一种TR-90基材用水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法和使用方法与流程

本发明涉及tr-90基材涂料技术领域，特别是涉及一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法和使用方法。

背景技术：

tr-90材料因其记忆功能、具有超韧性、耐撞耐磨、擦系数低等特点以及轻便性能，因此tr-90是作为超轻镜框的优异材料。

由于眼镜制造行业大量采用tr-90塑料作为镜框材料，为了进一步提高注塑件的装饰性及耐用性，通常需要在其表面涂装。实际应用中，由于tr-90材料表面的致密性大以及表面张力小，普通涂料很难直接涂覆在tr-90材料表上，对此，行业现有技术采用的涂装工艺是：先用专用型溶剂型双组分涂料作为底漆作为附着力促进涂层，再涂装双组分罩光涂料或uv辐射固化罩光涂料。这种方案为多涂层施工，所需的加工时间长，生产效率较低；同时施工过程产生大量的溶剂挥发，对于环境有害。

目前，水性双组份聚氨酯涂料因其环保、固化剂能较好相容以及具有高羟基官能团，因此被广泛应用。然而，现有的水性双组份聚氨酯涂料对于应用在tr-90中仍存在局限性：

1、传统的水性双组份聚氨酯涂料在tr-90基材上附着力差，无法单独使用，需要底漆；

2、传统的水性双组份聚氨酯涂料由于是多层涂层，漆膜较厚，工件在弯折形变后(45°夹角)会导致漆膜开裂，在镜框领域中不能较好应用。

3、水性颜料容易在贮存过程中产生浮色、重新团聚的问题，导致涂层出现发花、颜色分布不均、有小颗粒的现象。

现有技术通过在羟基丙烯酸树脂酯树脂中引入了大环高位阻单体来降低水性双组份聚氨酯涂料的粘性，但是大环高位阻单体的大量存在会降低涂料的韧性并且会影响颜料在涂料中分散，以致影响涂料的功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料，该涂料具有韧性好、不分层、附着力好和抗污性能好的优点。

为实现上述发明目的之一，

提供一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料，包括以下原料，

异氰酸酯固化剂50％～60％

羟基丙烯酸树脂酯20％～30％

环氧丁烯10％～15％

氟苯乙烯5％～6％

乳化剂1％～3％

引发剂0.1％～1％

交联剂0.2％～2％；

其中，所述羟基丙烯酸树脂酯由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂组成；

所述双组份聚氨酯涂料的固含量为40％～50％。

上述原料中，环氧丁烯和氟苯乙烯作为大环高位阻单体，其二者中的乙烯基均能与羟基丙烯酸树脂酯中的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂中的双键键合，使得环氧环和氟苯连接到羟基丙烯酸树脂酯中，从而增加了羟基丙烯酸树脂酯中树脂分子之间的斥力，降低了涂料的粘性，便于涂料在tr-90基材上分散，以及便于颜料在涂料中分散均匀。

此外，本发明采用了环氧丁烯和氟苯乙烯这两种大环高位阻单体，这两种高位阻单体起到互补作用，由于氟苯乙烯的刚性较强但氟苯乙烯的位阻性较好并且位阻性较为稳定，但是如果大量使用氟苯乙烯则会导致颜料难以在整个涂料中分散，而单纯采用环氧丁烯，则由于环氧丁烯稳定不够好，导致不能有较好的位阻性能。本发明将环氧丁烯和氟苯乙烯联用，这样能既能减低涂料的粘，又能减少苯基的使用以免影响涂料分散，以及影响涂料的韧性。而当在位阻度足够的情况下，环氧丁烯在一定温度下能开环，此时涂料位阻度减低，进一步地使颜料能在涂料中分散，并提高涂料的韧性。

本发明采用氟苯乙烯作为大环位阻单元，其氟元素的表面能较低，氟元素降低了整个涂料的抗污性能，这对于应用在镜框基材中的tr-20材料有重要作用，使得眼镜框的清洁度较高。

其中，所述异氰酸酯固化剂选自六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或任意两种以上的混合物。

其中，所述引发剂选自偶氮二异定腈和偶氮二异庚腈中的一种或两种的混合物。这种引发剂的副反应较少。

其中，所述交联剂选自3-羟基丙酸和2,3-二羟基丙酸中的一种或两种的混合物。

其中，所述乳化剂是sr-10乳化剂。

本发明的一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的有益效果：

(1)环氧丁烯和氟苯乙烯中作为大环位高位阻单元，其二者中的乙烯基均能与羟基丙烯酸树脂酯中的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂中的双键键合，使得环氧环和氟苯连接到羟基丙烯酸树脂酯中，从而增加了羟基丙烯酸树脂酯中树脂分子之间的斥力，降低了涂料的粘性，便于涂料在tr-90之间分散，以及便于颜料在涂料中分散均匀。

(2)本发明采用了环氧丁烯和氟苯乙烯这两种大环高位阻单体，这两种高位阻单体起到互补作用，由于氟苯乙烯的刚性较强但氟苯乙烯的位阻性较好并且位阻性较为稳定，但是如果大量使用氟苯乙烯则会导致颜料难以在整个涂料中分散，而单纯采用环氧丁烯，则由于环氧丁烯稳定不够好，导致不能有较好的位阻性能。本发明将环氧丁烯和氟苯乙烯联用，从而减少苯基，进而既能减低涂料的粘度，又使得颜料能较好地在涂料中分散。当在位阻度足够的条件下分散均匀，环氧丁烯在一定温度下开环，此时涂料位阻度减低，进一步地使颜料能在涂料中分散。

(3)本发明采用氟苯乙烯作为大环位阻单元，其氟元素的表面能较低，将低了整个涂料的抗污性能，这对于应用在镜框基材中的tr-20材料有重要作用，使得眼镜框的清洁度较高。

(4)本发明通过使用了环氧丁烯、氟苯乙烯，降低了水性双组份聚氨酯涂料的粘稠度，提高了水性双组份聚氨酯涂料tr-90基材上的附着力，从而能独立使用本发明的水性双组份聚氨酯涂。

(5)本发明在水性双组份聚氨酯涂料中加入有大环位阻单体，增强了水性双组份聚氨酯涂料的强度和致密度，并且由于不需要底漆，本发明的水性双组份聚氨酯涂料的涂层较薄，tr-90在弯折形变后也不会导致漆膜开裂；并且本发明的水性双组份聚氨酯涂料的韧性较好，能防止涂层开裂。

为实现上述发明目的之二，

还提供一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，采用上述的tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的原料，包括以下步骤：

s1：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂、环氧丁烯、氟苯乙烯和乳化剂投入反应器中并在氮气保护下反应，于80℃～90℃下搅拌反应，制得羟基聚丙烯酸酯预聚体；

s2：将所述羟基聚丙烯酸酯预聚体降温至50℃～60℃，向所述羟基聚丙烯酸酯预聚体加入氢氧化钠进行中和，然后将中和后的羟基聚丙烯酸酯预聚体加入水中，继续搅拌，制得固含量为40～50％的聚丙烯酸酯预聚体水分散体；

s3：将配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合，反应一定时间后，制得tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料。

其中，所述s1中，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树的重量之比是1：1～2：1～2。

其中，所述s2中，氢氧化钠的浓度为5％，氢氧化钠的加入量为3％～5％，搅拌时间为4h～5h。

其中，所述s3中，配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合的时间1h～3h。

本发明的一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的制备方法的有益效果：

(1)本发明一次性地加水，使得涂料由水包油状态转为油包水，保持了涂料分散的均匀度。

为实现上述发明目的之三，

还提供一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的使用方法，采用上述的tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料，将颜料加入到tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料中，搅拌均匀，于4h～5h内，在70％～80％的湿度环境下将所述水性双组份聚氨酯涂料直接涂覆在tr-90基材中，且所述环境温度是40℃～45℃，然后再涂覆一层羧酸类封端剂，得到涂膜。

本发明的一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的使用方法的有益效果：

(1)在4h～5h内使用水性双组份聚氨酯涂料能保证涂料的稳定性，在较湿的环境下涂覆在本发明的涂料有助于利用涂料中的亲水基团与水发生亲水反应从而加快涂料的流动，并且提高涂覆温度也能提高涂料的流动性并且，从而提高涂覆效果。

(2)本发明在异氰酸酯固化剂与羟基丙烯酸树脂酯发生反应后，再涂覆上羧酸类封端剂，羧酸类封端剂能封端多余的多元醇，防止voc排放，降低voc排放量，以及防止多元醇中的羟基与异氰酸酯基发生副反应，从而避免氨基甲酸酯基聚合物的产生，继而避免co2产生以影响涂料的涂膜效果；且由于是在异氰酸酯固化剂与羟基丙烯酸树脂酯发生反应后涂覆羧酸类封端剂，这样能够保持异氰酸酯固化剂与羟基丙烯酸树脂酯正常发生反应。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本实施例公开的一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料，包括以下原料，异氰酸酯固化剂50％，羟基丙烯酸树脂酯30％，环氧丁烯10％，氟苯乙烯5％，乳化剂1％，引发剂0.1％，交联剂0.2％；

其中，所述羟基丙烯酸树脂酯由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂组成；

所述双组份聚氨酯涂料的固含量为40％。

本实施例中，所述异氰酸酯固化剂选自六亚甲基二异氰酸酯。

本实施例中，所述引发剂选自偶氮二异定腈。

本实施例中，所述交联剂选自3-羟基丙酸和2,3-二羟基丙酸两种的混合物。

本实施例中，所述乳化剂是sr-10乳化剂。

上述tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

s1：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂、环氧丁烯、氟苯乙烯和乳化剂投入反应器中并在氮气保护下反应，于80℃下搅拌反应，制得羟基聚丙烯酸酯预聚体；

s2：将所述羟基聚丙烯酸酯预聚体降温至50℃，向所述羟基聚丙烯酸酯预聚体加入氢氧化钠进行中和，然后将中和后的羟基聚丙烯酸酯预聚体加入水中，继续搅拌，制得固含量为40～50％的聚丙烯酸酯预聚体水分散体；

s3：将配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合，反应一定时间后，制得tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料。本实施例中，所述s1中，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树的重量之比是1：1：1。

本实施例中，所述s2中，氢氧化钠的浓度为5％，氢氧化钠的加入量为3％，搅拌时间为4h。

本实施例中，所述s3中，配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合的时间1h。

上述tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的使用方法，将颜料加入到tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料中，搅拌均匀，于4h内，在70％～80％的湿度环境下将所述水性双组份聚氨酯涂料直接涂覆在tr-90基材中，且所述环境温度是40℃，然后再涂覆一层羧酸类封端剂，得到涂膜。

本实施例中，所述羧酸类封端剂是一甲酸。

实施例2

本实施例公开的一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料，包括以下原料，异氰酸酯固化剂60％，羟基丙烯酸树脂酯30％，环氧丁烯15％，氟苯乙烯6％，乳化剂3％，引发剂1％，交联剂2％；

其中，所述羟基丙烯酸树脂酯由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂组成；

所述双组份聚氨酯涂料的固含量50％。

本实施例中，所述羧酸类封端剂是二甲酸或一甲酸。

本实施例中，所述异氰酸酯固化剂选自异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物。

本实施例中，所述引发剂选自偶氮二异定腈和偶氮二异庚腈中的混合物。

本实施例中，所述交联剂选自2,3-二羟基丙酸中。

本实施例中，所述乳化剂是sr-10乳化剂。

上述tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

s1：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂、环氧丁烯、氟苯乙烯和乳化剂投入反应器中并在氮气保护下反应，于90℃下搅拌反应，制得羟基聚丙烯酸酯预聚体；

s2：将所述羟基聚丙烯酸酯预聚体降温至60℃，向所述羟基聚丙烯酸酯预聚体加入氢氧化钠进行中和，然后将中和后的羟基聚丙烯酸酯预聚体加入水中，继续搅拌，制得固含量为50％的聚丙烯酸酯预聚体水分散体；

s3：将配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合，反应一定时间后，制得tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料。

本实施例中，所述s1中，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树的重量之比是1：2：2。

本实施例中，所述s2中，氢氧化钠的浓度为5％，氢氧化钠的加入量为5％，搅拌时间为5h。

本实施例中，所述s3中，配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合的时间3h。

上述tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的使用方法，将颜料加入到tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料中，搅拌均匀，于5h内，在70％～80％的湿度环境下将所述水性双组份聚氨酯涂料直接涂覆在tr-90基材中，且所述环境温度是45℃，然后再涂覆一层羧酸类封端剂，得到涂膜。

本实施例中，所述羧酸类封端剂是一甲酸。

实施例3

本实施例公开的一种tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料，包括以下原料，异氰酸酯固化剂55％，羟基丙烯酸树脂酯25％，环氧丁烯16％，氟苯乙烯5.5％，乳化剂2％，引发剂0.8％，交联剂1.5％；

其中，所述羟基丙烯酸树脂酯由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂组成；

所述双组份聚氨酯涂料的固含量为40％～50％。

本实施例中，所述羧酸类封端剂是二甲酸或一甲酸。

本实施例中，所述异氰酸酯固化剂选自六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或任意两种以上的混合物。

本实施例中，所述引发剂选自偶氮二异定腈和偶氮二异庚腈中的一种或两种的混合物。

本实施例中，所述交联剂选自3-羟基丙酸和2,3-二羟基丙酸中的一种或两种的混合物。

本实施例中，所述乳化剂是sr-10乳化剂。

上述tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

s1：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树脂、环氧丁烯、氟苯乙烯和乳化剂投入反应器中并在氮气保护下反应，于85℃下搅拌反应，制得羟基聚丙烯酸酯预聚体；

s2：将所述羟基聚丙烯酸酯预聚体降温至55℃，向所述羟基聚丙烯酸酯预聚体加入氢氧化钠进行中和，然后将中和后的羟基聚丙烯酸酯预聚体加入水中，继续搅拌，制得固含量为45％的聚丙烯酸酯预聚体水分散体；

s3：将配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合，反应一定时间后，制得tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料。

本实施例中，所述s1中，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸树的重量之比是1：1.5：1.5。

本实施例中，所述s2中，氢氧化钠的浓度为5％，氢氧化钠的加入量为3％～5％，搅拌时间为4.5h。

本实施例中，所述s3中，配方量的所述聚丙烯酸酯预聚体水分散体与配方量的异氰酸酯固化剂搅拌混合的时间2.5h。

上述tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料的使用方法，将颜料加入到tr-90基材用水性双组份聚氨酯涂料中，搅拌均匀，于4.5h内，在75％的湿度环境下将所述水性双组份聚氨酯涂料直接涂覆在tr-90基材中，且所述环境温度是43℃，然后再涂覆一层羧酸类封端剂，得到涂膜。

本实施例中，所述羧酸类封端剂是二甲酸。

对比例1

本实施例与实施例1的不同之处在于，省去环氧丁烯和氟苯乙烯，其他原料及其制备方法和使用方法与实施例1相同。

对比例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，省去氟苯乙烯，其他原料及其制备方法和使用方法与实施例1相同，此处不再赘述。

对比例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，省去羧酸类封端剂，其他原料及其制备方法和使用方法与实施例1相同，此处不再赘述。

效果验证：

分别对实施例1所得的水性双组份聚氨酯涂料以及对比例1-3所得的水性双组份聚氨酯涂料以下的性能测试，

(1)voc排放量测试：以pid检测法进行检测；

(2)附着力：在tr-90基材上涂上单层涂层，涂膜固化后，在涂膜上划出间隔为2mm的10x10的网格，然后用胶带粘贴并分离。

(3)硬度：铅笔硬度测试；

(4)耐酸性：在0.1n的hcl浸泡24小时，观察涂膜变化；

(5)耐碱性：在0.1n的naoh浸泡24小时，观察涂膜变化；

(6)耐湿性：温度(47±1)℃，相对湿度(96±2)％，测试120小时；

(7)耐弯折性：工件在45°角弯折后，观察涂膜变化；

(8)耐水性：蒸馏水浸泡240h观察涂膜变化。

得出表1所示的结果表。

表1实施例1、对比例1-3的涂料的性能表

根据表1可见，本发明的用在tr-90基材上的水性双组份聚氨酯涂料具有较好附着力、硬度、耐酸性、耐碱性、耐湿性、耐弯折性和耐水性以及较低的voc排放量，且本发明用在tr-90基材上的水性双组份聚氨酯涂料的性能比省去氟苯乙烯的对比例1、省去环氧丁烯和氟苯乙烯的对比例2、省去羧酸类封端剂的对比例3的性能要好，说明了本申请增加了环氧丁烯、氟苯乙烯和羧酸封端基能有效地提高了涂料的性能。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。