一种双组份水性聚氨酯面漆及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种双组份水性聚氨酯面漆及其制备方法和应用。

背景技术：

2.国家要求工程机械行业vocs(挥发性有机化合物)减排达到30％以上，水性涂料作为最环保涂料种类之一，在工程机械(含叉车和农用机械)行业中有较大的应用空间。但是，工程机械是一类用于工程建设的机器设备，基材一般是钢铁，一般都是室内施工、室外存放，故工况恶劣，在自然界中面临着风吹日晒、粉尘污染及雨水冲刷等，在使用过程中容易受到空气中的潮湿气体、盐雾、雨淋和日晒等因素的综合作用，使其产生老化、腐蚀现象，以致其外观和力学性能均会劣化。因此，工程机械需要涂装防护，需要在其表面涂覆一层漆膜，由于涂装后的整体效果都是通过面漆膜展示出来的，所以要求面漆膜必需具有高硬度、高光泽度、耐候性好、理想的机械性能、附着力强的特性。
3.水性涂料具有安全环保的特点，被用于取代污染严重的溶剂型涂料，在许多领域都有着广泛的应用。在工程机械涂料领域，目前水性化涂料的热门主要有水性丙烯酸酯涂料、水性环氧涂料、水性聚氨酯涂料等，其中水性聚氨酯涂料由于装饰性好、机械性能好、涂层具有极好的耐碱性、耐水性、耐湿气性能，因此在工程机械涂料方面主要用做面漆，与水性环氧、水性醇酸、水性聚酯等防腐蚀底漆进行配套。现有的水性聚氨酯涂料都是双组份的产品，水性涂料施工时因固含量较低，会存在干燥慢、丰满度差、施工易流挂的问题，对涂料施工参数和环境要求较为苛刻，施工质量难以控制而造成良品率低，返工概率大。

技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种双组份水性聚氨酯面漆，其干燥速度快，可低温烘烤或自干，涂膜硬度高，高光泽度，丰满度好，附着力优异，具有理想的机械性能，耐候性好。此外，本发明还提供一种上述双组份水性聚氨酯面漆的制备方法和应用。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明的第一方面，提供一种双组份水性聚氨酯面漆，包括a组分和b组分；
7.所述a组分包括如下质量百分比的原料：水性羟基丙烯酸二级分散体60～70％、分散剂1～ 1.5％、ph值调节剂0.2～0.3％、基材润湿剂0.1～0.2％、流平剂0.1～0.2％、防爆泡助剂0.8～ 1.5％、高沸点助溶剂2～3％、二氧化钛5～10％、气相二氧化硅0.5～1％、浆(用于调)2～ 3％、余量为去离子水；
8.所述b组分包括如下质量百分比的原料：异氰酸固化剂80～90％、余量为丙二醇二乙酸酯。
9.采用上述技术方案：
10.首先，采用水性羟基丙烯酸二级分散体作为基础树脂，可提高漆膜的干燥速度、光
泽度和丰满度，同时得到的漆膜具有硬度高、丰满度好、光泽度高、与基材附着力好、耐候性好、不黄变、对人体无毒害的优点。
11.其次，气相二氧化硅具有防流挂功能，其与防爆泡助剂进行复配，使涂漆具有较高的触变性、防流挂性，而且配漆后不会因涂料粘度急剧增加而影响施工性，可进行一次性厚涂。
12.再次，异氰酸固化剂由质量比为1：(1-1.4)的疏水性hdi三聚体和基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯混合而成，疏水性hdi三聚体购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为os-9030，基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为os-9018。采用疏水性hdi三聚体和基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯复配作为固化剂，利用基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯与水性羟基丙烯酸二级分散体较快的反应速度以提高配漆后涂漆的粘度和触变性，避免配漆初期施工时出现流挂；但亲水性固化剂配漆后期粘度和触变性又会下降，此时疏水性hdi三聚体会协同提高配漆后期粘度和触变性，因此本技术的漆料配方体系在使用时具有合适的粘度、触变性和良好的施工性能。
13.具体地，所述水性羟基丙烯酸二级分散体的固含量为43～47％，羟基含量为3～3.5％，ph 值为7～9，粘度为1000～2000cps/25℃。
14.本技术中，采用水性羟基丙烯酸二级分散体的羟基含量为3～3.5％，降低了羟基的含量，可以提高漆膜的干燥速度，使得后续漆膜可自干，能够满足在没有烘干条件下但对于涂膜性能有较高要求的工艺要求。
15.但是，由于水性羟基丙烯酸二级分散体的羟基含量降低，会导致漆膜的交联度降低，并导致干燥后漆膜硬度和耐候性降低，本技术中为了弥补上述缺陷，选择向a组分体系中加入 5～10wt％水性含羟基聚氨酯分散体，其与异氰酸固化剂发生交联反应，显著提升了体系的交联密度。将水性羟基丙烯酸二级分散体与水性含羟基聚氨酯分散体以特定比例复配，可以提升漆膜的干燥速度，还能保证漆膜具有高硬度和高耐候性能。
16.水性羟基丙烯酸二级分散体的型号为hb1032，水性含羟基聚氨酯分散体型号为 bayhydrol xp 2601。
17.具体地，所述高沸点助溶剂为二丙二醇丁醚。
18.二丙二醇丁醚具有优异的溶解力及与水有良好的兼容性，能够降低反应体系的粘度，使得固化速度适中，提高成膜性，促进固化过程中均匀涂膜的形成。
19.具体地，所述防爆泡助剂为byk-aq，所述基材润湿剂为tego 4100。
20.具体地，所述ph值调节剂为二甲基乙醇胺。具体地，可采用巴斯夫dmea型号。
21.具体地，所述a组分与b组分的重量比为100:(18～22)。
22.本发明的第二方面，提供一种上述双组份水性聚氨酯面漆的制备方法，包括如下步骤：
23.s1、将80％配方量的去离子水、50％配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体投入到容器中，加入分散剂搅拌混合均匀，随后缓慢加入二氧化钛和气相二氧化硅进行搅拌预分散30～40min，搅拌混合均匀后，将容器内的混合物输送至砂磨机中进行研磨处理至10μm以下，再用剩下20％配方量的去离子水清洗砂磨机残余物料制成基料；
24.s2、将剩余配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体、高沸点助溶剂投入至基料漆缸
内分散均匀，然后加入基材润湿剂、流平剂和防爆泡助剂分散均匀，再加入ph值调节剂调节ph值至7～8，接着加入浆调，继续分散20～30min，经过滤后得到a组分；
25.s3、取配方量的异氰酸固化剂和丙二醇二乙酸酯，混合均匀，过滤后得到b组分；
26.s4、涂装时按比例将a组分和b组分加入到容器内，分散混合均匀，得到双组份水性聚氨酯面漆。
27.本发明的第三方面，提供一种上述双组份水性聚氨酯面漆的应用，所述双组份水性聚氨酯面漆用于机械设备、仪器仪表、汽车车厢、自干型atm机、工业设备、钢瓶等的涂装。
28.涂装前，一般会对工程机械类产品结构件进行前处理，前处理的好坏是漆膜附着力的核心，前处理具体流程为：先对待涂装部位进行抛丸处理，处理后吹灰、脱脂处理、磷化处理，经过上述处理使漆膜达到最佳附着状态。
29.具体地，所述双组份水性聚氨酯面漆采用刷涂或喷涂方式施工，可低温烘烤或自干，施工时，若漆料粘度较大，可将双组份水性聚氨酯面漆加水稀释，加入水的比例为5～10％。
30.施工具体操作步骤：
31.1、基层前处理：先对待涂装部位进行抛丸处理，处理后吹灰、脱脂处理、磷化处理；
32.2、第一遍漆：要厚薄均匀，线角处要薄一些但要盖底，不出现流淌及刷痕。
33.3、磨砂纸：用320目砂纸打磨，注意保护棱角，达到表面平整光滑，线角平直整齐一致，砂纸要轻磨，磨完后用湿布打扫干净。
34.4、最后一遍漆：喷涂时注意要涂层饱满，不流不坠、光亮均匀、泽一致，如有毛病要及时修整，自干方式。
35.5、冬期施工：冬期施工时，施工的环境温度不宜低于5-10℃，相对湿度不宜大于60％。
36.漆膜可自干，也可进行低温烘烤，自干时环境温度不低于5℃，湿度不高于70％，烘干时，烘烤度40-60℃，不少于25分钟。
37.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
38.本发明中的双组份水性聚氨酯面漆干燥速度快，可低温烘烤或自干，固含量高、高硬度、理想的机械强度、良好的耐候性能，附着力优异，高光泽度，丰满度好，装饰性能好，以水为稀释剂，绿环保健康，不会对施工人员及环境造成伤害和污染，粘度适中，触变性好，可进行厚涂，湿膜厚度可达到65μm以上而且不会出现流挂现象，且漆膜无痱子和暗泡；
39.本发明中双组份水性聚氨酯面漆的制备方法简单，工艺稳定，条件可控，可工业化生产，有利于推广应用。
具体实施方式
40.实施例1
41.一种双组份水性聚氨酯面漆，包括a组分和b组分，a组分与b组分的重量比为100:18；
42.a组分包括如下质量百分比的原料：水性羟基丙烯酸二级分散体(hb1032)70％、分散剂 (byk-190)1.5％、ph值调节剂(巴斯夫dmea)0.2％、基材润湿剂(tego 4100)0.1％、流平剂(tego 450)0.15％、防爆泡助剂(byk-aq)1.5％、高沸点助溶剂(二丙二醇丁醚)2.8％、
二氧化钛(金红石钛白粉)5％、气相二氧化硅1％、浆(水性黑浆)2％、余量为去离子水；
43.b组分包括如下质量百分比的原料：异氰酸固化剂80％、余量为丙二醇二乙酸酯。
44.水性羟基丙烯酸二级分散体(型号为hb1032)的固含量为43～47％，羟基含量为3～3.5％， ph值为7～9，粘度为1000～2000cps/25℃。
45.异氰酸固化剂由质量比为1：1的疏水性hdi三聚体和基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯混合而成，疏水性hdi三聚体购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为os-9030，基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为 os-9018。
46.上述双组份水性聚氨酯面漆的制备方法，包括如下步骤：
47.s1、将80％配方量的去离子水、50％配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体投入到容器中，加入分散剂搅拌混合均匀，随后缓慢加入二氧化钛和气相二氧化硅在600rpm转速下预分散 30min，搅拌混合均匀后，将容器内的混合物隔膜泵输送至砂磨机中进行研磨处理至10μm以下，再用剩下20％配方量的去离子水清洗砂磨机残余物料制成基料；
48.s2、将剩余配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体、高沸点助溶剂投入至基料漆缸内分散均匀，然后加入基材润湿剂、流平剂和防爆泡助剂分散均匀，再加入ph值调节剂调节ph值至7，接着加入浆调，在800rpm转速下分散20min，经过滤后得到a组分；
49.s3、取配方量的异氰酸固化剂和丙二醇二乙酸酯，混合均匀，过滤后得到b组分；
50.s4、涂装时按比例将a组分和b组分加入到容器内，在150rpm转速下分散5min，得到双组份水性聚氨酯面漆。
51.实施例2
52.一种双组份水性聚氨酯面漆，包括a组分和b组分，a组分与b组分的重量比为100:19；
53.a组分包括如下质量百分比的原料：水性羟基丙烯酸二级分散体(hb1032)60％、水性含羟基聚氨酯分散体(bayhydrol xp 2601)10％、分散剂(byk-190)1％、ph值调节剂(巴斯夫dmea)0.3％、基材润湿剂(tego 4100)0.1％、流平剂(tego 450)0.2％、防爆泡助剂(byk-aq) 0.8％、高沸点助溶剂(二丙二醇丁醚)2.4％、二氧化钛(金红石钛白粉)10％、气相二氧化硅 0.5％、浆(水性黑浆)3％、余量为去离子水；
54.b组分包括如下质量百分比的原料：异氰酸固化剂82％、余量为丙二醇二乙酸酯。
55.水性羟基丙烯酸二级分散体(型号为hb1032)的固含量为43～47％，羟基含量为3～3.5％， ph值为7～9，粘度为1000～2000cps/25℃。
56.异氰酸固化剂由质量比为1：1.1的疏水性hdi三聚体和基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯混合而成，疏水性hdi三聚体购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为os-9030，基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为 os-9018。
57.上述双组份水性聚氨酯面漆的制备方法，包括如下步骤：
58.s1、将80％配方量的去离子水、50％配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体投入到容器中，加入分散剂搅拌混合均匀，随后缓慢加入二氧化钛和气相二氧化硅在800rpm转速下预分散 30min，搅拌混合均匀后，将容器内的混合物隔膜泵输送至砂磨机中进行研磨处理至10μm以下，再用剩下20％配方量的去离子水清洗砂磨机残余物料制成基料；
59.s2、将剩余配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体、水性含羟基聚氨酯分散体、高沸点助溶剂投入至基料漆缸内分散均匀，然后加入基材润湿剂、流平剂和防爆泡助剂分散均匀，再加入ph值调节剂调节ph值至8，接着加入浆调，在800rpm转速下分散30min，经过滤后得到a组分；
60.s3、取配方量的异氰酸固化剂和丙二醇二乙酸酯，混合均匀，过滤后得到b组分；
61.s4、涂装时按比例将a组分和b组分加入到容器内，在150rpm转速下分散8min，得到双组份水性聚氨酯面漆。
62.实施例3
63.一种双组份水性聚氨酯面漆，包括a组分和b组分，a组分与b组分的重量比为100:20.5；
64.a组分包括如下质量百分比的原料：水性羟基丙烯酸二级分散体(hb1032)67％、水性含羟基聚氨酯分散体(bayhydrol xp 2601)7％、分散剂(byk-190)1.3％、ph值调节剂(巴斯夫dmea)0.25％、基材润湿剂(tego 4100)0.1％、流平剂(tego 450)0.1％、防爆泡助剂(byk-aq) 1％、高沸点助溶剂(二丙二醇丁醚)3％、二氧化钛(金红石钛白粉)6％、气相二氧化硅0.6％、浆(水性黑浆)2％、余量为去离子水；
65.b组分包括如下质量百分比的原料：异氰酸固化剂90％、余量为丙二醇二乙酸酯。
66.水性羟基丙烯酸二级分散体(型号为hb1032)的固含量为43～47％，羟基含量为3～3.5％， ph值为7～9，粘度为1000～2000cps/25℃。
67.异氰酸固化剂由质量比为1：1.4的疏水性hdi三聚体和基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯混合而成，疏水性hdi三聚体购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为os-9030，基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为 os-9018。
68.上述双组份水性聚氨酯面漆的制备方法，包括如下步骤：
69.s1、将80％配方量的去离子水、50％配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体投入到容器中，加入分散剂搅拌混合均匀，随后缓慢加入二氧化钛和气相二氧化硅在600rpm转速下预分散 40min，搅拌混合均匀后，将容器内的混合物隔膜泵输送至砂磨机中进行研磨处理至10μm以下，再用剩下20％配方量的去离子水清洗砂磨机残余物料制成基料；
70.s2、将剩余配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体、水性含羟基聚氨酯分散体、高沸点助溶剂投入至基料漆缸内分散均匀，然后加入基材润湿剂、流平剂和防爆泡助剂分散均匀，再加入ph值调节剂调节ph值至7.4，接着加入浆调，在1000rpm转速下分散20min，经过滤后得到a组分；
71.s3、取配方量的异氰酸固化剂和丙二醇二乙酸酯，混合均匀，过滤后得到b组分；
72.s4、涂装时按比例将a组分和b组分加入到容器内，在200rpm转速下分散5min，得到双组份水性聚氨酯面漆。
73.实施例4
74.一种双组份水性聚氨酯面漆，包括a组分和b组分，a组分与b组分的重量比为100:22；
75.a组分包括如下质量百分比的原料：水性羟基丙烯酸二级分散体(hb1032)70％、水性含羟基聚氨酯分散体(bayhydrol xp 2601)5％、分散剂(byk-190)1.4％、ph值调节剂(巴
斯夫dmea)0.2％、基材润湿剂(tego 4100)0.15％、流平剂(tego 450)0.1％、防爆泡助剂(byk-aq) 0.8％、高沸点助溶剂(二丙二醇丁醚)2％、二氧化钛(金红石钛白粉)8％、气相二氧化硅0.5％、浆(水性黑浆)2％、余量为去离子水；
76.b组分包括如下质量百分比的原料：异氰酸固化剂88％、余量为丙二醇二乙酸酯。
77.水性羟基丙烯酸二级分散体(型号为hb1032)的固含量为43～47％，羟基含量为3～3.5％， ph值为7～9，粘度为1000～2000cps/25℃。
78.异氰酸固化剂由质量比为1：1.2的疏水性hdi三聚体和基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯混合而成，疏水性hdi三聚体购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为os-9030，基于hdi的亲水聚醚改性脂肪族聚异氰酸酯购自广州冠志新材料科技有限公司，型号为 os-9018。
79.上述双组份水性聚氨酯面漆的制备方法，包括如下步骤：
80.s1、将80％配方量的去离子水、50％配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体投入到容器中，加入分散剂搅拌混合均匀，随后缓慢加入二氧化钛和气相二氧化硅在600rpm转速下预分散 40min，搅拌混合均匀后，将容器内的混合物隔膜泵输送至砂磨机中进行研磨处理至10μm以下，再用剩下20％配方量的去离子水清洗砂磨机残余物料制成基料；
81.s2、将剩余配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体、水性含羟基聚氨酯分散体、高沸点助溶剂投入至基料漆缸内分散均匀，然后加入基材润湿剂、流平剂和防爆泡助剂分散均匀，再加入ph值调节剂调节ph值至7.9，接着加入浆调，在1000rpm转速下分散20min，经过滤后得到a组分；
82.s3、取配方量的异氰酸固化剂和丙二醇二乙酸酯，混合均匀，过滤后得到b组分；
83.s4、涂装时按比例将a组分和b组分加入到容器内，在200rpm转速下分散5min，得到双组份水性聚氨酯面漆。
84.试验例
85.对实施例1-4中制得的双组份水性聚氨酯面漆进行性能测试，测试方法和测试结果见表 1。
86.表1
87.[0088][0089]
由表1中测试结果可知，实施例1-4中制得的双组份水性聚氨酯面漆固含量高，可进行厚涂，表干时间短，高硬度，具有理想的机械强度，良好的耐候性能，附着力优异，固化后的漆膜高光泽度，丰满度好，装饰性能好。尤其是实施例2-3中双组份水性聚氨酯面漆的表干时间、硬度和耐侯性优于实施例1中双组份水性聚氨酯面漆。
[0090]
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

技术特征：

1.一种双组份水性聚氨酯面漆，其特征在于，包括a组分和b组分；所述a组分包括如下质量百分比的原料：水性羟基丙烯酸二级分散体60～70％、分散剂1～1.5％、ph值调节剂0.2～0.3％、基材润湿剂0.1～0.2％、流平剂0.1～0.2％、防爆泡助剂0.8～1.5％、高沸点助溶剂2～3％、二氧化钛5～10％、气相二氧化硅0.5～1％、浆2～3％、余量为去离子水；所述b组分包括如下质量百分比的原料：异氰酸固化剂80～90％、余量为丙二醇二乙酸酯。2.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯面漆，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸二级分散体的固含量为43～47％，羟基含量为3～3.5％，ph值为7～9，粘度为1000～2000cps/25℃。3.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯面漆，其特征在于，所述高沸点助溶剂为二丙二醇丁醚。4.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯面漆，其特征在于，所述防爆泡助剂为byk-aq，所述基材润湿剂为tego 4100。5.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯面漆，其特征在于，所述ph值调节剂为二甲基乙醇胺。6.根据权利要求1所述的双组份水性聚氨酯面漆，其特征在于，所述a组分与b组分的重量比为100:(18～22)。7.一种如权利要求1所述的双组份水性聚氨酯面漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将80％配方量的去离子水、50％配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体投入到容器中，加入分散剂搅拌混合均匀，随后缓慢加入二氧化钛和气相二氧化硅进行搅拌预分散30～40min，搅拌混合均匀后，将容器内的混合物输送至砂磨机中进行研磨处理至10μm以下，再用剩下20％配方量的去离子水清洗砂磨机残余物料制成基料；s2、将剩余配方量的水性羟基丙烯酸二级分散体、高沸点助溶剂投入至基料漆缸内分散均匀，然后加入基材润湿剂、流平剂和防爆泡助剂分散均匀，再加入ph值调节剂调节ph值至7～8，接着加入浆调，继续分散20～30min，经过滤后得到a组分；s3、取配方量的异氰酸固化剂和丙二醇二乙酸酯，混合均匀，过滤后得到b组分；s4、涂装时按比例将a组分和b组分加入到容器内，分散混合均匀，得到双组份水性聚氨酯面漆。8.一种如权利要求1所述的双组份水性聚氨酯面漆的应用，其特征在于，所述双组份水性聚氨酯面漆用于机械设备、仪器仪表、汽车车厢、自干型atm机、工业设备、钢瓶等的涂装。9.根据权利要求8所述的双组份水性聚氨酯面漆的应用，其特征在于，所述双组份水性聚氨酯面漆采用刷涂或喷涂方式施工，可低温烘烤或自干，采用喷涂方式施工时，双组份水性聚氨酯面漆加水稀释，加入水的比例为5～10％。

技术总结

本发明公开了一种双组份水性聚氨酯面漆及其制备方法和应用，包括A组分和B组分；所述A组分包括如下质量百分比的原料：水性羟基丙烯酸二级分散体60～70％、分散剂1～1.5％、pH值调节剂0.2～0.3％、基材润湿剂0.1～0.2％、流平剂0.1～0.2％、防爆泡助剂0.8～1.5％、高沸点助溶剂2～3％、二氧化钛5～10％、气相二氧化硅0.5～1％、浆2～3％、余量为去离子水；所述B组分包括如下质量百分比的原料：异氰酸固化剂80～90％、余量为丙二醇二乙酸酯。其干燥速度快，可低温烘烤或自干，涂膜硬度高，高光泽度，丰满度好，附着力优异，具有理想的机械性能，耐候性好。耐候性好。