本发明涉及水性涂装技术领域，尤其涉及一种用于金属、塑料、玻璃等素材的表面涂装保护的超低voc排放的全素材适用水性无光引发剂uv固化涂料及其制备方法。
背景技术：
目前生活中不管是家电、数码、玩具、工艺制品等各种产品，表面涂装是不可或缺的一道工艺。传统涂装使用的是溶剂型涂料的涂装居多(俗称油性涂料)，产品中使用大量的有机或无机溶剂，使用过程中则有大量的voc(挥发性有机化合物)排放造成污染；而市面已有的水性涂料，大多数性能只能满足木器制品或者家居装修使用。目前绝大多数的所谓水性涂料，并不是真正的完全有效树脂外水溶，还含有较高的助剂及有机添加物，并不能有效降低voc的排放。
另外，家电数码工艺品等行业的高端表面涂装，对表涂装保护要求甚高，传统溶剂型涂料(包括pu和uv类型等)的表面硬度受技术和工艺限制，目前最高也只能达到铅笔硬度6h左右，漆膜表面容易刮花受伤。
因此，生产制备一种无污染、表面硬度高的水性涂料是业界亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明为了解决现有涂料产品有污染、性能低的技术问题，提出一种可以补充高端产品表面涂装的高性能需求的超低voc排放的水性光固化涂料及其制备方法。
本发明提出的超低voc排放的水性光固化涂料，所述的涂料是由下列重量百分含量的原料组成：合成聚氨酯72-85％、无机添加物3-10％、助剂0.5-3％、去离子水10-15％；
其中，所述的合成聚氨酯为水溶性羟基nco立体交叉结构树形聚合物。
本发明提出的一种超低voc排放的水性光固的涂料的制备方法，步骤如下：
步骤1：合成聚氨酯的合成
将多异氰酸酯和超支化多元醇按4：1的比例混合，加温至70-100c°进行反应，反应时间2～4小时；降温至40-60c°后；再滴加加入多异氰酸酯和超支化多元醇两者总量的10-20％的二羟甲基丙酸，控制滴加反应时间在一小时以内，反应过程加入多异氰酸酯和超支化多元醇两者总量的0.5-3％的阻聚剂；完成后继续加温70-100c°反应1-2小时；上述反应全程需要氮气保护，制得所述的合成聚氨酯；
步骤2：按制备所述涂料的配比称量所述的合成聚氨酯、无机添加物、助剂、去离子水；将所述的无机添加物和去离子水加入到所述的合成聚氨酯中，在70-90c°下快速搅拌，一边搅拌一边加入所述助剂中的分散剂；
步骤3：降低搅拌速度，加入剩余所述的助剂搅拌均匀，制得所述的涂料；
步骤4：将制备好的涂料灌入包装罐体，抽真空常温保存。
与现有涂装产品相比，本发明的有益效果：
1、本发明涂料真正实现超低voc排放
目前对于涂料行业，voc排放是重点考核指标；欧洲保准是50g/kg，国内保准国标125g/kg，最严的深圳是80g/kg，而本配方所制备产品的voc排放总量为20mg/kg，基本无voc排放；
2、本发明涂料适用于金属、塑料、玻璃等素材的表面涂装保护，可称之为全素材适用；
3、本发明涂料不含光引发剂，不会造成引发剂残留漆膜形成异味；
4、本发明涂料具有超高硬度，本品漆膜表面硬度达到9h以上(铅笔硬度)；
5、本发明涂料具有优良的漆面保护作用
耐磨测试：rca纸带耐磨(175g)大于10000转以上无擦痕，钢丝绒耐磨测试(1kg)2500次以上无擦痕；
6、本发明涂料具有良好的疏水疏油等防污特性；
7、本发明涂料真正实现水性环保，溶剂为去离子水，之外全部是有效成膜成份；
8、本发明涂料在高硬度性能的情况下，还具有高柔韧性，漆膜可实现正向大于40度，反向180度弯折，有效解决漆膜抗冲击性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明提出的超低voc排放的水性光固化涂料，其由下列重量百分含量的原料组成：
合成聚氨酯72-85％、无机添加物3-10％、助剂0.5-3％、去离子水10-15％。
其中，所述的合成聚氨酯为水溶性羟基nco立体交叉结构树形聚合物。所述的无机添加物至少采用纳米级的sio2和/或纳米级的tio2，提高漆膜耐摩擦及防污性能。所述的助剂为分散剂以及润湿剂、流平剂、偶联剂、成膜助剂、抗流挂剂、抗划伤剂、防沉降剂、爽滑剂之中的至少一种。主要使用德国byk生产的系列助剂，在树脂合成过程及涂料研磨混合过程中使用，改善涂料施工的流平及润湿性能，提高漆膜成膜效率。去离子水用作树脂及涂料制备过程的溶剂。
根据不同的需要，本发明涂料可以选择不同的配方，如下表所示：
除上表之外的涂料配方，根据不同应用，还可以用以下的实施例来说明
实施例1
本发明涂料使用喷涂工艺应用于手机屏幕玻璃。按以下原料的配比配制涂料：
合成聚氨酯78％，sio28％，分散剂0.8％，润湿剂0.6％；流平剂(byk-3455)0.5％，抗划伤剂(byk-3600)0.5％，爽滑剂(byk-333)0.5％，余量的为去离子水。
喷涂工艺为：喷涂(手动或自动)(湿膜厚度25-30μm)-静置流平(加温55-65摄氏度)2-3分钟-uv(365纳米波长，100w/cm，600j/cm2)10-20秒。
性能指标：
该配方主要结合涂料的高硬度和柔韧性，用于改善玻璃表面的表面应力及手感；
该配方制备产品：
表面铅笔硬度：9h；水立角：105；耐钢丝绒摩擦：1kg砝码2000次；
由于漆面有效改变玻璃表面应力，使得玻璃制品的手感极佳，最主要提升的玻璃的耐摔性能，测试数据表面：使用康宁大猩猩玻璃切割成的5.5寸手机屏幕，500课负载1.5米自由跌落，玻璃碎裂几率由无涂层的98％提高到涂覆后的15％。
实施例2
本发明涂料使用喷涂工艺应用于家电面板。按以下原料的配比配制涂料：
合成聚氨酯72％，sio25％，tio25％，分散剂1.0％，润湿剂(byk-349)1.5％，流平剂(byk-3455)0.5％，余量的为去离子水。
应用及性能指标：
该配方主要结合涂料的高硬度、柔韧性、抗菌性，以及用于改善家电产品(如洗碗机、消毒碗柜)表面的抗污及自洁作用；
该配方制备产品：
表面铅笔硬度：9h；水立角：105；rca纸带耐磨擦测试超过10000次物划痕；
由于涂料添加了纳米tio2，使得其具有非常强的“超亲水性能”，使得漆膜表面不易形成水珠，易于打理清洁；而且纳米tio2在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。利用这样一个效应可以在消毒碗柜洗碗机等家电柜体表面喷涂含该涂料，利用二氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为co2和o2，从而实现抑制细菌生长，达到自清洁功能。
实施例3
本发明涂料使用喷涂工艺应用于橱柜用人造石表面或者3d打印瓷砖表面。按以下原料的配比配制涂料：
合成聚氨酯85％(此应用类型涂料聚合物合成过程中使用酚醛替代粘度调节剂)，sio23％，分散剂0.8％，润湿剂(byk-349)0.7％,流平剂(byk-3455)0.5％，余量的为去离子水。
应用及性能指标：
表面铅笔硬度：9h；水立角：大于97；耐钢丝绒摩擦：1kg砝码2500次，耐高跟鞋摩擦及沙土震动摩擦；
该配方主要结合涂料的高透明、高硬度、阻燃抗高温特性、自洁性，改善人造石耐温低的缺陷，使人造石的表面短时耐温达到500度以上，而且具有垂直阻燃特性，可以达到uv94-v0等级；
另外由于涂料高透光，高硬度耐磨，应用于3d打印瓷砖表面，有效保护瓷砖表面图案，并不需要增加透镜，就能达到3d效果。
根据需要，选定涂料配方后，可以根据本发明提出的制备方法制备涂料，步骤如下：
步骤1：合成聚氨酯的合成
将多异氰酸酯和超支化多元醇按4：1的比例混合，加温至70-100c°进行反应，反应时间2-4小时；降温至40-60c°后，再滴加加入多异氰酸酯和超支化多元醇两者总量的10-20％的二羟甲基丙酸(dmpa)，控制滴加反应时间在一小时以内，反应过程需加入多异氰酸酯和超支化多元醇两者总量的0.5-3％的阻聚剂；完成后继续加温70-100c°反应1-2小时；上述反应全程需要氮气保护；制得所述的树形结构的合成聚氨酯。
其中的多异氰酸酯可以采用德国拜耳产品，超支化多元醇(hbp)可以购买，也可以自配。阻聚剂可以采用法国罗地亚产品。
步骤2：按制备所述涂料的配比称量所述的合成聚氨酯、无机添加物、助剂、去离子水；
将所述的无机添加物和去离子水加入到所述的合成聚氨酯中，在70-90c°下快速搅拌，一边搅拌一边加入所述助剂中的分散剂。
所述的助剂为涂料的0.5-3％，其包括分散剂，还要根据需要，选取润湿剂、流平剂、偶联剂、成膜助剂、抗流挂剂、抗划伤剂、防沉降剂、爽滑剂之中的一种或数种原料与分散剂组合成所述的助剂。
步骤3：降低搅拌速度，加入剩余所述的助剂搅拌均匀，制得所述的涂料；
步骤4：将制备好的涂料灌入包装罐体，抽真空常温保存。
本发明涂料的检测性能表
由上可知，本发明涂料真正实现超低voc排放，为全素材适用；不含光引发剂，不会造成引发剂残留漆膜形成异味；超高硬度，具有优良的漆面保护作用；并真正实现水性环保，在高硬度性能的情况下，还具有高柔韧性，漆膜可实现正向大于40度，反向180度弯折，有效解决漆膜抗冲击性能。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。