一種界面附著力增進劑及其製備方法和應用與流程

2023-04-23 16:29:21

本發明涉及一種添加在塗料中的有機化合物，該有機化合物的製備方法，以及該有機化合物的用途，屬於塗料技術領域。

背景技術：

隨著人們對環保及能源的日益重視，世界各國都相繼制定或正在制定日趨嚴歷的法律法規，嚴格限制塗料VOC的排放量。我國為了適應經濟結構轉型和日趨嚴重的環境問題，明確提出要加快發展高性能、節能、與功能性塗料及配套原料的研究，特別指出要開發水性汽車漆和水性塑料塗料。由於各種塑料及其愈來愈多的衍生複合產品廣泛應用於人們日常生活和工業消費品行業，包括汽車塑料件、家電、玩具、手機等電子消費品等主要應用領域，大規模的工業塗裝帶來了大量的VOC排放，因此，由有機溶劑塗料向水性塗料的轉換刻不容緩。

聚氨酯塗料具有較好的耐水性、耐候性、良好的機械性能、高光、耐溼氣等優點，而受到廣泛地應用。而水性聚氨酯越來越受到重視，特別是近幾年水性聚氨酯的製備技術更是突飛猛進。ABS、PVC、PS、HIPS、PC等塑料屬於非結晶塑料，由於非結晶塑料的非結晶性，有著較高的表面能及表面極性，因此與塗層附著力較強，在水性樹脂選擇上有著較大的範圍，常見的丙烯酸酯乳液、丙烯酸聚氨酯分散體等均可用於非結晶塑料表面，但是這些都是在上述塑膠基材上單層塗層所體現的良好附著力，如果和UV罩光清漆配套，整個塗層的附著力基本喪失。

專利WO2006093916-A2 介紹了一種水性塗料組合物，它是由包含底漆樹脂的有機相、水相和乳化劑組成，可以作為塗料的添加劑，改善塗料的附著力，可以用於木材或 塑料表面。

Michael D. Gerno等研究了鏈烷醇胺等水性中和劑的添加對塑料用水性塗料附著力的影響，在相同對比試驗下，使用不同中和劑的水性塗料對塑料基材的附著力是有差別的。

美國專利US6184281-B2介紹了一種金屬離子交聯的塑料基材用塗膜，它包括胺中和的多羧基水基分散樹脂和提供交聯點的複合鋅銨鹽，塗膜具有良好的柔韌性、高光、耐溼氣等優點，主要用於高極性塑料基材的外保護。

歐洲專利EP1159323介紹了一種水性聚氨酯分散體用於塑料塗料，特別是用於汽車塑料零部件上，對塑料基材具有優異附著力、耐水性和耐鹽霧性。

中國發明專利CN200610026688.6和中國發明專利CN200610026686.7報導了採用水性納米複合聚酯樹脂製備的水性聚氨酯塗層和水性聚酯-氨基樹脂塗層材料，可用於極性塑料表面塗層。

生產水性塑料用樹脂及塗料的公司如美國PPG公司、美國Rohm and Haas公司、德國Bayer公司、德國BASF公司、德國Alberdingk公司、日本DIC等，產品主要用於ABS、PVC、PS、PC等塑料表面噴塗；中國科學院成都有機化學公司和恆昌塗料有限公司開發的水性塑膠塗料，主要用於PVC、ABS、PS、HIPS等塑料表面噴塗和皮革塗飾。已有的水性塑料塗料塗膜的硬度、光澤等還有待進一步提高。

水性聚氨酯及丙烯酸改性聚氨酯等水性樹脂對於極性塑料表面具有很好的粘接力，但如何開發一種和UV罩光清漆配套，與現有生產流水線配套，將現有的溶劑型塗料轉換成水性單組份塑膠塗料是一個亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，提供一種可以使得水性單組分塑膠塗料與非結晶塑膠基材之間具有優異的界面附著力的界面附著力增進劑，以及這種界面附著力增進劑的製備方法和應用。

本發明為解決上述技術問題提出的一種技術方案是：一種界面附著力增進劑，由金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物反應而成。

上述金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物在反應中的質量比為3.5～4.5∶1.5～2.5∶1。

上述金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物在反應中的質量比為4∶2∶1。

上述金屬有機物是鈦酸異丙酯、異丙醇鋁、鋯酸酯、乙醯丙酮鋁、乙醯丙酮鐵中的一種或多種。

上述多異氰酸酯是TDI-TMP加成物、TDI三聚體、縮二脲N75或N3390HDI三聚體中的一種或多種。

上述含有羥基的低聚物是A81醛酮樹脂、固體羥基丙烯酸樹脂、環氧樹脂、醇酸樹脂、羥烴基有機矽金額羥基氟樹脂中的一種或多種。

本發明為解決上述技術問題提出的另一種技術方案是：一種上述的界面附著力增進劑的製備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將含有羥基的低聚物加入反應容器中；

步驟二，加入多異氰酸酯，升溫至75～85℃反應1.5h以上，

步驟三，加入金屬有機物繼續反應1.5h以上；

步驟四，降溫至60℃以下，得到界面附著力增進劑。

上述步驟二中，升溫至80℃，反應2h。

上述步驟三中，反應2h。

本發明為解決上述技術問題提出的另一種技術方案是：一種上述的界面附著力增進劑的應用，是加入水性單組分塑膠塗料中，所述水性單組分塑膠塗料塗覆在非結晶塑膠基材上，用於提高水性單組分塑膠塗料與非結晶塑膠基材之間的界面附著力。

本發明為解決上述技術問題提出的另一種技術方案是：一種上述的界面附著力增進劑的應用，是加入水性單組分塑膠塗料中，所述水性單組分塑膠塗料塗覆在非結晶塑膠基材上，固化形成塗層後再在所述塗層上塗覆UV罩光清漆，用於提高水性單組分塑膠塗料與非結晶塑膠基材之間的界面附著力，以及水性單組分塑膠塗料與UV罩光清漆之間的界面附著力。

本發明具有積極的效果：本發明的界面附著力增進劑由金屬有機物、含有羥基的低聚物和多異氰酸酯合成，其充分利用這些原料中的氨酯鍵、脲鍵對基材的強吸附作用，並且還利用了鋁、鈦、鋯等有機物中分子中缺電子的強配位作用來提高對非結晶塑膠基材的吸附性，也就是說樹脂與基材通過鈦、鋁、鋯等酸酯的架橋作用最終使得塗層的附著力和強度都得到了提高。所以，添加本發明的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗料可以在非結晶塑膠基材表面不進行增加附著力處理的條件下直接對其噴塗，作為面漆獲得良好的附著力，並且與UV罩光清漆配套仍能保持優異的附著力。本發明的界面附著力增進劑不含歐盟rohs受限重金屬及有機物，原料取材方便，製備方法簡單，合成成本較低，適合工業大批量生產。

具體實施方式

實施例1

本實施例的界面附著力增進劑的製備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將A81醛樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入TDI三聚體，升溫至80℃，反應2h。加入TDI三聚體的同時加入適量的催化劑二月桂酸二丁基錫可以有效地縮短反應時間。

步驟三，加入鈦酸異丙酯繼續反應2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的鈦酸異丙酯、TDI三聚體和A81醛樹脂的質量比為4∶2∶1。按這個質量比添加金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物製備得到的界面附著力增進劑最為穩定。

將20重量份的炭黑色漿、100重量份的含羧基的陰離子水性聚氨酯樹脂、10重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不鏽鋼拉缸中進行攪拌分散，轉速設為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性聚氨酯樹脂玻璃化轉變溫度（tg）為－50～＋50℃。其中的助劑採用現有的常用分散劑、潤溼劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。分散劑是聚羧酸鹽類分散劑。潤溼劑是二烷基磺基琥珀酸鹽、烷基萘磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、硫酸月桂酯、烷基吡啶鹽氯化物、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、乙炔乙二醇中的一種或多種。流平劑是有機矽類流平劑、非離子型聚氨酯流平劑中的一種或多種。消泡劑是聚醚類消泡劑、礦物油消泡劑、有機矽類消泡劑中的一種或多種。成膜助劑是丙二醇醚、丁二醇醚、酸酯類化合物中的一種或多種。如果還需要添加紫外光吸收劑、光穩定劑、防凍劑、防黴劑等其他助劑，可以繼續往拉缸中添加，再攪拌30min。最後用120目乾淨尼龍網過濾，包裝，即得到黑色水性單組分塑膠塗料。

添加本實施例的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗料在基材表面固化後，按照《GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗》與未添加本實施的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗料做對照試驗。添加本實施例的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗料形成的塗層，用膠帶用力拉百格後，切口的邊緣完全光滑，格子邊緣沒有任何剝落。未添加本實施例的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗料形成的塗層，脫落總面積大於65%。

實施例2

本實施例的界面附著力增進劑的製備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將固體羥基丙烯酸樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入TDI-TMP加成物，升溫至80℃，反應2h。

步驟三，加入異丙醇鋁繼續反應2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的異丙醇鋁、TDI-TMP加成物和固體羥基丙烯酸樹脂的質量比為4∶2∶1。

將35重量份的鈦白色漿、5重量份的硫酸鋇、100重量份的含羧基的陰離子水性丙烯酸改性聚氨酯樹脂、8重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不鏽鋼拉缸中進行攪拌分散，轉速設為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性丙烯酸改性聚氨酯樹脂玻璃化轉變溫度（tg）為－25～＋80℃。其中的助劑採用現有的常用分散劑、潤溼劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。最後用120目乾淨尼龍網過濾，包裝，即得到白色水性單組分塑膠塗料。

添加本實施例的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗料在非結晶塑膠基材上固化形成塗層後，再在表面噴塗UV罩光清漆，按照《GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗》與未添加本實施例的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗料，同樣固化後噴塗UV罩光清漆做對照試驗。添加本實施例的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗層外的噴塗UV罩光清漆塗層，用膠帶用力拉百格後，切口的邊緣完全光滑，格子邊緣沒有任何剝落。未添加本實施例的界面附著力增進劑的水性單組分塑膠塗層外的噴塗UV罩光清漆塗層，脫落總面積大於65%。

實施例3

本實施例的界面附著力增進劑的製備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將環氧樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入縮二脲N75，升溫至80℃，反應2h。

步驟三，加入鋯酸酯繼續反應2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的鋯酸酯、縮二脲N75和環氧樹脂的質量比為4∶2∶1。

將33重量份的酞菁藍色漿、100重量份的含羧基的陰離子水性氟改性聚氨酯樹脂、10重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不鏽鋼拉缸中進行攪拌分散，轉速設為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性氟改性聚氨酯樹脂玻璃化轉變溫度（tg）為－50～＋60℃。其中的助劑採用現有的常用分散劑、潤溼劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。最後用120目乾淨尼龍網過濾，包裝，即得到藍色水性單組分塑膠塗料。

實施例4

本實施例的界面附著力增進劑的製備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將醇酸樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入N3390HDI，升溫至80℃，反應2h。

步驟三，加入乙醯丙酮鋁繼續反應2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的乙醯丙酮鋁、TN3390HDI和醇酸樹脂的質量比為4∶2∶1。

將35重量份的鈦白色漿、100重量份的含羧基的陰離子水性矽改性聚氨酯樹脂、8重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不鏽鋼拉缸中進行攪拌分散，轉速設為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性矽改性聚氨酯樹脂玻璃化轉變溫度（tg）為－50～＋60℃。其中的助劑採用現有的常用分散劑、潤溼劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。最後用120目乾淨尼龍網過濾，包裝，即得到白色水性單組分塑膠塗料。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬於本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。