一种耐水水性聚氨酯涂料的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种耐水水性聚氨酯涂料。
【背景技术】
[0002]水性聚氨酯以水作为分散介质，具有环保无毒、难燃烧等优势，并且可以通过改变软硬段种类与比例来调节树脂材料的综合性能。自上世纪60年代末水性聚氨酯被引入市场后，水性聚氨酯以优异的粘结能力，出色的耐温变性能，优良的耐低温性能，良好的生物相容性以及环保无毒的特性而被广泛应用在多个领域。水性聚氨酯尽管分子链化学结构与溶剂型聚氨酯相同，但是与溶剂型聚氨酯相比，在性能方面仍然存在一些缺陷，例如，分子量小、耐水性差和硬度小等，因此限制了其应用。目前，水性聚氨酯涂料在耐水性能方面不能满足社会的要求，需要进行改性。
【发明内容】
[0003]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种耐水水性聚氨酯涂料，具有优异的耐水性能，耐热、防火阻燃性能优秀，而且附着力高，硬度高，干燥速度快。
[0004]本发明提出的一种耐水水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:水性聚氨酯85?95份，醛酮树脂12?15份，环氧树脂3?6份，气相二氧化硅3?4份，白炭黑8?11份，膨润土14?17份，煅烧高岭土23?26份，铝锆偶联剂2?4份，羧甲基纤维素钠I?3份，流平剂7?10份，消泡剂2?4份，防霉剂4?6份。
[0005]优选地，水性聚氨酯按如下工艺制备:将改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯和含氟硅氧烷二元醇混合均匀后，升温至85?88°C，保温1.5?2h，降温至40?50°C后加入新戊二醇、2-(羟基甲基)苯硼酸半酯、三聚氰胺-甲醛树脂和丙酮，再加入邻苯基苯酚钠，升温至80?83°C，保温1.7?2h得到物料a;将物料a降温至30?40°C后，再滴加含双(2-羟丙基)苯胺和N-乙基二乙醇胺的溶液，升温至65?68°C，保温1.2?1.5h得到物料b;将物料b调节pH至中性后，真空脱除丙酮得到水性聚氨酯。
[0006]优选地，水性聚氨酯的制备工艺中，按重量份将32?35份改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯和55?58份含氟硅氧烷二元醇混合均匀后，升温至85?88°C，保温1.5?2h，降温至40?50°C后加入7?10份新戊二醇、1.7?2份2-(羟基甲基)苯硼酸半酯、6?9份三聚氰胺-甲醛树脂和丙酮，再加入0.1?0.2份邻苯基苯酚钠，升温至80?83°C，保温1.7?2h得到物料a;将物料a降温至30?40 °C后，再滴加含5?7份双(2-羟丙基)苯胺和5?6份N-乙基二乙醇胺的溶液，升温至65?68°C，保温1.2?1.5h得到物料b;将物料b调节pH至中性后，真空脱除丙酮得到水性聚氨酯。
[0007]优选地，水性聚氨酯的制备工艺中，含氟硅氧烷二元醇的制备方法为:将四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷混合均匀后，滴加浓硫酸，升温，滴加三氟丙基甲基环三硅氧烷，保温，冷却后，加入氢氧化钠调节PH至6，过滤，蒸馏得到第一物料;将三异丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均匀后，再加入I，6_庚二烯-4-醇搅拌均匀，接着滴加碳酸钠水溶液，搅拌，静置分层，取下层油状液进行蒸馏得到第二物料;将第一物料和第二物料混合均匀后，加入氯铂酸，升温，保温，真空蒸馏后得到第三物料;将第三物料、四氢呋喃、四丁基氟化铵混合后，升温回流，旋转蒸发得到含氟硅氧烷二元醇。
[0008]优选地，水性聚氨酯的制备工艺中，含氟硅氧烷二元醇的制备方法为:按重量份将27?30份四甲基二硅氧烷和5?8份八甲基环四硅氧烷混合均匀后，滴加3?5份质量分数为88?92wt %的浓硫酸，升温，滴加12?15份三氟丙基甲基环三硅氧烷，保温，冷却后，加入氢氧化钠调节PH至6，过滤，蒸馏得到第一物料;将8?11份三异丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均匀后，再加入6?9份I，6_庚二烯-4-醇搅拌均匀，接着滴加20?22份质量分数为25?28wt %的碳酸钠水溶液，搅拌，静置分层，取下层油状液进行蒸馏得到第二物料;将第一物料和第二物料混合均匀后，加入0.2?0.5份氯铂酸，升温，保温，真空蒸馏后得到第三物料；将第三物料、3?4份四氢呋喃、4?6份四丁基氟化铵混合后，升温回流，旋转蒸发得到含氟硅氧烷二元醇。
[0009]优选地，水性聚氨酯的制备工艺中，含氟硅氧烷二元醇按如下工艺制备:将四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷混合均匀后，滴加浓硫酸，升温至78?81°C，滴加三氟丙基甲基环三硅氧烷，保温5.5?6h，冷却后，加入氢氧化钠调节pH至6，过滤，蒸馏得到第一物料；将三异丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均匀后，再加入I，6_庚二烯-4-醇搅拌均匀，接着滴加碳酸钠水溶液，搅拌，静置分层，取下层油状液进行蒸馏得到第二物料;将第一物料和第二物料混合均匀后，加入氯铂酸，升温至85?88°C，保温1.5?2.5h，真空蒸馏后得到第三物料;将第三物料、四氢呋喃、四丁基氟化铵混合后，升温回流，旋转蒸发得到含氟硅氧烷二元醇。
[0010]优选地，水性聚氨酯的制备工艺中，改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯制备方法如下:将环己烷二亚甲基二异氰酸酯和三丁基氧化锡混合，通入N2保护，升温至87?90°C，在升温过程中不停搅拌，保温2?3h得到物料X;将甲基三乙氧基硅烷和异辛酸铋混合后，加入水中得到物料y ；将物料X和物料y混合均匀，升温至54?570C，保温1.8?2.1h，真空蒸馏得到改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯。
[0011]优选地，水性聚氨酯的制备工艺中，改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯制备方法如下:按重量份将25?28份环己烷二亚甲基二异氰酸酯和3?4份三丁基氧化锡混合，通入N2保护，升温至87?90°C，在升温过程中不停搅拌，保温2?3h得到物料X;将4.2?4.5份甲基三乙氧基硅烷和0.5?0.8份异辛酸铋混合后，加入水中得到物料y ；将物料X和物料y混合均匀，升温至54?57°C，保温1.8?2.lh，真空蒸馏得到改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯。
[0012]优选地，水性聚氨酯、醛酮树脂、环氧树脂的重量比为88?92:13?14:4?5。
[0013]本发明按常规工艺制备得到。
[0014]由于有机硅分子间作用力较弱，力学性能差，本发明将八甲基环四硅氧烷和三氟丙基甲基环三硅氧烷进行开环聚合得到含氟长链的第一物料，其兼具聚硅氧烷和有机氟化合物的优点，分子以S1-O链为主链，在侧链或主链上引入含氟基团，降低了整个分子链段的表面能，具有优异的疏水性能;再用三异丙基氯硅烷和I，6-庚二烯-4-醇进行反应，从而使I，6-庚二烯-4-醇中的羟基形成醚键得到保护;然后将第一物料和第二物料进行反应，使第二物料中的碳碳双键打开进行聚合，再通过四氢呋喃、四丁基氟化铵将醚键脱保护形成羟基得到含氟硅氧烷二元醇。
[0015]本发明将环己烷二亚甲基二异氰酸酯和三丁基氧化锡混合后，升温，使环己烷二亚甲基二异氰酸酯中-NCO基团发生反应，三个异氰酸酯基团聚合生成六元环结构的异氰脲酸酯基团，然后加入甲基三乙氧基硅烷和异辛酸铋，在催化剂异辛酸铋的作用下，甲基三乙氧基硅烷水解产生的巯基与环己烷二亚甲基二异氰酸酯三聚体上的异氰酸酯基进行反应，使硅氧烷接枝于环己烷二亚甲基二异氰酸酯三聚体上，为水性聚氨酯的制备做铺垫。
[0016]本发明采用改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯和含氟硅氧烷二元醇来制备水性聚氨酯，在聚氨酯结构上引入支化侧链和含氟聚硅氧烷链段，使水性聚氨酯的黏度和断裂伸长率小，还提高了本发明的拉伸强度、硬度、韧性；改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯上同时具有异氰脲酸酯六元环和有机硅基团，其中异氰脲酸酯六元环具有强吸电子效应，导致分子中-NCO的C = N键的极性增加，提高了反应活性，加速改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯与羟基的反应速度，提高交联度，提高了水性聚氨酯的硬度和附着力；水性聚氨酯中的硅原子、氟原子易向表面迀移、富集，使亲油基向外对空气排布，亲水基向内排布，从而使得接触角增大，降低表面张力和表面能，使水难以在其表面铺展润湿，从而提高本发明的耐水性能、耐热性能;而三聚氰胺-甲醛树脂的引入，使本发明的水性聚氨酯中具有含氮基团，受热条件下吸热，分解生成氨气、氮气、二氧化氮等不燃性气体，以稀释可燃物、降低可燃物表面温度