[发明专利]一种水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法，包括主剂和硬化剂，所述主剂由占重量份的以下成分组成：去离子水15～20份，分散剂1～2份，钛白粉15～21份，沉淀硫酸钡4～6份，水性羟基丙烯酸二级分散体50～60份，助溶剂4～6份，PH调节剂0.1～0.2份，基材润湿剂0.3～0.5份，消泡剂0.1～0.2份，流平剂0.3～0.5份，增稠剂0.5～1份，催化剂0.1～0.3份。所述硬化剂由占重量份的以下成分组成：水性异氰酸酯70～80份，丙二醇二乙酸酯20～30份。另外选取自主改性的高活性有机金属盐作催化剂，添加到主剂中。本发明能在不影响综合性能的前提下，提供一种对于涂膜机械性能和耐化学品性能方面的提升，以及对于室温干燥的条件水性2K‑PU实干速度的提升的可行性方案。

技术领域

本发明属于涂料领域，尤其是涉及一种水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

水性双组分聚氨酯涂料的成膜过程不同于溶剂型体系，成膜初期为物理干燥过程，随着水分的蒸发，分散体或乳液粒子凝聚，聚合物链相互扩散和反应。对于高玻璃化温度和大分子量的聚合物，要想得到良好的涂膜，必须对粒子表面进行改性，使乳液具有高固含量和低粘度，提高空气-水的界面张力有利于改善涂膜形成的条件。化学干燥过程比较复杂，涉及到固化剂的NCO基与多元醇的羟基、水和稳定聚合物粒子的羧基等基团间的反应，反应速率取决于施工环境的温度、湿度、反应体系中催化剂含量和基团的反应活性等。

水性双组分聚氨酯涂料的主、副反应及其影响参数，决定双组分体系的活化期、施工、应用、成膜和干燥过程。以丙烯酸分散体多元醇和改性的亲水多异氰酸酯固化剂组成的水性双组分聚氨酯体系为例，体系中含有胺中和剂和羟基功能化的共溶剂，主反应为多元醇与固化剂反应形成聚氨酯网络结构，副反应包括固化剂与共溶剂和中和剂的羟基、胺基、多元醇的羧基及水的反应。固化剂与水的副反应生成胺和二氧化碳，胺立即与NCO基反应形成脲，随着水分的蒸发和涂膜的形成，二氧化碳会溶解在涂膜中或以气体形式释放。多元醇的羧基与NCO基反应生成酰胺，但反应速度较小；胺中和剂脱离涂膜后，羧基可能和羟基反应，该反应极大地消除了涂料体系的亲水性，改善涂膜的耐水性。为了补充副反应消耗的NCO基，采用过量的多异氰酸酯固化剂，使涂膜含有大量的氨基甲酸酯，少量的脲键和酰胺结构等。双组分涂料施工后，室温下水分的蒸发相对较快，30min内在涂膜中的水含量下降到2％～3％，最终的平衡水含量为1％左右。涂膜中的NCO浓度降低速率较慢，只有6％的NCO基参与了反应，24h后参与反应的NCO基增大到90％，完全反应需要几天。环境湿度和温度对干燥过程有重要作用，室温固化过程约有60％的NCO基与水反应形成脲，而130℃干燥30min与水反应的NCO基含量降低到10％。随着固化温度升高，生成氨基甲酸酯的含量越多，同时高温下NCO基与羧基反应形成的酰胺，有利于改善涂膜性能。因此，应根据应用领域和涂膜性能要求选择固化条件，如对于工业金属涂料、汽车修补漆和清漆，采用温和的固化条件为宜。

随着各国环保法规的健全和人们环保意识的增强，传统溶剂型聚氨酯涂料中的挥发性有机化合物(VOC)的排放量受到愈来愈严格的限制。开发低污染、高性能、多功能的环保型水性涂料成为涂料技术发展的主要方向。水性双组分聚氨酯涂料将溶剂型双组分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC排放相结合，成为涂料工业研究的热点。水性双组分聚氨酯涂料由含羟基的水性多元醇和含NCO基的固化剂组成。多元醇组分和固化剂组分各有独特的特性。

目前水性双组份聚氨酯涂料在室温固化的条件下机械性能及耐化学品性能方面存在的缺陷，如何提供更快的表干速度，更优的耐化学品性等物理性能，以更短的完全硬干时间以方便尽快包装运输，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服由于水性双组份聚氨酯涂料在室温固化的条件下机械性能及耐化学品性能方面存在的缺陷，而提供一种水性双组份聚氨酯涂料，具有更快的表干速度、更优的耐化学品性等物理性能，更短的完全硬干时间以方便尽快包装运输。

本发明的目的通过以下技术方案实现：