一种丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法和应用
1.本技术是申请日为2019年3月15日、申请号为201910197494.x、发明名称为《轨道交通车辆内饰用丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法》的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法和应用。


背景技术：

3.近年来，轨道交通行业整体发展态势良好，尤其是各地城市地铁、轻轨得到了极大的关注和支持，随着人们生活水平的提高，针对轨道交通乘坐的安全性和舒适性有新要求，国家对环保及健康有了更多的关注。2018年，铁路总公司颁布的和涂料有关的q/cr 546.1-2016、q/cr 581-2017两项技术标准逐步开始投入应用，溶剂型涂料产品性能要求提高明显。各地轨道交通车辆业主为减少车辆内部刺激性气味，满足乘客对安全性、舒适性的需求，联合中车株机公司，对轨道交通车辆内部的复合材料产品(含表面油漆涂层)和金属产品(含表面油漆涂层)，涂料涂装提出《轨道交通产品禁用物质》(qtx q2-003-2015)标准要求和涂装干燥后的产品采用iso 12219-2-2012的检测方法测量其残余voc总量，要求：复合材料产品(含表面油漆涂层)voc总量≤8000μg/m3，醛酮酸等voc≤1600μg/m3；金属材料产品33(含表面油漆涂层)voc总量≤6000μg/m，苯系物voc≤4000μg/m。同时，涂料产品还必须需满足q/cr 546.1-2016、q/cr 581-2017两项技术标准。而现有的轨道交通车辆内饰用涂料产品较少能满足全部要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种tvoc残留量极低、性能优异的丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法和应用，以适应城市轨道交通车辆行业越来越高的涂装性能要求和环保要求。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种丙烯酸聚氨酯面漆，包括漆料和固化剂，按重量份计，所述的漆料包括：高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂30-40份、四氟改性高固高羟基聚酯树脂10-25份、颜料组分29-51份、助剂4.7-8.5份；所述固化剂包括：无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体58-62份、聚氨酯脱水剂1-3份、混合溶剂32-40份；
7.按重量份计，所述漆料与固化剂的配比为3:1；
8.按重量份计，所述颜料组分包括：颜料15-25份、哑光粉4-6份、聚酰胺蜡1-5份、稀释剂8-20份；所述稀释剂包括：乙二醇丁醚25份、丙二醇甲醚25份、乙酸乙酯25份、乙酸丁酯25份；
9.所述混合溶剂为非苯混合溶剂；按重量份计，所述混合溶剂包括：乙二醇丁醚10-30份、丙二醇甲醚10-30份、乙酸乙酯10-30份、乙酸丁酯10-30份；
10.所述高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂的羟基含量为1.5-2％，所述四氟改性高固
高羟基聚酯树脂的羟基含量为6.5-7％；
11.所述助剂均为无溶剂助剂；按重量份计，所述无溶剂助剂包括：无溶剂型防涂鸦反应型有机硅流平剂1-2份、无溶剂型有机硅消泡剂0.5-1份、无溶剂型低分子量润湿分散剂1-2份、无溶剂型抗老化助剂2-3份、无溶剂型流平剂0.2-0.5份。
12.所述高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂较普通高羟基丙烯酸聚氨酯树脂具有更好的耐水性，同时不含任何禁限用物质，“五苯三醛”溶剂含量极低，能有效提高涂料成膜后的耐水性、同时赋予漆膜良好的热稳定性、机械性等优异性能。
13.所述四氟改性高固高羟基聚酯树脂较之普通聚酯树脂具有更好的爽滑性和更高的固含，不含任何禁限用物质，“五苯三醛”溶剂含量极低，具有良好的柔韧性和爽滑性，能提高涂料成膜后的弯折性、耐冲击等优异性能。
14.所述固化剂为无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体，在保证不黄变及提高耐候性的情况下，平衡硬度及柔韧性。
15.所述助剂均采用无溶剂型种类，禁限用物质含量较低，使得优化后的涂料能满足轨道交通涂料要求的同时，环保性能优异。
16.所述颜料选用主要以白色为主，可根据用户需求调制颜色。
17.所述聚酰胺蜡具有爽滑性和防沉降功能，同时具有辅助消光作用，用它制备哑光面漆时可减少哑光粉用量，同时使施工过程容易控制、可厚涂、光泽稳定及增加耐磨性。
18.所述聚氨酯脱水剂可以解决无苯类稀释剂含水量相对较高的问题，同时也解决了固化剂的储存稳定性问题。
19.所述溶剂主要为酯类和醚类溶剂，溶解能力较强，醛酮酸苯类溶剂含量极低，环保性能优异。
20.本发明所述的轨道交通车辆内饰用丙烯酸聚氨酯面漆的制备方法，包含以下步骤：
21.s1、半成品色浆的制备：依次按上述重量份加入颜料组分搅拌，均匀后加入高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂、四氟改性高固高羟基聚酯树脂和助剂，分散、密闭静置、研磨，得半成品色浆，备用；
22.s2、漆料的制备：在所述半成品色浆中按重量份计加入其余漆料组分，搅拌均匀后，过滤、得漆料，备用；
23.s3、固化剂的制备：氮气状态下，按上述重量依次加入无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体固化剂、混合溶剂、聚氨酯脱水剂，搅拌、过滤，备用；
24.所述步骤s1与s3、步骤s2与s3之间没有时间顺序限制。
25.优选的，所述步骤s1中，所述搅拌转速为400-600转/分钟，搅拌3-5分钟；所述分散转速为800-1200转/分钟，分散时间10-15分钟，所述密闭静置时间12h，所述研磨至细度≤20μm。
26.优选的，所述步骤s2中，所述搅拌转速为800-1200转/分钟，搅拌10-15分钟，所述过滤用的滤网目数为120目；所述步骤s3中，所述搅拌转速为400-600转/分钟，搅拌3-5分钟，所述过滤用的滤网，所述滤网目数为120目。
27.优选的，所述步骤s3中，所述无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体固化剂、混合溶剂、聚氨酯脱水剂依次加入密闭容器中，所述氮气体积量大于密闭容器容量1/2后再开始加
入固化剂组分。
28.在某些优选的实施例中，所述步骤s1中，所述助剂为分散剂、消泡剂、流平剂。
29.在某些优选的实施例中，所述步骤s2中，搅拌时可根据粘度加入适量稀释剂调整。
30.在某些优选的实施例中，所述步骤s2中，所述漆料其余组分包括老化助剂和其他助剂。
31.本发明还提供了上述技术方案所述丙烯酸聚氨酯面漆或上述技术方案所述制备方法制备得到的丙烯酸聚氨酯面漆在轨道交通车辆内饰中的应用；所述应用方法为将漆料与固化剂按3:1的重量比混合，即得轨道交通车辆内饰用丙烯酸聚氨酯面漆。
32.在某些优选的实施例中，所述轨道交通车辆内饰用丙烯酸聚氨酯面漆施工时，可添加适量稀释剂调节施工粘度。
33.本丙烯酸聚氨酯面漆的作用机理如下：
34.(1)高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂与四氟改性高固高羟基聚酯树脂，两种原料固含均在85％左右。聚醚树脂体系粘度低，用其改性丙烯酸树脂可制备高固含，聚酯树脂采用超支化技术可做到百分之百固含，四氟改性聚酯树脂也可制备高固含，同时合成过程中均采用了乙酸丁酯作为溶剂进行稀释，无苯系物、醛酮类溶剂。
35.(2)高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂选择羟基含量1.5-2％，四氟改性高固高羟基聚酯树脂选择羟基含量6.5-7％，两种树脂有限混溶，制得的漆膜光泽度不高，但光泽稳定性非常好，适用于轨道交通内饰涂装，制备哑光面漆辅助以少量哑光粉和聚酰胺蜡调节光泽，施工过程容易控制；
36.(3)聚醚改性丙烯酸树脂，醚键内聚能低，并易旋转，本身柔顺性能好，耐水解性能优良，丙烯酸树脂保光保色性好；氟改性聚酯树脂树脂，氟树脂耐候性好，表面张力低，聚酯树脂丰满度高，机械性好等，与异氰酸酯、助剂等组份混合后所制得的产品漆膜柔韧性、耐磨性和耐划伤性能均较好；
37.(4)聚酰胺蜡具有爽滑性和防沉降功能，同时具有辅助消光作用，用它制备哑光面漆时可减少哑光粉用量，同时使施工过程容易控制、可厚涂、光泽稳定及增加耐磨性；
38.(5)轨道交通车辆内饰用低残留tvoc聚氨酯面漆制漆及施工过程中所用稀料较少，产品干燥后，溶剂挥发较为完全，tvoc检测量含量低，刺激性气味和异味小；
39.(6)稀释剂采用不含苯类的溶剂，溶解能力强，环保能力强；
40.(7)所用助剂均为无溶剂型助剂，从而保证无苯无醛酮类溶剂；
41.(8)固化剂为无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体，无苯类稀释剂，含水量相对较高，通过添加聚氨酯脱水剂，解决了固化剂的储存稳定性问题。
42.本发明的技术要点是：高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂与四氟改性高固高羟基聚酯树脂作为主要树脂，高固低黏，使得漆膜具备普通羟基丙烯酸聚氨酯树脂耐磨优、化学稳定性好的特点，能满足q/cr-546.1-2016、q/cr-581-2017性能要求。产品本身固含较高，所用溶剂较少，且均为非苯型溶剂，也不含醛酮等溶剂，在漆膜干燥后基本无残留，tvoc检测中“五苯三醛”含量数据较低。四氟改性高固高羟基聚酯树脂能提高产品整体的耐冲击和耐弯折性能，与聚酰胺蜡、无溶剂型防涂鸦反应型有机硅流平剂配合使用，使得产品能够长时间保持较好的防涂鸦性能。各种助剂采用无溶剂型种类，禁限用物质含量较低，使得优化后的涂料能满足轨道交通涂料要求的同时，环保性能优异。
43.总之，本发明是针对城市轨道交通车辆越来越高的涂装性能要求以及越来越严格的环保要求而专门研发的一种涂料。新的轨道交通车辆内饰用低残留tvoc聚氨酯面漆具有优良的附着力、光泽、耐酸碱性等性能，在抗划伤、耐磨性、防涂鸦、环保性方面更是得到了大大的提升。
44.本发明的有益效果是：
45.(一)、本发明所用的高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂为利用聚醚体系粘度低的特点制成，固含高，在保持丙烯酸树脂保光保色性的基础上，通过聚醚改性(聚醚柔顺性好)，提高了树脂的机械性能及耐磨、耐划伤性；
46.(二)、本发明所用的高固高羟氟改性聚酯树脂，采用高温高压下的超支化技术制成，固含很高。聚酯树脂本身具有柔性链段，具有柔韧性和回弹性，能提供漆膜丰满性和一次施工厚度。通过四氟改性，利用氟的低表面能具有化学稳定性、耐候性憎水性及防粘抗污性等特点，与聚酯树脂形成性能互补关系，既提高了聚酯树脂的整体性能，又弥补了氟树脂机械性和成膜性的不足。
47.(三)、本发明中高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂与高固高羟氟改性聚酯树脂配合使用，形成高羟与低羟搭配的体系，保证漆膜交联密度适中，机械性能最佳。两种原料树脂均为高固含树脂，形成的漆料及漆膜tvoc含量低，通过利用两种树脂有限的兼容性，使得树脂体系本身光泽度不高，在制作哑光漆时，消光粉添加量少，有利于产品的消光，并且光泽稳定性较好。
48.(四)、本发明产品交联密度适中、丰满度好；
49.(五)、本发明产品易施工，可一次喷涂成型，减少施工次数。涂料与其它涂层配套性好，在轨道交通车辆用漆中的一般聚氨酯中涂漆及环氧底漆(需打磨)上均有良好附着力，划格试验可达0级；
50.(六)、本发明产品制成的漆膜tvoc残留量低，仅为同类进口品tvoc检测残留量的20％左右；
51.(七)、本发明产品制成的漆膜高抗划伤、耐磨优、防涂鸦性能好；
52.(八)、本发明产品综合性能好，其性能可满足铁路总公司q/cr 546.1-2016和q/cr 581-2017标准中面漆的要求，禁限用物质可满足中国中车株机公司的《轨道交通产品禁用物质》(qtx q2-003-2015)企标要求。
附图说明
53.图1是本发明的固化剂生产容器图；
54.图2是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
55.以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
56.实施例1
57.一种丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法，包括漆料和固化剂两部分，所述的该聚氨酯漆按重量份计，包括以下原料：
58.(1)漆料组分包括：高固高羟基丙烯酸聚氨酯树脂30份、氟改性高固高羟基聚酯树脂25份、无溶剂型防涂鸦反应型有机硅流平剂1.5份、无溶剂型有机硅消泡剂0.8份、无溶剂型低分子量润湿分散剂1.5份、无溶剂型抗老化助剂2份、无溶剂型流平剂0.5份、颜料22.7份、哑光粉6份、聚酰胺蜡1份、稀释剂9份；
59.(2)固化剂组分包括：
60.无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体60份、聚氨酯脱水剂1份、乙二醇丁醚10份、丙二醇甲醚10份、乙酸乙酯9份、乙酸丁酯10份；
61.其中稀释剂包括：乙二醇丁醚25份、丙二醇甲醚25份、乙酸乙酯25份、乙酸丁酯25份。
62.制备步骤为：
63.s1、各色半成品色浆的制备：将稀释剂、哑粉、颜料、聚酰胺蜡、分散剂、消泡剂、流平剂依次按重量添加在容器中，并把该容器缸置于分散机下，开启分散机，调节转速为400-600转/分钟，搅拌3-5分钟。然后在搅拌状态下依次加入高固高羟基丙烯酸聚氨酯树脂和氟改性高固高羟基聚酯树脂，加料完毕后，提升分散机转速为800-1200转/分钟，搅拌10-15分钟，密闭静置12h以上，即得预分散浆；用隔膜泵将预分散浆泵入砂磨机中，研磨至细度≤20μm，即得各色半成品色浆。用铁桶包装，待用。
64.s2、漆料的制备：将各色半成品色浆按相应颜色配方配比添加在容器中，并把该容器缸置于分散机下，开启分散机，调节转速为400-600转/分钟，然后在搅拌状态下加入老化助剂、无溶剂型防涂鸦反应型有机硅流平剂和稀释剂，加料完毕后，提升分散机转速为800-1200转/分钟，搅拌10-15分钟，在120目的滤网中过滤，除去机械杂质，即成漆料，用成品铁桶包装；
65.s3、固化剂的制备：在如附图1所示密闭容器中充入氮气，充入氮气气体体积量大于容器容量1/2即可停止。将上述无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体固化剂、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、乙酸乙酯、乙酸丁酯按重量加入到容器缸中，开启分散机，调节转速为400-600转/分钟，搅拌3-5分钟，然后在搅拌状态下加入聚氨酯脱水剂，搅拌1-2分钟后，停止搅拌，在120目的滤网中过滤包装；
66.s4、轨道交通车辆用聚氨酯漆的制备：在使用时，将漆料与固化剂按3:1的重量比进行混合，即成轨道交通车辆内饰用丙烯酸聚氨酯面漆，施工时，可添加适量稀释剂调节施工粘度。
67.实施例2
68.一种丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法，包括漆料和固化剂两部分，所述的该聚氨酯漆按重量份计，包括以下原料：
69.(1)漆料组分包括：高固高羟基丙烯酸聚氨酯树脂35份、氟改性高固高羟基聚酯树脂17.5份、无溶剂型防涂鸦反应型有机硅流平剂1份、无溶剂型有机硅消泡剂0.5份、无溶剂型低分子量润湿分散剂1份、无溶剂型抗老化助剂3份、无溶剂型流平剂0.3份、颜料24.7份、哑光粉4.5份、聚酰胺蜡1.5份、稀释剂11份；
70.(2)固化剂组分包括：
71.无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体60份、聚氨酯脱水剂1.2份、乙二醇丁醚10份、丙二醇甲醚10份、乙酸乙酯10.8份、乙酸丁酯8份；
72.其中稀释剂如实施例1。
73.具体组分如表3所示。
74.制备步骤如实施例1。
75.实施例3
76.一种丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法，包括漆料和固化剂两部分，所述的该聚氨酯漆按重量份计，包括以下原料：
77.(1)漆料组分包括：高固高羟基丙烯酸聚氨酯树脂40份、氟改性高固高羟基聚酯树脂13.3份、无溶剂型防涂鸦反应型有机硅流平剂2份、无溶剂型有机硅消泡剂1份、无溶剂型低分子量润湿分散剂1.3份、无溶剂型抗老化助剂2.5份、无溶剂型流平剂0.4份、颜料16.5份、哑光粉5份、聚酰胺蜡1份、稀释剂17份；
78.(2)固化剂组分包括：
79.无溶剂型脂肪族聚异氰酸酯三聚体60份、聚氨酯脱水剂1.5份、乙二醇丁醚12份、丙二醇甲醚8份、乙酸乙酯8.5份、乙酸丁酯10份；
80.其中稀释剂如实施例1。
81.具体组分如表3所示。
82.制备步骤如实施例1.
83.注：上述高固聚醚改性低羟基丙烯酸树脂与四氟改性高固高羟基聚酯树脂为武汉煜昌化工有限公司产，聚氨酯脱水剂为拜耳公司产，分散剂、有机硅消泡剂、有机硅流平剂为德国byk公司产，聚酰胺蜡和防涂鸦助剂为中山金团公司产，抗老化助剂为德国巴斯夫公司产，固化剂为德国拜耳或巴斯夫公司产，乙酸乙酯、丁酯、乙二醇丁醚和丙二醇甲醚为江苏三木化工产。
84.本丙烯酸聚氨酯面漆除满足铁路总公司的《动车组用涂料与涂装-第1部分：车体外表面用涂料及涂层体系》(q/cr 546.1-2016)和《铁路客车用涂料技术条件》(q/cr 581-2017)两项标准面漆相关要求外，还可满足中国中车株机公司的《轨道交通产品禁用物质》(qtx q2-003-2015)企标要求，残留tvoc检测结果见表1，实施例产品抗划伤、耐磨、防涂鸦性能、划格、施工性能结果见表2。
85.表1漆料残留tvoc检测结果
[0086][0087]
表2产品性能检测结果
[0088][0089]
如表2所示，本产品的性能比目前市面产品性能明显优越：抗划伤测试结果≥30n，明显高于市面产品20n；耐磨耗性能24-26mg；防涂鸦性能为1级，明显优于目前市面产品3级；同时划格试验和施工性能方面也有不可替代的优势。
[0090]
表3本发明的实施例组分表
[0091][0092][0093]
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围。