專利名稱：一種耐刮性水性聚氨酯涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐刮性水性聚氨酯涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
汽車、家具等物件表面的涂膜在使用過(guò)程中容易受到沙石、洗滌或人為刮擦而損傷，導(dǎo)致光澤減弱、劃痕明顯，嚴(yán)重影響涂膜質(zhì)量和美觀，因此，耐刮性成為衡量涂膜性能的一個(gè)重要指標(biāo)。高的耐刮性意味著涂膜能使材料表面在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持光澤及美觀，使裝飾材料使用壽命更長(zhǎng)。目前，提高耐刮性一般是選用硬度較高的樹脂以增加涂膜的硬度，或者加入納米無(wú)機(jī)粒子以改善涂膜的耐刮性。其中，無(wú)機(jī)納米粒子由于粒徑小，表面積大，與聚合物混合能改善聚合物多方面的性能，因此受到了各行各業(yè)的廣泛研究使用。但由于納米粒子表面自由能大，粒子間容易團(tuán)聚，從而損失一部份添加納米粒子應(yīng)有的改善效果。另外，通過(guò)片面的增加聚合物涂膜的硬度以提高涂膜的耐刮性，會(huì)由于硬度過(guò)高而導(dǎo)致涂膜延展性差，使得涂料適用范圍變窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種延展性好的耐刮性水性聚氨酯涂料及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種耐刮性水性聚氨酯涂料，其中，所述涂料的原料包括以下重量份水性丙烯酸樹脂20-50 ；固化劑10-30 ；納米碳酸鈣10-25 ；水性聚氨酯:20-50 ；反應(yīng)性有機(jī)硅1-5 ；共溶劑1_3。所述水性丙烯酸樹脂為含羥基的丙烯酸樹脂，固含量為40%_70%，粒徑為60-100nm。所述固化劑為多異氰酸酯，-NCO含量為15%_20% ；所述水性聚氨酯為端基封閉的水性聚氨酯，固含量為10%-15% ；所述反應(yīng)性有機(jī)硅為羥基封端線性可反應(yīng)硅氧烷；所述共溶劑包括乙二醇單醚、丙二醇單醚、異丙醇、丁醇及丁酮中的任一種或組合。相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種耐刮性水性聚氨酯涂料的制備方法，其中，所述涂料的原料包括以下重量份水性丙烯酸樹脂20-50 ；固化劑10-30 ；納米碳酸鈣10-25 ；水性聚氨酯20-50 ；反應(yīng)性有機(jī)硅1-5 ；共溶劑1_3 ；所述涂料的制備方法包括以下步驟
(1)將所述共溶劑加入所述反應(yīng)性有機(jī)硅中，得到有機(jī)硅溶液；
(2)將所述水性丙烯酸樹脂依次與納米碳酸鈣、水性聚氨酯、步驟(1)得到的有機(jī)硅溶液以及固化劑混合均勻，得到涂料。優(yōu)選地，所述水性丙烯酸樹脂為含羥基的丙烯酸樹脂，固含量為40%-70%，粒徑為60-100nm ；所述固化劑為多異氰酸酯，-NCO含量為15%_20% ；所述水性聚氨酯為端基封閉的水性聚氨酯，固含量為10%-15% ；所述反應(yīng)性有機(jī)硅為羥基封端線性可反應(yīng)硅氧烷；所述共溶劑包括乙二醇單醚、丙二醇單醚、異丙醇、丁醇及丁酮中的任一種或組合。本發(fā)明中選用納米碳酸鈣作為無(wú)機(jī)填料，納米碳酸鈣加入到水性聚合物中，容易分散均勻，能更好地產(chǎn)生納米效應(yīng)。另外，納米碳酸鈣的莫氏硬度為3，比聚合物大，能夠提高聚合物硬度，實(shí)現(xiàn)抗刮性。在本發(fā)明中，采用硬組分與軟組分的混合，使得涂料實(shí)現(xiàn)硬而韌的性能，其中軟組分為端基封閉了的水性聚氨酯，硬組分為水性丙烯酸樹脂。制作過(guò)程中，將水性丙烯酸樹脂與納米碳酸鈣、水性聚氨酯、有機(jī)硅溶液以及固化劑多異氰酸酯攪拌均勻。由于端基封閉了的水性聚氨酯不會(huì)與多異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，其分子本身的軟鏈段能夠很好的提高涂料的韌性；同時(shí)，組分中的有機(jī)硅可參與聚合物反應(yīng)，使得部分鏈段與聚合物鏈段反應(yīng)，改善聚合物表面性能，使附著力、硬度、固化速度等性能得到提高。攪拌均勻后將涂料在產(chǎn)品表面進(jìn)行涂覆，最后經(jīng)過(guò)70°C的干燥爐進(jìn)行固化，其中硬組分水性丙烯酸樹脂以多異氰酸酯作為固化劑，在成膜固化時(shí)轉(zhuǎn)化為抗水性的堅(jiān)韌的雙組份丙烯酸聚氨酯涂膜。需要注意的是，反應(yīng)性有機(jī)硅在使用前需要用共溶劑進(jìn)行溶解，使反應(yīng)性有機(jī)硅與水混溶。因此實(shí)施本發(fā)明，涂料固化后在基材表面形成的涂膜具有耐刮性及良好的延展性，外表潤(rùn)滑。同時(shí)根據(jù)涂料用途的不同，可調(diào)配涂料的硬度與韌性比例，使用范圍廣泛，成本低。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。一種耐刮性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述涂料的原料包括以下重量份水性丙烯酸樹脂:20-50 ；固化劑:10-30 ；納米碳酸鈣:10-25 ；水性聚氨酯:20-50 ；反應(yīng)性有機(jī)硅1-5 ；共溶劑1_3。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明采用納米碳酸鈣作為無(wú)機(jī)填料。另外，本涂料采用硬組分與軟組分的混合，以實(shí)現(xiàn)硬而韌的性能，其中硬組分水性丙烯酸樹脂以多異氰酸酯作為固化劑，在成膜固化時(shí)轉(zhuǎn)化為抗水性的堅(jiān)韌的雙組份丙烯酸聚氨酯涂膜；軟組分為端基封閉了的水性聚氨酯，其分子中的軟鏈段能夠很好的提高涂料的韌性。根據(jù)涂料的用途不同，可以通過(guò)調(diào)配所述水性丙烯酸樹脂與所述水性聚氨酯的比例，以實(shí)現(xiàn)硬度與韌性的改變，擴(kuò)大涂料的使用范圍。進(jìn)一步，在所述涂料中的反應(yīng)性有機(jī)硅可參與聚合物反應(yīng)，使得部分鏈段與聚合物鏈段反應(yīng)，與聚合物涂膜分子鏈纏繞在一起，在改善聚合物表面性能的同時(shí)不會(huì)發(fā)生大量遷移，使得附著力、硬度、固化速度等性能得到改善。優(yōu)選地，所述水性丙烯酸樹脂為含羥基的丙烯酸樹脂，固含量為40%_70%，粒徑為60-100nm。需要說(shuō)明的是，所述水性丙烯酸樹脂由含羥基官能團(tuán)的丙烯酸酯類單體與不含羥基官能團(tuán)的丙烯酸酯類單體聚合而成。進(jìn)一步，所述含羥基官能團(tuán)的丙烯酸酯類單體選自丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥基丙酯及甲基丙烯酸羥丁酯中的任一種或組合；所述不含羥基官能團(tuán)的丙烯酸酯類單體選自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯及甲基丙烯酸乙酯中的任一種或組
I=I O優(yōu)選地，所述固化劑為多異氰酸酯，-NCO含量為15%_20%。需要說(shuō)明的是，所述固化劑必須在涂覆使用前才加入。優(yōu)選地，所述水性聚氨酯為端基封閉的水性聚氨酯，固含量為10%_15%。需要說(shuō)明的是，所述端基封閉的水性聚氨酯為涂料的軟組分。由于端基不含有一OH以及一COOH等活性基團(tuán)，因此不會(huì)與多異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，只作為一種提供韌性的共混組分。優(yōu)選地，所述反應(yīng)性有機(jī)硅為羥基封端線性可反應(yīng)硅氧烷。進(jìn)一步，所述共溶劑包括乙二醇單醚、丙二醇單醚、異丙醇、丁醇及丁酮中的任一種或組合。需要說(shuō)明的是，所述反應(yīng)性有機(jī)硅，必需是能跟聚合物反應(yīng)，長(zhǎng)時(shí)間都不會(huì)發(fā)生大量遷移，對(duì)加工工藝影響不大。另外，所述反應(yīng)性有機(jī)硅在使用前需要用少量共溶劑溶解，使反應(yīng)性有機(jī)硅能夠與水混溶。優(yōu)選地，所述涂料還可以添加助劑；所述助劑為稀釋劑、流平劑、消泡劑、催化劑中的一種或幾種。需要說(shuō)明的是，所述助劑不是本發(fā)明的必要組分，但在反應(yīng)過(guò)程中相應(yīng)地加入助劑能夠更好地提高反應(yīng)速度與效果。進(jìn)一步，所述助劑不能與-NCO基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)。下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明。實(shí)施例1
本實(shí)施例用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的涂料制備方法。制作涂料的步驟為
(1)取反應(yīng)性有機(jī)硅3份，并向其加入共溶劑異丙醇2份，待反應(yīng)性有機(jī)硅溶解后，得到反應(yīng)性有機(jī)硅溶液，備用；
(2)取水性丙烯酸樹脂35份進(jìn)行攪拌，邊攪拌邊向所述水性丙烯酸樹脂依次加入納米碳酸鈣17份、水性聚氨酯35份、所述有機(jī)硅溶液以及固化劑多異氰酸酯20份混合均勻，得到涂料；
(3)將所述涂料涂覆在產(chǎn)品表面；
(4)將所述涂有涂料的產(chǎn)品送入70°C的干燥爐進(jìn)行固化。該涂料附著力強(qiáng)，漆膜外觀豐滿，平整光潔，漆膜韌性好，耐刮性高，具有良好的穩(wěn)定性。實(shí)施例2
在實(shí)施例1的步驟(2)中增加少量流平劑、消泡劑以及催化劑，其余與實(shí)施例1的方法相同。該涂料效果與實(shí)施例1基本相同，但由于加入了相應(yīng)的助劑，反應(yīng)速度更快。實(shí)施例3
將實(shí)施例1中部分組分的含量改為水性丙烯酸樹脂50份；固化劑多異氰酸酯30份；納米碳酸鈣 份；水性聚氨酯20份；反應(yīng)性有機(jī)硅5份；共溶劑異丙醇3份；其余與實(shí)施例1的方法相同。該涂料附著力強(qiáng)，漆膜外觀豐滿，平整光潔，其中硬度尤為突出，具有良好的穩(wěn)定性。適用于對(duì)硬度要求較高的產(chǎn)品。實(shí)施例4
將實(shí)施例1中部分組分的含量改為水性丙烯酸樹脂50份；固化劑多異氰酸酯30份；納米碳酸鈣10份；水性聚氨酯20份；反應(yīng)性有機(jī)硅1份；共溶劑異丙醇1份；其余與實(shí)施例1的方法相同。該涂料附著力強(qiáng)，漆膜外觀豐滿，平整光潔，硬度高，具有良好的穩(wěn)定性。實(shí)施例5
將實(shí)施例1中部分組分的含量改為水性丙烯酸樹脂20份；固化劑多異氰酸酯13份；納米碳酸鈣20份；水性聚氨酯50份；反應(yīng)性有機(jī)硅5份；共溶劑異丙醇3份；其余與實(shí)施例1的方法相同。該涂料附著力強(qiáng)，漆膜外觀豐滿，平整光潔，延展性好，性質(zhì)穩(wěn)定性。實(shí)施例6
將實(shí)施例1中部分組分的含量改為水性丙烯酸樹脂20份；固化劑多異氰酸酯10份；納米碳酸鈣10份；水性聚氨酯50份；反應(yīng)性有機(jī)硅1份；共溶劑異丙醇1份；其余與實(shí)施例1的方法相同。該涂料附著力強(qiáng)，漆膜外觀豐滿，平整光潔，其中延展性尤為突出，具有良好的穩(wěn)定性。適用于對(duì)韌性要求較高的產(chǎn)品。性能測(cè)試附著力測(cè)試
檢驗(yàn)方法GB/T9286-1998 ；
質(zhì)量指標(biāo)共分為六級(jí)，0、1、2級(jí)為合格。3、4、5級(jí)為不合格。耐沖擊力性能測(cè)試檢驗(yàn)方法GB/T1732-1993 ；
質(zhì)量指標(biāo)以IOOOg士 Ig重錘垂直下落不引起漆膜破壞的高度(單位cm)為指標(biāo)，多層膜厚要求彡30 kg · cm為合格。硬度測(cè)試
檢驗(yàn)方法GB/T6739-96 ；
質(zhì)量指標(biāo)硬度從高到底的順序?yàn)?H > 8H > 6H > 5H > 4H > 3H > 2H > H > F >HB > B > 2B > 3B > 4B > 5B > 6B。延展性測(cè)試檢驗(yàn)方法目測(cè)；
質(zhì)量指標(biāo)漆膜不開裂為合格。漆膜外觀檢驗(yàn)方法目測(cè)；
質(zhì)量指標(biāo)漆膜平整光滑為合格。將實(shí)施例1-6得到的涂料按照上述方法進(jìn)行相應(yīng)的性能測(cè)試，測(cè)得的結(jié)果列于表1中。由上可知，實(shí)施本發(fā)明，涂料固化后在基材表面形成的涂膜具有耐刮性以及良好的延展性，外表潤(rùn)滑。同時(shí)根據(jù)涂料用途的不同，可調(diào)配涂料的硬度與韌性比例，使用范圍廣泛，成本低。 以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種耐刮性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述涂料的原料包括以下重量份水性丙烯酸樹脂20-50 ；固化劑:10-30 ；納米碳酸鈣10-25 ；水性聚氨酯20-50 ；反應(yīng)性有機(jī)硅1-5 ；共溶劑1_3。
2.如權(quán)利要求1所述的耐刮性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸樹脂為含羥基的丙烯酸樹脂，固含量為40%-70%，粒徑為60-100nm。
3.如權(quán)利要求1所述的耐刮性水性聚氨酯涂料，其特征在于，包括所述固化劑為多異氰酸酯，-NCO含量為15%-20% ；所述水性聚氨酯為端基封閉的水性聚氨酯，固含量為10%-15% ；所述反應(yīng)性有機(jī)硅為羥基封端線性可反應(yīng)硅氧烷；所述共溶劑包括乙二醇單醚、丙二醇單醚、異丙醇、丁醇及丁酮中的任一種或組合。
4.一種耐刮性水性聚氨酯涂料的制備方法，其特征在于，所述涂料的原料包括以下重量份水性丙烯酸樹脂20-50 ；固化劑:10-30 ；納米碳酸鈣10-25 ；水性聚氨酯20-50 ；反應(yīng)性有機(jī)硅1-5 ；共溶劑1-3 ；所述涂料的制備方法包括以下步驟(1)將所述共溶劑加入所述反應(yīng)性有機(jī)硅中，得到有機(jī)硅溶液；(2)將所述水性丙烯酸樹脂依次與納米碳酸鈣、水性聚氨酯、步驟(1)得到的有機(jī)硅溶液以及固化劑混合均勻，得到涂料。
5.如權(quán)利要求4所述的耐刮性水性聚氨酯涂料的制備方法，其特征在于，包括所述水性丙烯酸樹脂為含羥基的丙烯酸樹脂，固含量為40%-70%，粒徑為60-100nm ；所述固化劑為多異氰酸酯，-NCO含量為15%-20% ；所述水性聚氨酯為端基封閉的水性聚氨酯，固含量為10%-15% ；所述反應(yīng)性有機(jī)硅為羥基封端線性可反應(yīng)硅氧烷；所述共溶劑包括乙二醇單醚、丙二醇單醚、異丙醇、丁醇及丁酮中的任一種或組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐刮性水性聚氨酯涂料，所述涂料的原料包括以下重量份水性丙烯酸樹脂20-50；固化劑10-30；納米碳酸鈣10-25；水性聚氨酯20-50；反應(yīng)性有機(jī)硅1-5；共溶劑1-3。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開了一種耐刮性水性聚氨酯涂料的制備方法，將水性丙烯酸樹脂與納米碳酸鈣、水性聚氨酯、有機(jī)硅溶液以及固化劑混合均勻，制備出耐刮性水性聚氨酯涂料。采用本發(fā)明，涂料固化后在基材表面形成的涂膜具有耐刮性以及良好的延展性，外表潤(rùn)滑；同時(shí)根據(jù)涂料用途的不同，可調(diào)配涂料的硬度與韌性比例，使用范圍廣，成本低。
文檔編號(hào)C09D7/12GK102559023SQ201010610479
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者豐俊湘, 任少東, 吳啟超 申請(qǐng)人:佛山市天安塑料有限公司