一种耐划伤水性艺术涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料，具体涉及一种耐划伤水性艺术涂料及其制备方法。

背景技术：

1、随着经济的发展和人们生活水平的提高，涂层材料的保护作用越来越受到重视。建筑材料、汽车、海洋设施、仪器设备等表面涂层在使用和运输的过程中容易受到人为撞击、砂石、洗涤等划擦行为，导致涂层出现划痕失光，影响其保护功能和美观性。但是现有的涂层为了提升涂层的耐划伤性能，往往会牺牲掉涂层的耐磨性能。

2、因此，有必要寻求一种涂料，使其制得的涂层兼具高耐磨性和高耐划伤性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐划伤水性艺术涂料及其制备方法，该耐划伤水性艺术涂料制得的涂层具有优秀的耐划伤性能和高耐磨性。

2、根据本发明的一个方面，提供一种耐划伤水性艺术涂料，制备耐划伤水性艺术涂料的原料包括：醇类物料、异氰酸酯类物料、二硫化物、有机硅改性剂、色料、助剂、溶剂，其中，按照质量比计算，醇类物料：异氰酸酯类物料：二硫化物＝0.6～1.6：1～2：0.2～0.5；醇类物料包括菜籽油基多元醇，二硫化物的分子结构中至少含有1个氨基，有机硅改性剂包括十六烷基三甲氧基硅烷。

3、本发明提供的耐划伤水性艺术涂料所采用的原料安全环保，且该耐划伤水性艺术涂料所形成的涂层具有耐划伤、耐水、耐黄变的性能。利用有机硅改性剂的水解反应，能够向耐划伤水性艺术涂料中引入有机硅改性剂，不仅可以提升耐划伤水性艺术涂料的交联度，还可以提升涂层的耐水性和耐黄变性能。由于醇类物料与异氰酸酯类物料的质量比落入上述范围，则醇类物料与异氰酸酯类物料制得的聚氨酯预聚物为nco封端。因此，利用二硫化物中的氨基与聚氨酯预聚物的nco基团发生反应，从而向耐划伤水性艺术涂料引入动态二硫键。涂层中的动态二硫键能够在断裂态和成键态中交换，当耐划伤水性艺术涂料所形成的涂层受到剐蹭、刮花时，涂层中呈断裂态二硫键能够在常温下重新激活其他的动态键，使断裂态的二硫键重新成键，从而提升涂层的耐划伤性能。此外，通过采用菜籽油基多元醇与上述物料搭配制备涂层，不仅能在原料上减少了石油基产品的使用，还能提升涂层的耐黄变性能，且由于菜籽油基多元醇与异氰酸酯类物料、二硫化物、有机硅改性剂之间的交联度高，涂料在固化后形成的涂层耐磨性能好、硬度高。

4、优选地，二硫化物的分子结构中含有芳香基团。向耐划伤水性艺术涂料中引入含有芳香基团的二硫化物，还能够提升涂层的交联密度和耐磨性能，还可以减缓外部环境中的水透过漆膜的速度，增强涂层的耐水性。

5、优选地，二硫化物为双(2-氨基苯基)二硫。当选用双(2-氨基苯基)二硫作为二硫化物制备耐划伤水性艺术涂料时，能够提升涂层的耐磨性能、表面硬度。双(2-氨基苯基)二硫中的氨基具有较高的反应活性，促进氨基与聚氨酯预聚物的nco基团发生反应，减少副反应的发生。

6、优选地，异氰酸酯类物料中包括异氟尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯；且异氟尔酮二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的摩尔比为1：1.5～2.5。

7、优选地，醇类物料中还包括聚醚多元醇，且聚醚多元醇与菜籽油基多元醇的质量比为0.9～1.1：0.9～1.1。

8、优选地，菜籽油基多元醇由以下步骤制得：将菜籽油与过氧化氢、催化剂混合，进行环氧化反应，得到环氧菜籽油；将环氧菜籽油与烯酸类物料混合，在160～190℃的温度条件下进行开环反应，得到菜籽油基预聚物；将菜籽油基预聚物与硫代甘油、光引发剂混合，在光照条件下进行巯基-烯点击反应，得到菜籽油基多元醇，其中菜籽油基预聚物与硫代甘油的质量比为5～7：1～1.3。由上述操作得到的菜籽油基多元醇不仅具有绿色环保、节能减排、原料可再生等优势，采用该菜籽油基多元醇制得的耐划伤水性艺术涂料，还能够提升涂层的耐黄变性能、耐划伤性能和表面硬度。菜籽油的化学结构中含有较多碳碳双键，在环氧化反应的过程中，以过氧化氢为氧源，在菜籽油中的碳碳双键的两端碳原子之间加上一个氧原子形成三元环，得到环氧菜籽油。烯酸类物料的分子结构中至少包含1个碳碳双键和1个羧基，环氧菜籽油中的环氧基受到烯酸类物料中羧基的进攻，发生开环反应，从而向环氧菜籽油中接枝引入烯酸类物料中的碳碳双键。在巯基-烯点击反应的过程中，光引发剂在光照条件下裂解形成自由基，自由基夺取硫代甘油的巯基上的氢原子，从而产生巯基自由基。巯基自由基则进攻菜籽油基预聚物中的碳碳双键(即在开环反应中接枝引入的碳碳双键)，形成菜籽油基多元醇。由此利用巯基-烯点击反应，可以提升菜籽油基多元醇中的羟基含量，增加菜籽油基多元醇与异氰酸酯类物料的反应位点，从而提升涂层的致密程度、表面硬度。并且向菜籽油基多元醇中引入了硫元素，增加了涂层中形成氢键和二硫键的可能性，提升涂层的耐划伤性能和耐黄变性能。

9、优选地，在环氧化反应的过程中，菜籽油与过氧化氢的质量比为2～4：1.7。

10、优选地，环氧化反应的反应温度为25～30℃、反应时间为20～26小时。

11、优选地，在开环反应的过程中，烯酸类物料选自7-辛烯酸、8-壬烯酸、9-葵烯酸中任意一种。上述烯酸类物料中的碳碳双键和羧基之间间隔多个碳原子，在巯基-烯点击反应的过程中，能够降低反应物的空间拥挤程度，提升反应速率。并且采用当上述烯酸类物料制备菜籽油基多元醇时，由此制得的菜籽油基预聚物的碳碳双键会位于支链末端，具有较高的反应活性。

12、优选地，在开环反应的过程中，环氧菜籽油与烯酸类物料的质量比为2～4：1.4～1.8。

13、优选地，开环反应的反应时间为7～9小时。

14、优选地，在巯基-烯点击反应的过程中，按照质量比计算，菜籽油基预聚物：光引发剂＝1：0.04～0.06。当选用上述含量的光引发剂制备菜籽油基多元醇时，能够促进巯基-烯点击反应，有利于巯基与双键反应完全。若光引发剂的含量过少，则需要较长的反应时间，影响生产效率；若光引发剂的含量过高，则原料成本过高，不利于经济效益。

15、优选地，巯基-烯点击反应的反应温度为30～40℃、反应时间为4～6小时。随着温度的上升，双键和巯基的反应活性增加，光引发剂的迁移效率增加，从而提升反应速率。但反应温度过高时，不利于控制反应进度且容易发生副反应。因此，将巯基-烯点击反应的反应温度调整为30～40℃、反应时间调整为4～6小时，可以更好地调控反应进度，有利于大规模生产。

16、根据本发明的另一方面，提供一种上述耐划伤水性艺术涂料的制备方法，包括以下操作：按量称取用于制备耐划伤水性艺术涂料的原料；使醇类物料、异氰酸酯类物料和有机硅改性剂在70～80℃的温度下发生预聚合，得到聚氨酯预聚物；向聚氨酯预聚物中加入二硫化物，保持反应温度为55～65℃，至反应体系中异氰酸根值为0，制得耐划伤水性艺术涂料。本方案通过分步投料，调控反应进度，且上述制备工艺步骤简单、操作便捷、条件温和，具有良好的经济效益。

技术特征：

1.一种耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，制备所述耐划伤水性艺术涂料的原料包括：醇类物料、异氰酸酯类物料、二硫化物、有机硅改性剂、色料、助剂、溶剂，其中，按照质量比计算，所述醇类物料：所述异氰酸酯类物料：所述二硫化物＝0.6～1.6：1～2：0.2～0.5；

2.如权利要求1所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，所述二硫化物的分子结构中含有芳香基团。

3.如权利要求1所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，所述二硫化物为双(2-氨基苯基)二硫。

4.如权利要求1所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，所述异氰酸酯类物料中包括异氟尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯；且所述异氟尔酮二异氰酸酯与所述二环己基甲烷二异氰酸酯的摩尔比为1：1.5～2.5。

5.如权利要求1所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，所述菜籽油基多元醇由以下步骤制得：

6.如权利要求5所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，在所述环氧化反应的过程中，所述菜籽油与所述过氧化氢的质量比为2～4：1.7。

7.如权利要求5所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，在所述开环反应的过程中，所述烯酸类物料选自7-辛烯酸、8-壬烯酸、9-葵烯酸中任意一种。

8.如权利要求5所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，在所述巯基-烯点击反应的过程中，按照质量比计算，所述菜籽油基预聚物：所述光引发剂＝1：0.04～0.06。

9.如权利要求8所述耐划伤水性艺术涂料，其特征在于，所述巯基-烯点击反应的反应温度为30～40℃、反应时间为4～6小时。

10.一种制备如权利要求1～9任一项所述耐划伤水性艺术涂料的方法，其特征在于，包括以下操作：

技术总结本发明提供一种耐划伤水性艺术涂料及其制备方法，制备该耐划伤水性艺术涂料的原料包括：醇类物料、异氰酸酯类物料、二硫化物、有机硅改性剂、色料、助剂、溶剂，其中，按照质量比计算，醇类物料：异氰酸酯类物料：二硫化物＝0.6～1.6：1～2：0.2～0.5；醇类物料包括菜籽油基多元醇，二硫化物的分子结构中至少含有1个氨基，有机硅改性剂包括十六烷基三甲氧基硅烷。该耐划伤水性艺术涂料制得的涂层具有优秀的耐划伤性能和高耐磨性。技术研发人员：周伟建,符传杰,宋献军,谢寅峰,马翠平受保护的技术使用者：广东美涂士建材股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27