一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料及其制备方法与流程

本发明涉及一种水性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术：

相关数据显示，我国每年溶剂型涂料产品挥发性有机物(VOCs)排放总量高达400万吨，相当于燃烧2.7亿吨煤的排放量。同样使用一吨溶剂型树脂改为水性后，VOCs等有害挥发物的排放量能降低至十几分之一，可为节能减排作出巨大贡献。在国内，轨道车辆方面至今还在使用溶剂型涂料。地铁、高铁、大铁路、城轨等轨道交通车辆每年用漆大约在4万吨左右，加上兑稀用的稀释剂，每年排放到大气中的挥发性有机物(VOCs)不低于2万吨。水性涂料的使用能有效降低或避免高污染涂料生产企业对环境的污染，节能环保、节约资源。

双组份水性聚氨酯涂料基本反映如下：

(1)主反应：

(2)副反应：

现有固化剂主要由聚异氰酸酯与助溶剂组成，聚异氰酸酯溶解于助溶剂中。在双组份聚氨酯涂料混合使用时，聚异氰酸酯固化剂易与主剂及环境中存在的水发生反应，产生二氧化碳气体，造成“痱子泡”等漆膜弊病。水性聚氨酯涂料涂膜厚度受到起泡制约，目前水性聚氨酯涂料最低起泡厚度约为50μm～60μm。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有聚异氰酸酯固化剂易与主剂在水环境中发生反应，产生二氧化碳气体，水性聚氨酯涂料涂膜厚度受到起泡制约导致水性聚氨酯涂料最低起泡厚度小的问题，而提供一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料及其制备方法。

一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料由主剂、固化剂和去离子水制备而成；

所述的主剂与固化剂的质量比为10:(2～4)；

所述的主剂与固化剂的总质量与去离子水的质量比为100:(15～25)；

所述的主剂按重量份数由8份～10份去离子水、0.1份～0.3份防沉剂、0.3份～0.8份消泡剂、0.8份～1.2份分散剂、0.08～0.12份多功能助剂、3份～7份丙二醇甲醚、1份～3份二丙二醇甲醚、12份～18份颜料、60份～70份水性聚氨酯、0.3份～0.8份平滑和流动助剂和0.1份～0.5份流变助剂制备而成；

所述的固化剂按重量份数由20份～30份溶剂、60份～75份聚异氰酸酯和2份～7份界面剂制备而成。

一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备主剂：

①、称料：

按重量份数称取8份～10份去离子水、0.1份～0.3份防沉剂、0.3份～0.8份消泡剂、0.8份～1.2份分散剂、0.08～0.12份多功能助剂、3份～7份丙二醇甲醚、1份～3份二丙二醇甲醚、12份～18份颜料、60份～70份水性聚氨酯、0.3份～0.8份平滑和流动助剂和0.1份～0.5份流变助剂；

②、在搅拌速度为400r/min～600r/min下将8份～10份去离子水、0.1份～0.3份防沉剂、0.3份～0.8份消泡剂、0.8份～1.2份分散剂、0.08～0.12份多功能助剂、3份～7份丙二醇甲醚和1份～3份二丙二醇甲醚搅拌反应5min～10min；将搅拌速度提高到800r/min～900r/min，再加入12份～18份颜料，再在搅拌速度为800r/min～900r/min下搅拌15min～25min，再在搅拌速度为800r/min～900r/min下依次加入60份～70份水性聚氨酯、0.3份～0.8份平滑和流动助剂和0.1份～0.5份流变助剂，再在搅拌速度为800r/min～900r/min下搅拌15min～25min，得到反应液Ⅰ；使用砂磨机将反应液Ⅰ中的固体物质研磨至粒径≤10μm，得到主剂；

二、制备固化剂：

①、称料：

按重量份数称取20份～30份溶剂、60份～75份聚异氰酸酯和2份～7份界面剂；

②、在搅拌速度为600r/min～800r/min下，将20份～30份溶剂、60份～75份聚异氰酸酯和2份～7份界面剂混合均匀，再在搅拌速度为600r/min～800r/min下搅拌5min～10min，得到固化剂；

三、混合：

在搅拌速度为600r/min～1000r/min将主剂和固化剂混合，再在搅拌速度为600r/min～1000r/min下搅拌2min～3min，再加入去离子水，搅拌均匀，得到最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料；

步骤三中所述的主剂与固化剂的质量比为10:(2～4)；

步骤三中所述的主剂与固化剂的总质量与去离子水的质量比为100:(15～25)。

本发明的原理及优点：

一、本发明在制备最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料时使用界面剂YMT-W032，界面剂YMT-W032为亲油端的双亲表面活性剂，亲油端为网络形态，固化剂中添加聚异氰酸酯和界面剂YMT-W032，再将固化剂与主剂混合时，界面剂YMT-W032网络状的亲油端铺展包覆在异氰酸酯液滴表面，形成水与聚异氰酸酯的物理隔离，减少水与聚异氰酸酯的接触，有效降低聚异氰酸酯与水发生的副反应，提升了水性聚氨酯涂料在成膜过程中的最低起泡厚度，改善施工性能和涂膜表观状态；

二、本发明制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料的最低起泡厚度大于69μm。

本发明可获得一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料。

附图说明

图1为使用测膜仪测量实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的厚度的数码照片图；

图2为使用测膜仪测量对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的厚度的数码照片图；

图3为图1中测量的实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上在标准光源对色灯箱内得到干膜的数码照片图；

图4为图2中测量的对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上在标准光源对色灯箱内得到干膜的数码照片图；

图5为图1中测量的实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的光学显微镜观察图；

图6为图2中测量的对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的光学显微镜观察图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料由主剂、固化剂和去离子水制备而成；

所述的主剂与固化剂的质量比为10:(2～4)；

所述的主剂与固化剂的总质量与去离子水的质量比为100:(15～25)；

所述的主剂按重量份数由8份～10份去离子水、0.1份～0.3份防沉剂、0.3份～0.8份消泡剂、0.8份～1.2份分散剂、0.08～0.12份多功能助剂、3份～7份丙二醇甲醚、1份～3份二丙二醇甲醚、12份～18份颜料、60份～70份水性聚氨酯、0.3份～0.8份平滑和流动助剂和0.1份～0.5份流变助剂制备而成；

所述的固化剂按重量份数由20份～30份溶剂、60份～75份聚异氰酸酯和2份～7份界面剂制备而成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的防沉剂为EW和DE中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一相同。

本实施方式所述的EW和DE均购买自德谦(上海)化学有限公司。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的消泡剂为BYK-024、BYK-093中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

本实施方式所述的BYK-024和BYK-093均购买自拜耳(中国)有限公司。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的分散剂为Gen 1252、BYK-190和Disper 750中的一种或其中几种的混合物；所述的多功能助剂为AMP-95和DeuAdd MA-95中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一至三相同。

本实施方式所述的Gen 1252购买自欧蒽吉(上海)贸易有限公司。

本实施方式所述的BYK-190购买自拜耳(中国)有限公司。

本实施方式所述的Disper 750购买自赢创工业集团有限公司。

本实施方式所述的AMP-95购买自陶氏化学(中国)有限公司。

本实施方式所述的DeuAdd MA-95购买自德谦(上海)化学有限公司。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的颜料为金红石R996钛白粉和碳黑MA100中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一至四相同。

本实施方式所述的金红石R996钛白粉购买自四川龙蟒集团有限责任公司。

本实施方式所述的碳黑MA100购买自三菱化学控股集团。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的水性聚氨酯为羟基树脂XP2470、羟基树脂XP 2646和XP2601中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一至五相同。

本实施方式所述的羟基树脂XP2470、羟基树脂XP 2646和XP2601均购买自科思创聚合物(中国)有限公司。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的平滑和流动助剂为Glide 450、Glide 100、BYK-331和BYK-381中的一种或其中几种的混合物；所述的流变助剂为BYK-425和ACRYSOL^TM RM-8W中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

本实施方式所述的Glide 450和Glide 100均购买自赢创工业集团有限公司。

本实施方式所述的BYK-331和BYK-381均购买自拜耳(中国)有限公司。

本实施方式所述的BYK-425购买自拜耳(中国)有限公司。

本实施方式所述的ACRYSOL^TM RM-8W购买自陶氏化学(中国)有限公司。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇丁醚和乙二醇单丁醚中的一种或其中几种的混合物；所述的聚异氰酸酯为XP 2655和XP 2570中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一至七相同。

本实施方式所述的丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇丁醚和乙二醇单丁醚均购买自陶氏化学(中国)有限公司、

本实施方式所述的XP 2655和XP 2570购买自科思创聚合物(中国)有限公司。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述的界面剂为YMT-W032。其它步骤与具体实施方式一至八相同。

本实施方式所述的YMT-W032购买自科思创聚合物(中国)有限公司。

具体实施方式十：本实施方式是一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备主剂：

①、称料：

按重量份数称取8份～10份去离子水、0.1份～0.3份防沉剂、0.3份～0.8份消泡剂、0.8份～1.2份分散剂、0.08～0.12份多功能助剂、3份～7份丙二醇甲醚、1份～3份二丙二醇甲醚、12份～18份颜料、60份～70份水性聚氨酯、0.3份～0.8份平滑和流动助剂和0.1份～0.5份流变助剂；

②、在搅拌速度为400r/min～600r/min下将8份～10份去离子水、0.1份～0.3份防沉剂、0.3份～0.8份消泡剂、0.8份～1.2份分散剂、0.08～0.12份多功能助剂、3份～7份丙二醇甲醚和1份～3份二丙二醇甲醚搅拌反应5min～10min；将搅拌速度提高到800r/min～900r/min，再加入12份～18份颜料，再在搅拌速度为800r/min～900r/min下搅拌15min～25min，再在搅拌速度为800r/min～900r/min下依次加入60份～70份水性聚氨酯、0.3份～0.8份平滑和流动助剂和0.1份～0.5份流变助剂，再在搅拌速度为800r/min～900r/min下搅拌15min～25min，得到反应液Ⅰ；使用砂磨机将反应液Ⅰ中的固体物质研磨至粒径≤10μm，得到主剂；

二、制备固化剂：

①、称料：

按重量份数称取20份～30份溶剂、60份～75份聚异氰酸酯和2份～7份界面剂；

②、在搅拌速度为600r/min～800r/min下，将20份～30份溶剂、60份～75份聚异氰酸酯和2份～7份界面剂混合均匀，再在搅拌速度为600r/min～800r/min下搅拌5min～10min，得到固化剂；

三、混合：

在搅拌速度为600r/min～1000r/min将主剂和固化剂混合，再在搅拌速度为600r/min～1000r/min下搅拌2min～3min，再加入去离子水，搅拌均匀，得到最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料；

步骤三中所述的主剂与固化剂的质量比为10:(2～4)；

步骤三中所述的主剂与固化剂的总质量与去离子水的质量比为100:(15～25)。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备主剂：

①、称料：

按重量份数称取9份去离子水、0.2份EW、0.5份BYK-024、1份BYK-190、0.1份AMP-95、5份丙二醇甲醚、2份二丙二醇甲醚、15份金红石R996钛白粉、39.84份羟基树脂XP2470、26.56份羟基树脂XP 2646、0.5份Glide450和0.3份BYK-425；

②、在搅拌速度为500r/min下将9份去离子水、0.2份EW、0.5份BYK-024、1份BYK-190、0.1份AMP-95、5份丙二醇甲醚和2份二丙二醇甲醚搅拌反应5min；将搅拌速度提高到800r/min，再加入15份金红石R996钛白粉，再在搅拌速度为800r/min下搅拌20min，再在搅拌速度为800r/min下依次加入39.84份羟基树脂XP2470、26.56份羟基树脂XP 2646、0.5份Glide 450和0.3份BYK-425，再在搅拌速度为800r/min下搅拌20min，得到反应液Ⅰ；使用砂磨机将反应液Ⅰ中的固体物质研磨至粒径≤10μm，得到主剂；

二、制备固化剂：

①、称料：

按重量份数称取26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和2份YMT-W032；

②、在搅拌速度为800r/min下，将26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和2份YMT-W032混合均匀，再在搅拌速度为800r/min下搅拌10min，得到固化剂；

三、混合：

在搅拌速度为1000r/min下将主剂和固化剂混合，再在搅拌速度为1000r/min下搅拌2min，再加入去离子水，搅拌均匀，得到最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料；

步骤三中所述的主剂与固化剂的质量比为10:3；

步骤三中所述的主剂与固化剂的总质量与去离子水的质量比为100:20。

实施例二：本实施例与实施例一的不同点是：二、制备固化剂：①、称料：

按重量份数称取26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和3份YMT-W032；②、在搅拌速度为800r/min下，将26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和3份YMT-W032混合均匀，再在搅拌速度为800r/min下搅拌10min，得到固化剂。其他步骤及参数与实施例一均相同。

实施例三：本实施例与实施例一的不同点是：二、制备固化剂：①、称料：

按重量份数称取26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和4份YMT-W032；②、在搅拌速度为800r/min下，将26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和4份YMT-W032混合均匀，再在搅拌速度为800r/min下搅拌10min，得到固化剂。其他步骤及参数与实施例一均相同。

实施例四：本实施例与实施例一的不同点是：二、制备固化剂：①、称料：

按重量份数称取26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和5份YMT-W032；②、在搅拌速度为800r/min下，将26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和5份YMT-W032混合均匀，再在搅拌速度为800r/min下搅拌10min，得到固化剂。其他步骤及参数与实施例一均相同。

实施例五：本实施例与实施例一的不同点是：二、制备固化剂：①、称料：

按重量份数称取26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和6份YMT-W032；②、在搅拌速度为800r/min下，将26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和6份YMT-W032混合均匀，再在搅拌速度为800r/min下搅拌10min，得到固化剂。其他步骤及参数与实施例一均相同。

实施例六：本实施例与实施例一的不同点是：二、制备固化剂：①、称料：

按重量份数称取26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和7份YMT-W032；②、在搅拌速度为800r/min下，将26份丙二醇甲醚醋酸酯、69份XP 2655和7份YMT-W032混合均匀，再在搅拌速度为800r/min下搅拌10min，得到固化剂。其他步骤及参数与实施例一均相同。

对比实施例：本实施例制备的水性聚氨酯涂料与实施例一的不同点是：二、制备固化剂：①、称料：按重量份数称取26份丙二醇甲醚醋酸酯和69份XP 2655；②、在搅拌速度为800r/min下，将26份丙二醇甲醚醋酸酯和69份XP 2655混合均匀，再在搅拌速度为800r/min下搅拌10min，得到固化剂。其他步骤及参数与实施例一均相同。

将实施例一至六制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料及对比实施例制备的水性聚氨酯涂料的最低起泡厚度列于表1。

表1

从表1可知，本发明制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料的最低起泡厚度大于69μm。

将实施例一制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料移至喷枪内，将喷枪喷头垂直于样板，喷枪距离样板20cm，在0.4MPa的压力下使用喷枪将实施例一制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上，再在室温下进行干燥，得到干膜；对此干膜的表面进行观察，如图3所示；使用Elcomeyer 456型涂层测厚仪测样板的干膜厚度，如图1所示，使用光学显微镜对此干膜的形貌进行观察，如图5所示；

将对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料移至喷枪内，将喷枪喷头垂直于样板，喷枪距离样板20cm，在0.4MPa的压力下使用喷枪将实施例一制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上，再在室温下进行干燥，得到干膜，对此干膜的表面进行观察，如图4所示；使用Elcomeyer 456型涂层测厚仪测样板的干膜厚度，如图2所示，使用光学显微镜对此干膜的形貌进行观察，如图5所示。

图1为使用测膜仪测量实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的厚度的数码照片图；

图2为使用测膜仪测量对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的厚度的数码照片图；

从图1和图2可知：实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜和对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的厚度均在90μm～91μm之间。

图3为图1中测量的实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上在标准光源对色灯箱内得到干膜的数码照片图；

图4为图2中测量的对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上在标准光源对色灯箱内得到干膜的数码照片图；

从图3和图4可知，在标准光源对色灯箱内观测实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜和对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜，能明显发现，对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的表面有大量气泡，而实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的表面无明显气泡。

图5为图1中测量的实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的光学显微镜观察图；

图6为图2中测量的对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的光学显微镜观察图。

从图5和图6可知，实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜和对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜相比，能明显发现，对比实施例制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的表面有大量气泡，而实施例四制备的最低起泡厚度大的水性聚氨酯涂料喷涂到样板上得到干膜的表面无明显气泡，膜性能良好。