂为甲基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、三乙胺或氨水。

10、一种有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：

选用下述重量份数的有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液原料：

丙烯酸酯单体混合物    20～50      乳化剂    0.2～2

引发剂                0.2～0.5    水        49～79

碳酸氢钠              0.1～0.3    中和剂    适量

有机硅单体            0.5～5

制备有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液，步骤如下：先将水、乳化剂、碳酸氢钠等混合后加入反应釜中，升温到65～85℃，分别滴加配制成水溶液的引发剂、丙烯酸酯单体混合物和有机硅单体，在1～3小时内滴完后，保持0.5～1.5小时，使丙烯酸酯单体完全聚合，降温至40～60℃，加入中和剂，调整pH在7～8.5，过至少80目筛网后出料；

选用下述重量份数的有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料原料：

含羟基组分：

    有机硅改性含羟基丙烯酸酯乳液100        消泡剂0.05～1

    润湿剂                      0.05～1，  水    0～30

固化剂组分：亲水改性多异氰酸酯  5～50

制备有机硅改性水性双组分聚氨酯涂料步骤如下：将含羟基组分中各种原料混合均匀，加入固化剂组分，用手工或机械搅拌均匀。