專利名稱：水基聚氨酯涂料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水基聚氨酯涂料組合物。更具體地，本發(fā)明涉及尤其適合用于航空航 天應用的具有減少的揮發(fā)性有機組分的水基聚氨酯涂料組合物。
背景技術：
多種制品諸如航空和航天飛行器經(jīng)常被涂覆以實現(xiàn)諸如耐溶劑性、耐燃料和液壓 流體性、耐候性、耐磨性、硬度和/或美學特性的性能。為此，已經(jīng)使用了一般包含活化劑、 基礎組分和稀釋劑的聚氨酯涂料。典型地，所述活化劑為有機多異氰酸酯，所述基礎組分為 含羥基的聚合物樹脂，所述稀釋劑為溶劑混合物。為了實現(xiàn)高性能，例如為航空航天應用所 需的，使用大量的溶劑來平衡膜性能與外觀和美學特性。然而，這樣大量溶劑的使用會產(chǎn)生 大量的揮發(fā)性有機組分(“V0C”)，即按照美國環(huán)境保護署的計算方法在典型的溶劑基配制 物中大約420g/L。出于生態(tài)和經(jīng)濟原因，以及為了遵守不斷變化的政府標準，減少這些配制 物中所用的VOC的量是希望的。因此，已經(jīng)努力用水替代溶劑基聚氨酯涂料組合物中的有 機溶劑。為了減少聚氨酯涂料中的VOC的量，已經(jīng)開發(fā)了水基聚氨酯涂料。然而，迄今為 止，水基聚氨酯涂料還不能與溶劑基涂料的高性能相比。由于水基聚氨酯涂料中所用的水 基多元醇樹脂在與活化劑合并之前被分散在水中用于儲存，因此該水基聚氨酯涂料的性能 遭受損失。水基多元醇樹脂往往具有低分子量和許多酯鍵，使得它易于隨著時間的逝去而 水解。水解會降低該樹脂的整體分子量，產(chǎn)生顯示出不良的抗沖擊性、有效期、光澤等的較 低分子量產(chǎn)物。另外，水解速率在不同條件例如批次數(shù)、PH和儲存時間下是難以控制的，從 而導致膜性能的顯著變動。另外，經(jīng)常通過高剪切混合水基多元醇樹脂與親水性異氰酸酯制備水基聚氨酯涂 料。需要高剪切能量以密切混合該親水性異氰酸酯與多元醇樹脂。為了克服所述多元醇樹 脂膠體與所述異氰酸酯之間的屏障，使用高剪切能量促進所述異氰酸酯遷移到所述多元醇 樹脂的膠束中。因此固化反應發(fā)生在新膠束內(nèi)部以形成水基聚氨酯涂料組合物。然而，高 剪切混合使用需要高壓和高剪切能量以密切混合所述異氰酸酯和多元醇組分的設備，例如 溶解器混合機和射流分散噴槍(jetdispersing spray gun)。這種設備對于許多應用而言 是不可得的；例如，該設備對于例如汽車以及航空和航天飛行器的快速現(xiàn)場修補而言是不 可得的。最后，常規(guī)水基聚氨酯涂料的多元醇組分包括多元醇在水中的分散體。如上所述， 由于多元醇可能水解成小分子，這類分散體產(chǎn)生不穩(wěn)定的多元醇組分。此外，多元醇在水中 的分散體使得高剪切混合是必要的。另外，多元醇組分經(jīng)常包含在儲存條件下在水相中不穩(wěn)定的顏料和其他添加劑、例如鋁粉。這些顏料和添加劑可能與水反應，從而限制水基涂料 的發(fā)展和不利地影響涂料的性能。發(fā)明概述本發(fā)明提供了水基聚氨酯涂料組合物，其在一種實施方案中包含基本上無水的基 礎組分、活化劑和水。所述基本上無水的基礎組分包括多元醇樹脂，所述活化劑包括異氰酸 酯。異氰酸酯組分與多元醇組分的組合是剛好足夠親水的以被分散在水相中并且形成穩(wěn)定 的分散體用于耐水性。如果所述組分過于親水，則固化的涂層的耐水性將會過高而且不適 合于高性能涂料應用。所述基本上無水的基礎組分至少包含親水性多元醇樹脂，其可以是任何親水性多 元醇樹脂。非限制性實例包括親水性聚酯多元醇、親水性聚醚多元醇、親水性聚氨酯多元 醇、親水性醇酸樹脂多元醇、親水性己內(nèi)酯類多元醇、和親水性丙烯酸類多元醇。按照另一 實施方案，所述基本上無水的基礎組分包括疏水性和親水性多元醇樹脂的混合物。在該實 施方案中，所述親水性多元醇樹脂可以在所述基礎組分中以至少約10wt%的量存在。所述活化劑可以是任何合適的異氰酸酯。例如，在一種實施方案中，所述活化劑至 少包含疏水性異氰酸酯組分。在另一實施方案中，所述活化劑包含疏水性和親水性異氰酸 酯組分的混合物。當使用疏水性和親水性異氰酸酯組分的混合物時，疏水性異氰酸酯組分 以至少約30wt%的量存在。本發(fā)明的涂料組合物在某些實施方案中是三組分體系，其中所述基本上無水的基 礎組分、活化劑和水被分別儲存并且直至施涂前不久才合并。由于所述多元醇基礎組分被 儲存在基本上無水的環(huán)境中，多元醇樹脂不會水解，由此延長貯存穩(wěn)定性和提高涂料質量。 為了產(chǎn)生上述涂料組合物，首先將多元醇基礎組分與活化劑組分混合。在徹底混合所述基 礎組分和活化劑組分之后加入水以促進這兩種組分的反應?；A組分和活化劑組分的徹底 混合改善了固化和成膜作用，并且賦予與溶劑基聚氨酯涂料組合物相當?shù)男阅芴匦?。盡管水稀釋所述組合物，但是其主要目的在于分散基礎組分的多元醇和活化劑的 異氰酸酯以促進這些組分的反應。在混合基礎組分、異氰酸酯和水之后，可以添加另外的稀 釋劑以調節(jié)涂料的粘度從而使得容易施涂成為可能。該另外的稀釋劑可以是溶劑或更多的 水，盡管使用溶劑的話，期望僅至多使用在其下所述涂料組合物中的VOC含量保持低水平 的溶劑量，即VOC含量在一種實施方案中低于約100g/L，在另一實施方案中低于約70g/L， 以及在另一實施方案中低于約50g/L。為了使所述涂料組合物中的VOC含量進一步最小化， 可以將水用作所述稀釋劑。根據(jù)本發(fā)明某些實施方案的水基涂料組合物顯示出遠優(yōu)于先前的水基組合物并 且與它們的溶劑基對應物相當?shù)男阅芴匦?。另外，本發(fā)明水基涂料組合物的某些實施方案 具有顯著減少的VOC并且可以被手動混合，從而消除了對高剪切混合的需求。發(fā)明詳述提供了例如可用于航空、航天、汽車、工業(yè)和建筑應用的水基聚氨酯涂料組合物。 所述組合物具有低VOC并且顯示與溶劑基聚氨酯涂料組合物相當?shù)男阅芴匦浴Ｔ谝环N實施 方案中，水基聚氨酯涂料組合物是包括基本上無水的基礎組分、活化劑和水的三組分體系。 所述基本上無水的基礎組分包括一種或多種多元醇樹脂，和所述活化劑組分包括一種或多 種異氰酸酯。在一種實施方案中，所述一種或多種多元醇樹脂是基本上無水的，但是在可供
5選擇的實施方案中，所述一種或多種多元醇樹脂是完全無水的。本文使用的術語“基本上無 水”是指所述基礎組分中的成分不被分散在水中。術語“三組分體系”是本領域已知的并且 指在施涂之前基礎組分和活化劑的分別儲存。所述混合物的三組分直到施涂之前不久才被
口井O所述涂料的基本上無水的基礎組分至少包含親水性多元醇樹脂。然而在可供選 擇的實施方案中，所述基本上無水的基礎組分包含親水性多元醇樹脂的混合物或者親水性 和疏水性多元醇樹脂的混合物。當基本上無水的基礎組分包含親水性和疏水性多元醇樹 脂的混合物時，親水性多元醇樹脂基于該基礎組分的總重量可以以至少約10襯％的量存在 于基礎組分中。例如，在一種實施方案中，所述親水性多元醇樹脂的存在量基于該基礎組分 的總重量為約10-80wt%，所述疏水性多元醇樹脂的存在量基于該基礎組分的總重量為約 20-90wt%。在一種實施方案中，所述親水性多元醇包含使得該多元醇樹脂可水分散的親水性 基團。這類親水性多元醇是本領域公知的，所述親水性基團可以是水分散性離子基團或水 分散性非離子基團。該水分散性離子基團可以是陰離子基團、非離子基團、或陰離子基團與 非離子基團的組合。在有些情況下也可以使用陽離子基團。合適的水分散性陰離子基團的 非限制性實例包括羧基、膦酸基、磺酸基、及其組合。合適的水分散性非離子基團的非限制 性實例包括聚環(huán)氧烷基團，例如聚環(huán)氧乙烷基團。一種示例性的水溶性樹脂為具有羧基的 樹脂，但是所述基團必須被中和成堿金屬鹽以使它在水中可溶。如果使用水分散性陰離子 基團和水分散性非離子基團的組合，可能不需要中和。所述多元醇樹脂含有足夠濃度的結 合的水分散性的親水性基團以使得該低聚物可自水分散。然而，為了防止危害最終涂料制 品的水敏感性，將水分散基團的濃度保持在該低聚物將具有不可接受高的水溶性的水平以 下。所述親水性多元醇樹脂可以是任何合適的親水性樹脂，和包含羥基和羧基兩者。 合適的親水性多元醇樹脂的非限制性實例包括聚酯、聚醚、醇酸樹脂、聚氨酯、己內(nèi)酯類 (caprolactones)和丙烯酸類多元醇。在某些實施方案中，所述親水性多元醇樹脂具有每 克試樣約20-120mg Κ0Η、例如每克試樣約30-100mg KOH的OH(羥基)數(shù)。另外，在某些實 施方案中，所述親水性多元醇樹脂具有每克試樣約10-90mg Κ0Η、例如每克試樣約20_80mg Κ0Η、或者有些情況下約30-70mgK0H/g的酸值。在某些實施方案中，由兩步工藝制備所述親水性多元醇，該工藝包括首先制備OH 數(shù)為每克試樣約50-300mg Κ0Η、例如每克試樣約100-250mg KOH的疏水性含羥基多元醇。 所述疏水性含羥基多元醇在某些實施方案中還具有每克試樣小于約5mg KOH的酸值。該疏 水性含羥基多元醇與酸酐反應以產(chǎn)生OH值為每克試樣約20-120mg KOH和酸值為每克試樣 約10-90mg KOH的期望的親水性多元醇。所述酸酐的用量足以產(chǎn)生具有期望的酸值的多元 醇?？梢允褂猛ǔＳ糜谏鲜龇磻娜魏嗡狒?。合適的酸酐的非限制性實例包括六氫化鄰苯 二甲酸酐、偏苯三酸酐、四氫化鄰苯二甲酸酐、琥珀酸酐、以及它們的混合物。在一種實施方 案中，所述酸酐為脂環(huán)族多元羧酸的酸酐，例如六氫化鄰苯二甲酸酐。作為與羧酸酐反應的 替代方案，可以使用二羥甲基丙酸或類似物在所述多元醇中引入酸基。使用時，所述疏水性多元醇樹脂可以是任何合適的疏水性多元醇樹脂，其非限制 性實例包括含有羥基和酸基的聚酯、聚醚、聚氨酯、醇酸樹脂、己內(nèi)酯類和丙烯酸類多元醇。在某些實施方案中，所述疏水性多元醇樹脂具有每克試樣約50-300mg Κ0Η、例如每克試樣 約100-200mg KOH的OH數(shù)。另外，所述疏水性多元醇樹脂在某些實施方案中具有每克試樣 約0-5mg KOH的酸值。盡管在與活化劑組分合并之前被儲存時所述基礎組分的成分不是分散在水中的， 但是該基礎組分必須是可水分散的以便與活化劑適當?shù)胤磻纬赏苛辖M合物。為了使基 本上無水的基礎組分在水中可分散，用叔胺、無機堿或氨中和所述親水性基團。合適的叔胺 的非限制性實例包括三乙胺、N, N- 二乙基乙醇胺、三甲胺、和N，N- 二甲基乙醇胺。合適的 無機堿的非限制性實例包括堿金屬氫氧化物和碳酸鹽，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和 碳酸氫鈉。當疏水性多元醇樹脂和親水性多元醇樹脂的混合物用作所述基本上無水的基礎 組分時，通過混合該疏水性多元醇樹脂與親水性樹脂以提供期望的多元醇混合物而制備所 述基礎組分。除了多元醇基料之外，所述基礎組分可以進一步包括溶劑、催化劑、顏料、添加 劑等。除了加入到基礎組分中之外，如同下文進一步論述的，溶劑可以加入到所述活化劑 中。當溶劑加入到基礎組分或活化劑中時，經(jīng)常期望的是僅僅使用相對較少的量以便 使所得涂料組合物中的VOC最小化。加入的溶劑常用于降低粘度，控制成膜，和/或消除某 些膜缺陷。例如，加入的溶劑可以潤濕底漆表面，降低涂料的表面張力，溶解涂料的基料樹 脂，促進混合，控制成膜，提供用于固化反應的環(huán)境，和/或調節(jié)所得涂料的施涂時間和有 效期。合適的有機溶劑的非限制性實例包括脂族烴類、芳族烴類、酮類和酯類。合適的脂族 烴類的非限制性實例包括己烷、庚烷、辛烷等。合適的芳族烴類的非限制性實例包括苯、甲 苯、二甲苯等。合適的酮類的非限制性實例包括甲基異丁基酮、二異丁基酮、甲基乙基酮、甲 基己基酮、乙基丁基酮等。合適的酯類的非限制性實例包括乙酸乙酯、乙酸異丁酯、乙酸戊 酯、乙酸2-乙基己酯等?？梢允褂萌軇┗旌衔镆詢?yōu)化涂料特性例如附著力和外觀性能。使 用時，溶劑的存在量有時基于所述涂料組合物的總重量為約l_3wt%，例如約l-2wt%。所述涂料組合物可以進一步包含用于涂料組合物的常規(guī)添加劑，例如顏料、填料、 UV吸收劑、流動助劑、流變學控制劑、和固化反應用催化劑。催化劑促進固化反應而且可以 是叔胺、金屬化合物催化劑、或它們的組合。合適的叔胺催化劑的非限制性實例包括三乙 胺、N-甲基嗎啉、三亞乙基二胺、卩比唳、甲基吡啶等。合適的金屬化合物催化劑的非限制性實 例包括鉛、鋅、鈷、鈦酸酯、鐵、銅和錫的化合物。例如，所述金屬化合物催化劑可以是2-乙 基己酸鉛、2-乙基己酸鋅、環(huán)烷酸鈷、鈦酸四異丙酯、環(huán)烷酸鐵、環(huán)烷酸銅、二乙酸二丁基錫、 二辛酸二丁基錫、二月桂酸二丁基錫等。使用時，所述催化劑以基于所述涂料組合物中樹脂固體的總重量的約 0. 001-0. 05wt%的總量存在。例如，催化劑的存在量基于所述涂料組合物中樹脂固體的總 重量可以是約0. 005-0. 02wt%。術語“顏料”包括填料和增量劑以及常規(guī)顏料。顏料是賦予最終涂料組合物顏色 或不透明性的顆粒材料。增量劑和填料通常是可以用于減少配制物成本或者改變其性能 的無機材料。合適的顏料的非限制性實例包括炭黑、二氧化鈦、碳酸鈣、氧化鐵、硅酸鋁、硫 酸鋇、和彩色顏料。使用時，顏料的存在量基于所述涂料組合物的全部固體重量有時為約 10-50wt %，例如約 20-40wt %。
所述活化劑至少包含疏水性異氰酸酯。然而，在可供選擇的實施方案中，所述活化 劑可以包含親水性異氰酸酯和疏水性異氰酸酯的混合物。疏水性異氰酸酯具有兩個或更多 個異氰酸酯基團，即該異氰酸酯可以選自二聚體、三聚體、加合物、聚合型異氰酸酯和預聚 型異氰酸酯。疏水性異氰酸酯可以包括芳族異氰酸酯、脂族異氰酸酯、或它們的組合。合 適的芳族異氰酸酯的非限制性實例包括甲苯2，4- 二異氰酸酯、甲苯2，6- 二異氰酸酯、4， 4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、聚亞甲基二異氰酸酯、對亞苯 基二異氰酸酯、間亞苯基二異氰酸酯、萘1，5_ 二異氰酸酯、萘2，4_ 二異氰酸酯、1，5_萘二異 氰酸酯、對二甲苯二異氰酸酯等。合適的脂族異氰酸酯的非限制性實例包括異佛爾酮二異 氰酸酯、1，4_環(huán)己烷二異氰酸酯、4，4’ - 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、雙(異氰酸基甲基)環(huán) 己烷、四甲基亞二甲苯基二異氰酸酯、1，6-六亞甲基二異氰酸酯等。這些異氰酸酯中的許多 可從諸如 Bayer Corporation、BASF、ICI> Dow> Huntsman 禾口 Degussa 的公司購得。
合適的親水性異氰酸酯的非限制性實例包括含聚環(huán)氧乙烷基團、磺酸鹽基團或 類似物的異氰酸酯。這些異氰酸酯也可以選自二聚體、三聚體、加合物、聚合型異氰酸酯 和預聚型異氰酸酯。合適的親水性異氰酸酯可從諸如Bayer Corporation、BASF、ICI、 Dow、Huntsman和Degussa的公司購得。例如，合適的市售產(chǎn)品包括Bahydur 302、XP7156、 VPLS2319、VPLS2336、XP2570,它們?nèi)伎少徸?BayerCorporation。如上所述，可以將少量有機溶劑加入到所述活化劑組分中以調節(jié)粘度。適合該目 的的溶劑與上面關于所述基礎組分列出的那些相同。使用時，溶劑在活化劑組分中的存在 量至多為足以使得涂料組合物的VOC量在一種實施方案中小于約100g/L，在另一實施方案 中小于約70g/L，以及在另一實施方案中小于約50g/L。在一種實施方案中，例如，溶劑在所 述活化劑組分中的存在量基于多異氰酸酯的總重量可以是約0. 5-lwt%。選擇所述涂料組合物中的基礎組分和活化劑組分的量以使得異氰酸酯基與羥基 的比率為約3 1-1 1，例如約2 1-1 1。除了所述基本上無水的基礎組分和活化劑組分之外，在一些實施方案中所述水基 聚氨酯涂料進一步包含稀釋劑。稀釋劑用于調節(jié)施涂粘度以及提供用于成膜和固化的環(huán) 境。在一種實施方案中，稀釋劑至少含有流變學控制添加劑。然而，如果期望的話，所述稀 釋劑也可以包含輔助物質和添加劑、一種或多種丙烯酸類多元醇乳液、和有機溶劑。為了制備水基聚氨酯涂料組合物，通過簡單的機械混合工藝或者通過人工混合將 所述基礎組分和活化劑組分、以及如果使用的話所述稀釋劑混合。各組分分別保存直到施 涂之前不久。首先混合活化劑組分和基礎組分，接著當使用稀釋劑時加入該稀釋劑，從而產(chǎn) 生含異氰酸酯和多元醇兩者的乳液膠束。本發(fā)明的涂料組合物可以使用任何合適的涂覆方法施涂，而且可以施涂至任何合 適的干膜厚度。例如，在某些實施方案中，將所述涂料組合物施涂至約1-6密爾的干膜厚度。在一 種實施方案中，將所述涂料組合物施涂至約2-4密爾的干膜厚度。本發(fā)明的涂料組合物可以通過刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、流涂等施涂。施涂之后，成 膜可以在加熱或不加熱的情況下實現(xiàn)。所述涂料組合物在環(huán)境溫度下固化至少約一周、或 者在60°C固化約24小時之后顯示優(yōu)異的膜性能。在某些實施方案中，所述涂料組合物在約 8-24小時內(nèi)帶觸干(dry to tape)。
本發(fā)明的涂料組合物可以施涂于任何合適的基材，往往在底漆上施涂而且可以用 作面涂層、底涂層或透明涂層?；蛘?，所述涂料組合物可以用作單涂層體系，從而消除對單 獨的面涂層、底涂層和/或透明涂層的需求。合適的基材不限制地包括金屬和聚合物基材。合適的金屬基材包括但不限于由 例如冷軋鋼、不銹鋼以及用金屬鋅、鋅化合物和鋅合金中的任一種表面處理的鋼(包括電 鍍鋅鋼、熱浸鍍鋅鋼、GALVANNEAL鋼和鍍鋅合金的鋼)構成的箔、片或工件，還可以使用銅、 鎂、以及它們的合金、鋁合金、鋅_鋁合金例如GALFAN、GALVALUME、鍍鋼的鋁和鍍鋼的鋁合 金基材。另外，合適的金屬基材包括銀、金、及其合金。合適的聚合物基材的實例為聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、三聚氰胺樹 脂、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚氨酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯 基吡咯烷酮以及相應的共聚物和嵌段共聚物、可生物降解的聚合物和天然聚合物_例如明 膠。如同將會理解的那樣，本發(fā)明還涉及至少部分涂有由本發(fā)明涂料組合物沉積的涂 層的基材，以及使用本發(fā)明的涂料組合物涂覆基材的相關方法。實施例下列非限制性實例說明本發(fā)明的水基聚氨酯涂料組合物的示例性組成。在實施例 和對比例中，下表1中列出的原料可以被描述成如所示那樣表 1 對比例通過分別預備和儲存基礎組分、活化劑組分和稀釋劑，制備以下對比例1和2的水 基涂料組合物。在涂料組合物施涂之前不久，使用高剪切混合設備將基礎組分與活化劑組 分混合。然后加入稀釋劑并且再次混合該混合物。通過例如經(jīng)由HVLP(大容量，低壓)噴 槍噴射所得的組合物將它施涂于用出自PRC-DeSoto Int.，Inc的CA7700底漆涂覆的鋁基 材上。對比例1制備具有表2所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有99. 66g/L的VOC水平和 49. 96%的非揮發(fā)性物質(“NVM”)水平。表 2 制備具有表3所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有24. 46g/L的VOC水平和 49. 45% 的 NVM 水平。表3 實施例通過分別預備和儲存基礎組分、活化劑組分和稀釋劑，制備以下實施例1至7的水 基涂料組合物。在涂料組合物施涂于基材上之前不久，例如使用抹刀將基礎組分與活化劑 組分手動混合。然后加入稀釋劑并且再次手動混合該混合物。通過例如經(jīng)由HVLP (大容量， 低壓)噴槍噴射每一所得組合物將它施涂于用出自PRC-DeSoto Int.，Inc的CA7700底漆 涂覆的鋁基材上。施涂的涂層接著在環(huán)境溫度下固化約一周。實施例1制備具有表4所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有43. 50g/L的VOC水平和 66. 5%的NVM水平。表 4 實施例2制備具有表5所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有69. 60g/L的VOC水平和
42. 34% 的 NVM 水平。表 5 實施例3制備具有表6所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有50. 42g/L的VOC水平和 62. 20% 的 NVM 水平。表 6 實施例4制備具有表7所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有50. 44g/L的VOC水平和 62. 20% 的 NVM 水平。表 7 實施例5制備具有表8所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有49. 59g/L的VOC水平和
62. 00% 的 NVM 水平。表8 實施例6制備具有表9所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有70. 80g/L的VOC水平和 52. 80% 的 NVM 水平。表 9 實施例7制備具有表10所示組成的水基聚氨酯涂料。該涂料具有69. 60g/L的VOC水平和 47. 89% 的 NVM 水平。表 10 測試與結果如上述實施例所示，可以通過調節(jié)所述基礎組分、活化劑組分和稀釋劑的用量和 含量而控制所得涂料組合物的VOC水平。因此，在一些實施方案中，所述涂料組合物具有小 于約100g/L的VOC水平，例如實施例6所示。在其它實施方案中，所述涂料組合物具有小 于約70g/L的VOC水平，例如實施例2、3、4和7所示。在另外的實施方案中，所述涂料組合 物具有小于約50g/L的VOC水平，例如實施例1和5所示。測試實施例和對比例以確定多種性能特性，包括粘膠牢度(tapeadhesion)、 霧度和鏡面光澤(以入射角20°和60°測量)、MEK(甲基乙基酮)耐受性、指觸干燥 (set-to-touch)時間、抗沖擊性、耐熱水性和特種液壓工作油(skydrol)耐受性。另外，測 定每一實施例和對比例的NVM百分比和以g/L計的VOC水平。按照ASTM D2369測定NVM 百分比，按照ASTM D 3960測定VOC水平。實施例和對比例的NVM百分比和VOC水平在上 文被報道。粘膠牢度按照ASTM D3359測定粘膠牢度并且結果報道在表11中。表11 霧度和鏡面光澤使用BYK-Gardner霧度光澤儀按照ASTM Ε430和D523測定霧度和鏡面光澤并且 結果報道在表12中。表 12 MEK耐警件按照ASTM D5402經(jīng)過200次MEK往返擦洗測定MEK耐受性并且結果報道在表13中。表 13 指觸干燥時間按照ASTM D1640測定指觸干燥時間并且結果報道在表14中。表14 抗沖擊件使用BYK-Gardner沖擊試驗機按照ASTM D2794測定抗沖擊性并且結果報道在表15中。表15 耐熱水件按照ASTM D870測定耐熱水性。將每一試樣浸沒在158 0F的去離子水中達24小 時。結果報道在表16中。表16 Skydrol 耐警件按照ASTM D870測定skydrol耐受性。將每一試樣浸沒在158 0F的Skydrol LD_4 液壓流體(出自Solutia，Inc.)中達24小時。結果報道在表17中。表17 如同從測試結果中看出的那樣，實施例1-7的水基涂料組合物與包含在水中分散 的基礎組分的對比例1相比具有顯著減少的VOC水平。另外，實施例1-7的水基組合物具 有顯著改善的性能特性。例如，實施例1-7的水基組合物令人驚訝地顯示出比對比例1和2 的組合物更好的抗沖擊性和鏡面光澤。另外，盡管對比例2的組合物具有較低的VOC含量， 但是與實施例1-7的組合物相比它顯示出差得多的性能特性。實施例1-7的組合物能夠將 非常低的VOC水平與優(yōu)異的性能特性結合，這是先前在水基涂料組合物中實現(xiàn)不了的。此外，實施例1-7的水基涂料組合物顯示與常規(guī)的溶劑基涂料組合物相似的性能 特性。特別地，一種市售溶劑基涂料組合物為出自PRC-DeSoto Int.，Inc的CA8000。這種 溶劑基涂料組合物的霧度和20°鏡面光澤10. 5/83. 6與上文對于實施例1-7的水基組合 物所報道的值非常相似。另外，這種溶劑基組合物的抗沖擊性lOO/lOOin-lb與對于實施例 1-7的水基組合物所報道的值相同。因此，本發(fā)明的水基組合物不僅具有減少的V0C，而且 具有與常規(guī)水基組合物相比顯著改善的性能特性，最終與它們的溶劑基對應物相當?shù)男阅懿⑶覞M足例如航空航天工業(yè)的高性能需求。已經(jīng)參照 示例性實施方案和方面描述了本發(fā)明，但是不限于這些實施方案和方 面。本領域技術人員將會理解在不是有意圖地脫離本發(fā)明的情況下可以進行其他變換和應 用。例如，所述涂料組合物被描述成通過簡單的機械混合工藝或者通過人工混合來混合。然 而，理解的是也可以將其他混合工藝用于混合本發(fā)明的涂料組合物。另外，盡管所述涂料組 合物被描述成可用于航空航天應用，但是它們也可能用于其他應用。因此，前述的說明不應 當理解為限于所述的明確實施方案和方面，而是應當理解與下列權利要求一致并且作為其 支持，下列權利要求意圖具有其最完整和最合理的范圍。在上下文和權利要求中，有關數(shù)值范圍的措辭“約”的使用意圖同時修飾給出的上 限值和下限值，而且反映與測量、有效數(shù)字和互換性有關的變化的邊緣區(qū)域，這些均如同本 發(fā)明所屬領域的普通技術人員所理解的那樣。
權利要求
水基涂料組合物，其包含至少包含親水性多元醇樹脂的基本上無水的基礎組分；至少包含疏水性多異氰酸酯的活化劑組分；和水。
2.權利要求1的水基涂料組合物，其中所述水基涂料組合物包含小于約100g/L的揮發(fā) 性有機組分。
3.權利要求1的水基涂料組合物，其中所述水基涂料組合物包含小于約70g/L的揮發(fā) 性有機組分。
4.權利要求1的水基涂料組合物，其中所述水基涂料組合物包含小于約50g/L的揮發(fā) 性有機組分。
5.權利要求1的水基涂料組合物，其進一步包含稀釋劑。
6.權利要求5的水基涂料組合物，其中所述稀釋劑為水。
7.權利要求1的水基涂料組合物，其中所述基本上無水的基礎組分進一步包含疏水性 多元醇樹脂。
8.權利要求7的水基涂料組合物，其中所述基本上無水的基礎組分基于該基本上無水 的基礎組分的總重量包含至少約10wt%的所述親水性多元醇樹脂。
9.權利要求7的水基涂料組合物，其中所述親水性多元醇樹脂在所述基本上無水的基 礎組分中的存在量基于該基本上無水基礎組分的總重量為約10-80wt%，所述疏水性多元 醇樹脂在所述基本上無水的基礎組分中的存在量基于該基本上無水的基礎組分的總重量 為約 20-90wt%。
10.權利要求1的水基涂料組合物，其中所述親水性多元醇樹脂包含每克試樣約 20-120mg KOH的OH值和每克試樣約10_90mg KOH的酸值。
11.權利要求1的水基涂料組合物，其中所述親水性多元醇樹脂選自聚酯、聚醚、聚氨 酯、己內(nèi)酯類、醇酸樹脂、丙烯酸類多元醇、以及它們的組合。
12.權利要求7的水基涂料組合物，其中所述疏水性多元醇樹脂包含每克試樣約 50-300mg KOH的OH值和每克試樣約0_5mg KOH的酸值。
13.權利要求7的水基涂料組合物，其中所述疏水性多元醇樹脂選自聚酯、聚醚、聚氨 酯、己內(nèi)酯類、醇酸樹脂、丙烯酸類多元醇、以及它們的組合。
14.權利要求1的水基涂料組合物，其中所述活化劑組分進一步包含親水性多異氰酸
15.水基涂料組合物，其包含至少包含親水性多元醇樹脂的基本上無水的基礎組分； 至少包含疏水性多異氰酸酯的活化劑組分；和 水，其中所述水基涂料組合物具有小于約100g/L的揮發(fā)性有機組分含量。
16.權利要求15的水基涂料組合物，其中所述水基涂料組合物包含小于約70g/L的揮 發(fā)性有機組分。
17.權利要求15的水基涂料組合物，其中所述水基涂料組合物包含小于約50g/L的揮 發(fā)性有機組分。
18.權利要求15的水基涂料組合物，其中所述基本上無水的基礎組分進一步包含疏水 性多元醇樹脂。
19.權利要求18的水基涂料組合物，其中所述基本上無水的基礎組分基于該基本上無 水的基礎組分的總重量包含至少約10wt%的所述親水性多元醇樹脂。
20.水基涂料組合物，其包含包含至少一種親水性多元醇樹脂和至少一種疏水性多元醇樹脂的基本上無水的基礎 組分；至少包含疏水性多異氰酸酯的活化劑組分；和 水，其中所述水基涂料組合物具有小于約100g/L的揮發(fā)性有機組分含量。
21.權利要求20的水基涂料組合物，其中所述水基涂料組合物包含小于約70g/L的揮 發(fā)性有機組分。
22.權利要求20的水基涂料組合物，其中所述水基涂料組合物包含小于約50g/L的揮 發(fā)性有機組分。
23.權利要求20的水基涂料組合物，其中所述基本上無水的基礎組分基于該基本上無 水的基礎組分的總重量包含至少約10wt%的所述親水性多元醇樹脂。
24.權利要求20的水基涂料組合物，其中所述活化劑組分進一步包含至少一種親水性多異氰酸酯。
全文摘要
提供了水基聚氨酯涂料組合物。一種示例性的水基涂料組合物包含基本上無水的基礎組分和活化劑組分。所述基本上無水的基礎組分至少包含親水性多元醇，所述活化劑組分至少包含疏水性異氰酸酯。
文檔編號C09D175/04GK101883802SQ200880118790
公開日2010年11月10日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權日2007年10月23日
發(fā)明者S·阿布拉米, 唐廣糧 申請人:Prc-迪索托國際公司