本发明涉及涂料技术领域,提供一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆及其制备方法。
背景技术：
传统的溶剂型涂料在施工过程中添加了大量的有机溶剂进行稀释，这些有机溶剂挥发到空气中，不仅危害人类健康，而且造成严重的环境污染。随着人们对环境保护的重视，世界各国相继制定和修订了相关法规以限制voc的排放。美国的“66法规”，德国的大气净化技术纲要，英国的环境保护法案等相继立法。2015年1月26日我国出台《对于电池、涂料行业征收消费税通知》，2015年2月1日财税[2015]71号文《挥发性有机物排污收费试点办法》，后续各地方、行业出台了更严格的voc控制措施。国家鼓励支持发展水性涂料、高固体份涂料、无溶剂涂料以及粉末涂料等环保低voc型涂料。针对大型钢结构、矿山设备、工程设备等结构复杂，要求低膜厚、高装饰性防护时，水性涂料对施工环境要求高、粉末涂料无法对大型设备进行加热烘烤、高固体份涂料相对于无溶剂产品voc排放相对也高均无法满足要求，无溶剂产品成为首要选择。
无溶剂聚氨酯涂料的特点是机械性能优异、附着力好、耐酸碱盐腐蚀，一次成膜厚，可减少施工成本，固化速度快，可在冬季低温环境下固化，施工环境适应性较强。但是，无溶剂聚氨酯涂料在实际的应用中也存在一些问题，例如无溶剂涂料粘度较大需要进行加热喷涂，对施工工艺要求较高，涂料固化速度快也造成涂料的适用期较短。因此，如何解决无溶剂聚氨酯涂料存在的施工粘度高、耐水性差、一次性喷涂过厚以及装饰性差的问题是需要研究的重点。
技术实现要素：
因此，针对以上内容，本发明提供一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆及其制备方法,解决了现有无溶剂聚氨酯涂料存在的施工粘度高、耐水性差、一次性喷涂过厚以及装饰性差的问题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆，由主剂和固化剂组成，所述主剂由以下重量份的各原料组成：
所述固化剂由以下重量份的各原料组成：
进一步的改进是：所述的100％固含的液体树脂，粘度＜3000mpa.s，常温状态下为液体状态,无溶剂,优选为nh1420。
进一步的改进是：所述生物基聚合物为sovermol1092，sovermol810,sovermol760中的任意一种或两种以上按照任意比混合，均不含有溶剂。所述生物基聚合物，粘度＜3000mpa.s，生物基原材料含量大于60％。
进一步的改进是：所述分散剂为byk2155，efka4672，byk163中的一种或两种以上以任意比混合的一种或两种以上以任意比混合的含胺基或羧基的高分子嵌段共聚物，其作用是分散和稳定涂料中的颜填料。
进一步的改进是：所述防沉剂为有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、改性脲溶液或聚酰胺蜡中的任意一种或两种以上的混合物两种以上的混合物。
进一步的改进是：所述颜填料为硅微粉、石英粉或沉淀硫酸钡中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物，其作用是提高涂层的致密性和屏蔽作用。
进一步的改进是：所述脂肪族异氰酸酯聚合物为拜耳公司的n3900、n3600、n3800中的一种或几种的组合。
进一步的改进是：所述局部生物基脂肪族hdi聚合物固含100％，粘度60-220mpa.s,-nco含量12.3±1％,优选为tolonatexflo100。
进一步的改进是：所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
进一步的改进是：所述溶剂优选碳酸丙烯酯或dbe中的一种或两种任意比例的混合。dbe是由三种二价酸酯组成的混合物、俗称尼龙酸甲酯，是由琥珀酸(丁二酸)二甲酯ch3ooc(ch2)2cooch3，戊二酸二甲酯ch3ooc(ch2)3cooch3和已二酸二甲酯ch3ooc(ch2)4cooch3三种良好环境溶剂的组合，正是由于这种独特的构成，使dbe成为一种无毒、无色透明的液体，有淡淡酯的芳香味，具有超强溶解能力，是可生物降解的环保型高沸点溶剂。
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的使用方法:将主剂和固化剂混合，采用喷涂设备施工，一道喷涂40-80um范围内的膜厚涂装,所述施工设备包括双组份自动配比系统(例如流量计系统或泵系统)，输送系统(高压泵或隔膜泵)，前置混合器以及喷枪。
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的制备方法，包括对主剂和固化剂的制备，所述主剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：100％固含的液体树脂10.0～60.0重量份、生物基聚合物10.0～60.0重量份、分散剂0.5～2.0重量份、消泡剂0.1～2.0重量份、流平剂0.1-1.0重量份、颜填料10.0～50.0重量份、防沉剂0.5～2重量份、紫外光吸收剂0.5～2重量份、光稳定剂0.5～2重量份、溶剂0～5.0重量份；(2)按顺序将100％固含的液体树脂、生物基聚合物、分散剂、消泡剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入颜填料、防沉剂，高速分散均匀；(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得颜填料浆；(4)把研磨后的颜填料浆加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300～500r/min，分别加入流平剂、紫外光吸收剂、光稳定剂搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120目；所述固化剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：脂肪族异氰酸酯聚合物70～100重量份、局部生物基脂肪族hdi聚合物10～30重量份、偶联剂1～10重量份、溶剂0～5重量份；(2)按顺序将脂肪族异氰酸酯聚合物、局部生物基脂肪族hdi聚合物、偶联剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌均匀。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明采用生物基聚合物作为改性剂，该改性材料具有100％固体份，粘度低，具有优异的耐水性，一方面可以大幅度降低原漆粘度，使voc含量小于50g/l；另一方面通过生物基聚合物与局部生物基脂肪族hdi聚合物改性可以延长涂料活化期，针对快干体系尤其可以减少快速交联机制导致的漆膜收缩，改善附着性能，并且漆膜具有优异的耐水解性、耐介质性以及耐候性，同时具有良好的贮存稳定性。通过对产品施工设备的改造，可以一道喷涂40-80um范围内的膜厚涂装，实现了无溶剂产品低膜化涂装，适用于大型钢结构、矿山设备、工程设备等要求低膜厚、高装饰性的防护性面漆。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例一
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆，由主剂和固化剂组成，所述主剂由以下重量份的各原料组成：
10重量份100％固含的液体树脂nh1420，10重量份生物基聚合物sovermol1092，0.5重量份分散剂byk2155，消泡剂0.1重量份，流平剂0.1重量份，颜填料硅微粉10重量份，防沉剂有机膨润土0.5重量份，紫外光吸收剂0.5重量份，光稳定剂0.5重量份，溶剂0重量份；所述nh1420d粘度＜3000mpa.s；
所述固化剂由以下重量份的各原料组成：
脂肪族异氰酸酯聚合物70重量份，10重量份局部生物基脂肪族hdi聚合物tolonatexflo100，偶联剂1重量份，溶剂0重量份；所述脂肪族异氰酸酯聚合物为拜耳公司的n3900；所述局部生物基脂肪族hdi聚合物固含100％，粘度60-220mpa.s,-nco含量12.3±1％；所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,所述tolonatexflo100，为法国vencorex公司提供,属于新型无溶剂半生物型脂肪族异氰酸酯聚合物，由25％的可再生材料组成，以hdi为结构基础。
所述nh1420产自拜耳公司，主要成分为无溶剂的聚天冬门氨酸脂，可以与聚异氰酸酯反应；sovermol1092产自巴斯夫公司,为支链型聚酯多元醇；德国byk公司的byk2155，是含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的使用方法:将主剂和固化剂混合，采用喷涂设备施工，采用一道喷涂40um的膜厚涂装,所述施工设备包括流量计系统，高压泵，前置混合器以及喷枪。
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的制备方法，包括对主剂和固化剂的制备，所述主剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：10重量份100％固含的液体树脂nh1420，10重量份生物基聚合物sovermol1092，0.5重量份分散剂byk2155，消泡剂0.1重量份，流平剂0.1重量份，颜填料硅微粉10重量份，防沉剂有机膨润土0.5重量份，紫外光吸收剂0.5重量份，光稳定剂0.5重量份，溶剂0重量份；所述粘度＜3000mpa.s；(2)按顺序将100％固含的液体树脂、生物基聚合物、分散剂、消泡剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入颜填料、防沉剂，高速分散均匀；(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得颜填料浆；(4)把研磨后的颜填料浆加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300r/min，分别加入流平剂、紫外光吸收剂、光稳定剂搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120目；所述固化剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：脂肪族异氰酸酯聚合物70重量份，10重量份局部生物基脂肪族hdi聚合物tolonatexflo100，偶联剂1重量份，溶剂0重量份；所述脂肪族异氰酸酯聚合物为拜耳n3900；所述局部生物基脂肪族hdi聚合物固含100％，粘度60-220mpa.s,-nco含量12.3±1％；所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；(2)按顺序将脂肪族异氰酸酯聚合物、局部生物基脂肪族hdi聚合物、偶联剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌均匀，制得成品。
实施例二
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆，由主剂和固化剂组成，所述主剂由以下重量份的各原料组成：
30重量份100％固含的液体树脂nh1420，40重量份生物基聚合物sovermol1092，1重量份分散剂byk2155，消泡剂1重量份，流平剂0.5重量份，颜填料石英粉30重量份，防沉剂气相二氧化硅1重量份，紫外光吸收剂1.5重量份，光稳定剂1.5重量份，溶剂dbe2重量份；所述固化剂由以下重量份的各原料组成：
82重量份脂肪族异氰酸酯聚合物n3900，20重量份局部生物基脂肪族hdi聚合物tolonatexflo100，偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷5重量份，溶剂dbe2重量份；
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的使用方法:将主剂和固化剂混合，采用喷涂设备施工，采用一道喷涂80um的膜厚涂装,所述施工设备包括双组份自动配比系统，输送系统，前置混合器以及喷枪。
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的制备方法，包括对主剂和固化剂的制备，所述主剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：30重量份100％固含的液体树脂nh1420，40重量份生物基聚合物sovermol1092，1重量份分散剂byk2155，消泡剂1重量份，流平剂0.5重量份，颜填料石英粉30重量份，防沉剂气相二氧化硅1重量份，紫外光吸收剂1.5重量份，光稳定剂1.5重量份，溶剂dbe2重量份；所述固化剂由以下重量份的各原料组成：(2)按顺序将100％固含的液体树脂、生物基聚合物、分散剂、消泡剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入颜填料、防沉剂，高速分散均匀；(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得颜填料浆；(4)把研磨后的颜填料浆加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300r/min，分别加入流平剂、紫外光吸收剂、光稳定剂搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120目；所述固化剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：82重量份脂肪族异氰酸酯聚合物n3900，20重量份局部生物基脂肪族hdi聚合物tolonatexflo100，偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷5重量份，溶剂dbe2重量份；(2)按顺序将所述脂肪族异氰酸酯聚合物、局部生物基脂肪族hdi聚合物、偶联剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌均匀，制得成品。
实施例三
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆，由主剂和固化剂组成，所述主剂由以下重量份的各原料组成：
100重量份100％固含的液体树脂nh1420，60重量份生物基聚合物sovermol1092，2重量份分散剂byk2155，消泡剂2重量份，流平剂1重量份，颜填料石英粉50重量份，防沉剂氢化蓖麻油2重量份，紫外光吸收剂2重量份，光稳定剂2重量份，溶剂dbe5重量份；所述固化剂由以下重量份的各原料组成：
100重量份脂肪族异氰酸酯聚合物n3900，30重量份局部生物基脂肪族hdi聚合物tolonatexflo100，偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷10重量份，溶剂dbe5重量份；
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的使用方法:将主剂和固化剂混合，采用喷涂设备施工，采用一道喷涂60um的膜厚涂装,所述施工设备包括双组份自动配比系统，输送系统，前置混合器以及喷枪。
一种基于生物基聚合物改性的快干无溶剂聚氨酯漆的制备方法，包括对主剂和固化剂的制备，所述主剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：100重量份100％固含的液体树脂nh1420，60重量份生物基聚合物sovermol1092，2重量份分散剂byk2155，消泡剂2重量份，流平剂1重量份，颜填料石英粉50重量份，防沉剂氢化蓖麻油2重量份，紫外光吸收剂2重量份，光稳定剂2重量份，溶剂dbe5重量份；所述固化剂由以下重量份的各原料组成；(2)按顺序将100％固含的液体树脂、生物基聚合物、分散剂、消泡剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入颜填料、防沉剂，高速分散均匀；(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度10微米，获得颜填料浆；(4)把研磨后的颜填料浆加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300r/min，分别加入流平剂、紫外光吸收剂、光稳定剂搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120目；所述固化剂的制备步骤为：(1)准备如下物料：100重量份脂肪族异氰酸酯聚合物n3900，30重量份局部生物基脂肪族hdi聚合物tolonatexflo100，偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷10重量份，溶剂dbe5重量份；(2)按顺序将所述脂肪族异氰酸酯聚合物、局部生物基脂肪族hdi聚合物、偶联剂、溶剂加入搅拌缸中，搅拌均匀，制得成品。
本发明中，所述100％固含的液体树脂还可以替代为wanelast984；所述生物基聚合物还可以替代为sovermol1092，sovermol810,sovermol760中的任意一种或两种以上按照任意比混合，均不含有溶剂，或者是空气化工有限公司的pca1；所述分散剂可以替代为byk2155，efka4672，byk163中的一种或两种以上以任意比的混合物，还可以是byk2025，所述防沉剂可以是有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、改性脲溶液或聚酰胺蜡中的任意一种或两种以上的混合物两种以上的混合物，所述颜填料为硅微粉、石英粉或沉淀硫酸钡中的任意两种以上以任意比混合的混合物；所述溶剂可以替代为碳酸丙烯酯或者其与dbe任意比例的混合物。
所述wanelast984产自万华化学集团股份有限公司，主要成分为无溶剂的聚天冬门氨酸脂；sovermol1092，sovermol810,sovermol760均产自巴斯夫公司，均为支链型聚酯多元醇；巴斯夫公司的efka4672，德国byk公司的byk163，是含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。