一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物，包含A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比为1:0.1‑1:0.5；其中，以所述A组分的总质量计，所述A组分包含质量百分比为30‑70％的水性羟基丙烯酸树脂；以所述B组分的总质量计，所述B组分包含如下质量百分比的成分：异氰酸酯固化剂40‑80％；聚碳化二亚胺10‑30％；优选地，以所述B组分的总质量计，所述B组分中包含有质量百分比为＞0且≤5％的三甲基氯硅烷。本发明专利技术的涂料形成的涂膜具有硬度高、光泽高、丰满度好、VOCs较低特性，且具备优异的防腐性能，耐温水和耐水煮性能；同时，本发明专利技术也提供了上述金属涂料组合物的应用。

A High Performance Waterborne Two-Component Polyurethane Metal Coating Composition and Its Application

The present invention discloses a high-performance water-borne two-component polyurethane metal coating composition comprising component A and component B, the mass ratio of component A and component B is 1:0.1 1:0.5, in which component A contains 30 70% water-borne hydroxyl acrylic resin by the total mass ratio of component A and component B, and the total mass ratio of component B is as follows. Components of mass percentage: isocyanate curing agent 40 80%; polycarbodiimide 10 30%; preferably, by the total mass of component B, the component B contains trimethylchlorosilane with mass percentage > 0 and less than 5%. The coating film formed by the coating of the invention has the characteristics of high hardness, high gloss, good fullness and low VOCs, and has excellent anticorrosion performance, temperature resistance and boiling resistance; at the same time, the invention also provides the application of the metal coating composition.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物及其应用
本专利技术属于水性涂料制备方法的
，具体公开了一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物及其应用。
技术介绍
涂料作为一种功能材料在国民经济中占据非常重要的地位。中国涂料界比较权威的《涂料工艺》一书是这样定义的：“涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层。”涂料可以为基材(金属、木器等)提供保护和装饰作用。近些年，涂料行业特别是中国涂料行业发展非常迅速。世界油漆涂料工业联合会发布《2016年世界十大涂料品牌年度报告》显示：从2007年到2016年这十年，全球的涂料按销售额，复合增长率接近5％。而中国在2009年涂料的产量达到755万吨，首次超越美国跃居全球第一。国家统计局初步数据统计，2017年我国涂料行业规模以上工业企业1380家，总产量达2036.4万吨，同比增长12.38％；2017年涂料行业全年规模以上工业企业2057家，主营业务收入达4172.89亿元。最近，随着国家对环保的要求越来越严，人们对环保的认识也越来越深。传统的溶剂型涂料正逐步受到限制，建筑涂料行业水性化在95％以上，即使在对性能和外观要求更苛刻的工业涂料领域，一些细分市场已经实现或正在进行环保化。这也促进了我国环保涂料的快速发展。水性涂料较油性涂料极大降低了VOCs的排放，并可一定程度上避免苯系物等致癌物质，因此其应用也越来越广泛。水性双组分聚氨酯涂料具有很低的VOCs，硬度和耐磨优异，同时其光泽、丰满度、化学品抗性也较为出色。但因水性树脂在成膜过程中涉及树脂颗粒的堆积、融合，其交联致密程度较传统溶剂型略低；同时，为了实现树脂的水可分散，树脂中不可避免均引入了亲水单体，往往树脂中含有一定量的羧基，使得漆膜亲水性上升。以上两个因素会导致水性双组分聚氨酯涂料的一些性能较溶剂型略差。传统的水性双组分聚氨酯耐水性(25℃)已经可以满足市场要求，但一些性能要求苛刻的应用，水性双组分聚氨酯还很难满足要求。例如机械设备龙头制造商三一重工要求漆膜耐40℃的温水240小时；保温杯涂料要求耐水煮(100℃)2小时以上等。耐温水和耐水煮较普通的耐水测试严苛很多，三者没有必然的关联。双组分聚氨酯涂料的A组分一般由含羟基和羧基的丙烯酸树脂或聚氨酯树脂作为基料，B组分有效交联组分最常见的是异氰酸酯固化剂，因其可以在室温或更低温度下和羟基的树脂反应生成氨甲基酸酯，形成高密度三维交联的漆膜。但常温下异氰酸酯固化剂和羧基基本不反应，会导致体系羧基残留。氮吡啶类交联剂，在室温下能与羧基反应，可以有效提高漆膜耐水性、耐化学品性、耐干湿摩擦性、涂层的牢度等性能，被广泛用于纺织涂层和木器涂料体系中。但是，世界卫生组织国际癌症研究机构于2017年10月27日将氮吡啶在2B类致癌物清单中，其应用正在逐步受到限制。而且其环保型的交联剂聚碳化二亚胺可以和羧基有效交联，并且常温下不和羟基及异氰酸酯反应，其反应机理如下：专利号CN105820738B公开了一种高硬度双组份水性聚氨酯地坪涂料，具备良好的耐候性、耐磨性，但其未说明漆膜光泽和丰满度，而且地坪涂料适合辊涂，不适合喷涂，无法应用于机械设备。专利号CN101654589B公开了一种水性双组分聚氨酯有色涂料，具备良好的硬度和极低的VOCs，但其使用的是羟值2.5～3.0丙烯酸羟基乳液，无法保证漆膜的光泽丰满度，且体系完全无助溶剂，在机械设备喷涂后的烘烤过程中会导致严重的起痱子等漆膜弊病。以上两个专利均只使用了异氰酸酯固化剂，无法保证漆膜的羧基的有效反应，这对漆膜耐水，特别是耐温水(40℃)影响很大。专利号CN102134296B公开了一种氟硅改性水溶性丙烯酸树脂分散体及其用途，单纯使用聚碳化二亚胺作为交联剂。一方面树脂合成中使用了含有羟基的单体，无法保证最终漆膜中羟基有效反应交联；另一方面，氟硅单体市场价格昂贵，商品化树脂不易获取，涂料很难实现商业化。专利号CN103897571B公开了一种水性双组份木器清漆及其用途，在羟基树脂A组分中加入了少量的聚碳化二亚胺交联剂，固化剂组分使用的是水可分散型聚异氰酸酯，实现了双重交联。但一方面即使碱性条件下，聚碳化二亚胺交联剂和羟基丙烯酸树脂在储存过程中也会缓慢反应，特别是羟丙树脂在储存过程pH一般会下降，这会进一步加速其反应交联，涂料保质期明显缩短；另一方面，两组分混合后体系pH较高，碳化二亚胺反应较慢，无法实现在成膜过程中快速交联。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物，使用该涂料形成的涂膜具有硬度高、光泽高、丰满度好、VOCs较低等特性，且具备优异的防腐性能，耐温水和耐水煮性能；同时，本专利技术也提供了上述金属涂料组合物的应用。为了实现本专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：本专利技术第一方面提供了一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物，包含A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比为1:0.1-1:0.5；其中，以所述A组分的总质量计，所述A组分包含质量百分比为30-70％的水性羟基丙烯酸树脂；以所述B组分的总质量计，所述B组分包含如下质量百分比的成分：异氰酸酯固化剂40-80％；聚碳化二亚胺10-30％；优选地，以所述B组分的总质量计，所述B组分中包含有质量百分比为＞0且≤5％的三甲基氯硅烷。在本专利技术中，A组分使用水性羟基丙烯酸树脂作为有效交联成分，B组分使用了复配型的交联剂，包括和羟基反应的异氰酸酯固化剂及和羧基反应的聚碳化二亚胺，可以实现漆膜的互补性的多重交联。与传统水性双组分聚氨酯涂料相比具有更高的三维交联密度和更低的漆膜亲水性，使得漆膜的化学品抗性、防腐性能、耐温水(40℃)和耐水煮性能显著提升；同时，B组分中的异氰酸酯固化剂不与聚碳化二亚胺反应，避免储存风险问题，实现成品涂料6个月以上的保质期。在一些具体的实施方式中，A组分中的水性羟基丙烯酸树脂优选为水性羟基丙烯酸分散体，具体可以选自万华化学公司的Antkote2035、Antkote2033、Antkote2042、Antkote2042N，或科思创公司的BayhydrolXP2470、BayhydrolA145，或DSM公司的NeoCrylXK-540或NeoCrylXK-110中的一种或多种。作为一种优选实施方式，以所述B组分的总质量计，所述B组分包含如下质量百分比的成份：本专利技术中，在B组分中添加了三甲基氯硅烷，可以避免生产、储存过程中其与水的反应。使用时，将A组分和B组分相互混合，三甲基氯硅烷可以与体系中存在的水迅速水解和再缩合，一方面其水解产生少量盐酸，可以降低体系pH，快速提高碳化二亚胺和羧基的反应活性；另一方面，水解的生成物为强疏水剂，其可以与A组分中的水性羟基丙烯酸树脂或粉料表面的羟基反应，大幅提高漆膜的疏水性。在一些具体的实施方式中，以所述B组分的总质量计，所述B组分包含质量百分比为10-40％的稀释剂；所述B组分中，所述的稀释剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚二醋酸酯、二丙二醇二甲醚、丙二醇甲醚丙酸酯或琥珀酸二甲酯中的一种或多种。在本专利技术中，所述B组分中，所述异氰酸酯固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、磺酸盐改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物，其特征在于，包含A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比为1:0.1‑1:0.5；其中，以所述A组分的总质量计，所述A组分包含质量百分比为30‑70％的水性羟基丙烯酸树脂；以所述B组分的总质量计，所述B组分包含如下质量百分比的成分：异氰酸酯固化剂        40‑80％；聚碳化二亚胺          10‑30％；优选地，以所述B组分的总质量计，所述B组分中包含有质量百分比为＞0且≤5％的三甲基氯硅烷。

【技术特征摘要】
1.一种高性能水性双组分聚氨酯金属涂料组合物，其特征在于，包含A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比为1:0.1-1:0.5；其中，以所述A组分的总质量计，所述A组分包含质量百分比为30-70％的水性羟基丙烯酸树脂；以所述B组分的总质量计，所述B组分包含如下质量百分比的成分：异氰酸酯固化剂40-80％；聚碳化二亚胺10-30％；优选地，以所述B组分的总质量计，所述B组分中包含有质量百分比为＞0且≤5％的三甲基氯硅烷。2.根据权利要求1所述的金属涂料组合物，其特征在于，以所述B组分的总质量计，异氰酸酯固化剂的质量百分比为50-70％，聚碳化二亚胺的质量百分比为15-25％。3.根据权利要求1或2所述的金属涂料组合物，其特征在于，以所述B组分的总质量计，所述B组分中还包含质量百分比为10-40％的稀释剂。4.根据权利要求3所述的金属涂料组合物，其特征在于，所述B组分中，所述的稀释剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚二醋酸酯、二丙二醇二甲醚、丙二醇甲醚丙酸酯或琥珀酸二甲酯中的一种或多种。5.根据权利要求1-4任一项所述的金属涂料组合物，其特征在于，所述B组分中，所述异氰酸酯固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、磺酸盐改性的六亚甲基二异氰酸酯三聚体或聚醚改性的六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的一种或多种。6.根据权利要求1-5任一项所述的金属涂料组合物，其特征在于，以所述A组分的总质量计，所述A组分中还包括如下成分：7.根据权利要求6所述的金属涂料组合物，其特征在于，所述的中和剂为氨水、三乙胺、N，N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇或氢氧化钠水溶液中的一种或多种，优选为三乙醇胺或N，N-二甲基乙醇胺。8.根据权利要求6或7所述的金属涂料组合物，其特征在于，所述的助溶剂为丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、120#溶剂油、150#溶剂油或醇酯十二中的一种或多种。9.根据权利要求6-8任一项所述的金属涂料组合物，其特征在于，所述的金属涂料组合物中A组分采用如下方法制备：向占水总质量用量80-90％的水中加入水性羟基丙烯酸树脂、中和剂、润湿剂、助溶剂和占消泡剂总质量用量40-60％的消泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡臻皓，焦鑫，许海超，蒋荣，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，万华化学宁波有限公司，上海万华科聚化工科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37