本发明属于化工技术领域，涉及一种水性塑胶漆及其制备工艺，具体涉及一种微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆及其制备工艺。
背景技术：
2015年以来，国家的环保政策相继出台，塑胶漆领域的油转水趋势加大，各种水性漆也顺势投放到市场上，但是从市场的反馈来看，水性漆的应用还是受到了一定的限制，其中一个重要方面是由于作为溶剂，水的挥发显然受到了温度和湿度的影响，而且水的冰点为0℃，在北方的大部分地区，入冬以后，水性漆抗冻性不好，容易结冰，在低温高湿下水的挥发较慢，水性漆的干燥受到很大的影响。有些水性漆生产商为了解决水性漆抗冻性不好的问题，会加入过多的助溶剂，减少或者不加水，可是这样一来，voc含量会急剧上升，显然违背了环保立法的初衷。
cn104341921a公开了一种水性塑胶漆，其主要组成为马来酸酐改性丙烯酸乳液50～60份，蜡浆5～10份，附着力促进剂2～3份，抗划伤剂2～4份，成膜助剂3～5份，二丙二醇甲醚1～2份，水性铝银浆5～12份。该产品具有良好的硬度、附着力，抗划伤性能良好，但是漆膜的耐酒精性能、耐磨性能和耐候性能较差，不能满足具有户外要求的玻璃钢游乐游艺制品的性能要求。
技术实现要素：
为了解决水性漆面临的上述问题，本发明提供了一种微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆及其制备工艺。本发明采用微分子水作为溶剂，与常规的自来水、去离子水不同，微分子水是小分子团水，其抗冻性、抗流挂性、挥发性能都有了很大的改善和提高，用微分子水制备的双组份水性pu塑胶漆能够满足当前低温下的使用，在玻璃钢、pc、abs/pc、abs、pc/bs等多种塑胶类型上也均有良好的性能，在游乐游艺设备、汽车内饰件上门板、拉手、顶灯上都有成功的商业应用。本发明的产品具有低voc含量，水性环保，可以改善喷涂环境，漆膜具有优异的附着力，良好的表面硬度、耐酒精性、耐磨性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆，由a、b两种组分制备而成，其中：
所述a组分按质量百分比计，所用原料如下：微分子水性羟基丙烯酸乳液20～50％，微分子水性单组份丙烯酸乳液10～30％，成膜助剂0.5～1.5％，水性润湿剂0.3～0.5％，分散剂0.2～0.4％，流平剂0.3～0.5％，色浆0～30％，ph调节剂0.1～0.2％，增稠剂0.4～0.8％，消泡剂0.1～0.2％，余量为微分子水；
所述b组分为异腈酸酯固化剂；
所述a组分和b组分的质量比为100：8～20。
一种上述微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆的制备工艺，包括如下步骤：
(1)a组份的制备
首先在搅拌缸内，在搅拌速度为300～500r/min的条件下，按配比分别加入微分子水、水性润湿剂、分散剂、消泡剂，待搅拌均匀后，再按配比分别加入微分子水性羟基丙烯酸乳液、微分子水性单组份丙烯酸乳液、成膜助剂、流平剂、ph调节剂，待搅拌均匀后，再加入增稠剂和色浆，均匀搅拌后，检查合格后过滤包装；
(2)b组份的制备
检查异氰酸酯的状态是否正常，正常后直接按配比灌装即可；
(3)喷涂施工
按照a组份与b组份的比例混合后，搅拌均匀，再加入微分子水进行开稀，开稀比例根据喷漆黏度、枪口口径进行调节，加水比例大概在10～20％，喷涂完毕后，可以进行常温干燥，也可以当表干后60℃的温度下烘干40min即可。
本发明中，所述微分子水性羟基丙烯酸乳液为分散于微分子水中以无皂乳液聚合方式合成的羟基丙烯酸乳液，固含量为44～46wt.％。
本发明中，所述微分子单组份丙烯酸乳液为分散于微分子水中以均聚或共聚形式合成的单组份丙烯酸乳液，固含量为45～47wt.％。
本发明中，所述成膜助剂为丙二醇苯醚、丙二醇丁醚、二乙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚等中的一种或几种。
本发明中，所述增稠剂为碱溶胀聚丙烯酸类增稠剂、层状硅酸盐流变助剂中的一种或两种。
本发明中，所述分散剂为嵌段丙烯酸共聚物型分散剂。
本发明中，所述消泡剂为有机硅型消泡剂。
本发明中，所述ph调节剂为二甲基乙醇胺、amp-95、氨水中的一种或几种。
本发明中，所述色浆为莱莉雅化工科技有限公司研制生产的无树脂色浆。
本发明综合考虑了成膜物质的搭配、微分子水等各方面的因素对漆膜的性能和成本所产生的影响。为了进一步增进对本发明的实质精神的理解，现对其中的成分机理予以阐述。
(1)以微分子水性双组份pu为主要成膜物质，确保了漆膜优异的耐候性、耐酒精性，良好的光泽、附着力、硬度等。
本发明采用的水性双组份pu中的羟基丙烯酸乳液是采用了微分子技术以无皂乳液聚合方式合成的。具体地说来，本发明利用了微分子水簇的空间结构性和分子间各种弱相互作用(如氢键、范德华力等)的协同作用，微分子间的相互作用的方向性和选择性使得聚合物乳液形成了独特的三维结构，使得在微分子水中分散并合成的水性丙烯酸乳液与市面上用去离子水等合成的相比较，其成膜机理有所不同，采用分子水平的成膜原理，随着水的蒸发，相邻聚合物中的特殊官能团发生物理化学的聚集，使得水性微乳液聚合物体系产生了物理性的空间交联，这种物理交联的临界固含量比起普通胶粒低得多，换句话说，这种交联现象在水含量较高时就能发生，对体系带来的增强效果更加显著，延长了水性塑胶漆的存储时间，缩短了水性塑胶漆的干燥时间，提高了对塑胶基材的润湿能力和漆膜的附着力，改善了对颜填料粒子的包裹能力，可以减少相关助剂的使用，这样制备出来的漆膜还具有优异的耐候性、耐酒精性、柔韧性、硬度等等。无皂乳液聚合方式合成的羟基丙烯酸乳液离子通过结合在聚合物链上的离子基团、亲水基团得以稳定，与常规方式得到的羟基丙烯酸乳液相比，本发明使用的双组份乳液消除了小分子乳化剂在涂膜中吸水、渗出等不良影响，提高了涂膜的附着性能、耐水性和耐溶剂性。综上所述，本发明采用的微分子羟基丙烯酸乳液作为主要成膜物质，确保了漆膜优异的耐候性、耐酒精性，良好的光泽、附着力、硬度等。
(2)掺杂微分子单组份丙烯酸乳液，降低了成本，减少产生痱子等不良表面现象。
本发明采用的单组份丙烯酸乳液是以分散于微分子水中均聚或共聚方式合成的水性丙烯酸乳液，与市面上用去离子水等合成的相比较，这种单组份丙烯酸乳液制备得到的水性塑胶漆具有更加优良的防流挂性能、干燥速度更快等等。虽然水性双组份pu具有优异的耐候性、耐酒精性，良好的附着力，而广泛应用在塑胶领域上，在当下的油转水的环保浪潮中，水性双组份pu潜力很大，可以逐步淘汰溶剂型产品。但是在实际应用的过程中，水性双组份pu也有一些需要克服的自身缺点。在生产成本上，水性双组份pu的价格远高于同类型的溶剂型产品，特别是异氰酸酯固化剂，目前仍是以进口产品为主，价格普遍在80～90元每公斤左右，而同类型的溶剂型固化剂却只有一半左右，这也是阻碍水性双组份pu进一步推广的阻力所在，在施工工艺上，某些水性双组份pu在高光状态下容易产生痱子，影响表面效果，干燥速度过慢。单组份水性丙烯酸乳液价格成本上易于接受，干燥速度较快，但是耐候性、耐酒精性上有所欠缺。而掺杂部分的微分子单组份丙烯酸乳液可以起到良好的协同效果。经过试验确认，掺杂部分的微分子单组份丙烯酸乳液，硬度、附着力、耐酒精性、耐候性等指标没有明显的下降的情况下，表面光泽也没有明显差异，但是高光状态下的痱子等不良现象大大降低，生产成本也大大降低，干燥性能也有明显的提高。
(3)以微分子水而不是普通的去离子水、自来水作为水性漆的溶解介质，提高了漆膜的润湿、干燥能力，改善了水性漆的抗冻性和抗流挂性。
去离子水、蒸馏水、自然界的水均不是以单一分子的形式存在的，而是由若干个水分子通过氢键作用聚集在一起，形成水分子簇，俗称水分子团，该分子簇的大小无法预计，一般由8～15个水分子组成，而且是动态的，平均直径为2.6～6nm；而微分子水是采用特殊工艺制备，其分子团为3～6个水分子组成，平均直径为0.6bnm，其活性远大于常规的去离子水、蒸馏水以及自然界的水，这也是使用微分子水制备出来的双组份水性pu塑胶漆性能不同于常规的去离子水、自来水等生产出来的根本原因。微分子水改善了水性漆的抗冻性、抗流挂性以及干燥性能等。
具体地说来，根据热力学的计算，如果水是以单个水分子的形态存在，水的熔点应为-110℃，沸点应为85℃，但是实际上普通的水的熔点为0℃，沸点为100℃。平均3～6个水分子组成微分子水的分子团，而普通的水的分子团由8-15个水分子组成，因此微分子水的熔点和沸点远低于普通的去离子水、蒸馏水、自来水，因此制备出来的双组份水性pu塑胶漆在北方寒冷的冬季，更不容易结冰，冬季的运输和施工更加安全。此外，蒸发潜热较低，挥发性更强，进一步地说，使用微分子水而不是普通的自来水、去离子水、蒸馏水制备的双组份水性pu漆的干燥性能、抗流挂性能更好。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明的产品具有优异的附着力、抗流挂性能和抗划伤能力，根据国标gb/t9286-1988的规定，测试得到的涂膜附着力都可以达到不大于1级，甚至到0级，完全满足行业客户的性能需要。
2、本发明的产品使用了微分子水作为溶剂，由于微分子水不同于普通水的组成构造，微分子水活性较大，表面张力较小，分子结构排列紧密整齐，熔点和沸点以及蒸发热远低于普通的水，使得制备出来的水性双组份pu塑胶漆具有良好的抗冻性、抗流挂和更快的干燥速度，极大地改善了水性漆在北方寒冷冬天的干燥和抗冻问题，提高了双组份水性pu漆在冬季的运输和使用安全，而且表面效果比采用自来水或去离子水的水性塑胶漆更加平整饱和。
3、本发明的产品具有优异的表面硬度，根据国标gb/t6739-1996的规定，测试得到的涂膜表面硬度都可以达到h(三菱铅笔)，甚至可以达到2h(三菱铅笔)，行业客户反馈优于溶剂型产品。
4、本发明的产品以双组份水性pu为主要成膜物质，保证了包括附着力、硬度、耐候性、耐酒精性、光泽等诸多性能优异，掺杂了单组份丙烯酸乳液，降低了生产成本，也提高了干燥速度。
5、本发明的产品具有极高的漆膜光泽度，以本发明做成的微分子双组份水性pu塑胶漆光油光泽最高可达到93°，完全符合游乐游艺设备客户对于漆膜光泽不低于90度的设定，而且表面效果良好，通透性佳。
6、本发明的产品利用了水性羟基丙烯酸乳液和单组份丙烯酸乳液混拼，成本较为低廉，可广泛使用在玻璃钢、pc、abs/pc、abs、pc/bs等多种基材上，在游乐游艺设备、汽车内饰件上都获得了成功的应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明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精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
本实施例提供了一种微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆，其组成以及比例如下：
a组份：微分子水性羟基丙烯酸乳液40份(固含量为45wt.％)，微分子水性单组份丙烯酸乳液16份(固含量为46wt.％)，成膜助剂二丙二醇甲醚0.8份，硅氧烷类水性润湿剂0.3份，嵌段丙烯酸共聚物型分散剂0.2份，聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份，白色浆28份，ph调节剂dmea0.2份，碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.6份，有机硅消泡剂0.2份，微分子水13.4份；
b组分：异腈酸酯固化剂13份。
具体制备步骤如下：
(1)a组份的制备
首先在搅拌缸内，在搅拌速度为400r/min的条件下，分别加入微分子水13.4份、嵌段丙烯酸共聚物型分散剂0.2份、有机硅消泡剂0.2份、硅氧烷类水性润湿剂0.3份，待搅拌均匀后，再分别加入微分子水性羟基丙烯酸乳液40份(固含量为45wt.％)、微分子单组份丙烯酸乳液16份(固含量为46wt.％)、成膜助剂二丙二醇甲醚0.8份、聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份、ph调节剂dmea0.2份，待搅拌均匀后，再加入碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.6份、白色浆28份，均匀搅拌后，检查合格后过滤包装。
(2)b组份的制备
检查异氰酸酯的状态是否正常，正常后直接灌装13份。
(3)喷涂施工
涂装施工前，先将a组份和b组份混合均匀，再根据黏度要求，加入用于稀释的微分子水，进行喷涂施工。可以进行常温干燥，也可以等表干后进行烘干处理。
检测结果：附着力1级，表面硬度h(三菱铅笔)，光泽62°，耐酒精性300次不见底，耐水性48h不起泡不脱落。
实施例2
本实施例提供了一种微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆，其组成以及比例如下：
a组份：微分子水性羟基丙烯酸乳液32份(固含量为44wt.％)，微分子水性单组份丙烯酸乳液24份(固含量为45wt.％)，成膜助剂二丙二醇甲醚1.2份，硅氧烷类水性润湿剂0.3份，嵌段丙烯酸共聚物型分散剂0.2份，聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份，大红色浆24份，ph调节剂dmea0.2份，碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.4份、层状硅酸盐流变助剂0.2份，有机硅消泡剂0.2份，微分子水17份；
b组分：异腈酸酯固化剂10份。
具体制备步骤如下：
(1)a组份的制备
首先在搅拌缸内，在搅拌速度为300r/min的条件下，分别加入微分子水17份、嵌段丙烯酸共聚物型0.2份、有机硅消泡剂0.2份、硅氧烷类水性润湿剂0.3份，待搅拌均匀后，再分别加入微分子水性羟基丙烯酸乳液32份(固含量为44wt.％)、微分子水性单组份丙烯酸乳液24份(固含量为45wt.％)、成膜助剂二丙二醇甲醚1.2份、聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份、ph调节剂dmea0.2份，待搅拌均匀后，再加入碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.4份、层状硅酸盐流变助剂0.2份、大红色浆24份，检查合格后过滤包装。
(2)b组份的制备
检查异氰酸酯的状态是否正常，正常后直接灌装10份。
(3)喷涂施工
涂装施工前，先将a组份和b组份混合均匀，再根据黏度要求，加入用于稀释的微分子水，进行喷涂施工。可以进行常温干燥，也可以等表干后进行烘干处理。
检测结果：附着力1级，表面硬度h(三菱铅笔)，光泽33°，耐酒精性200次不见底，耐水性48h不起泡不脱落。
实施例3
本实施例提供了一种微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆，其组成以及比例如下：
a组份：微分子水性羟基丙烯酸乳液36份(固含量为46wt.％)，微分子水性单组份丙烯酸乳液20份(固含量为47wt.％)，成膜助剂二丙二醇丁醚1份，硅氧烷水性润湿剂0.3份，嵌段丙烯酸共聚物型分散剂0.2份，聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份，大红色浆24份，ph调节剂dmea0.2份，碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.3份、层状硅酸盐流变助剂0.3份，有机硅消泡剂0.2份，微分子水15.2份；
b组分：异腈酸酯固化剂11.3份。
具体制备步骤如下：
(1)a组份的制备
首先在搅拌缸内，在搅拌速度为500r/min的条件下，分别加入微分子水15.份、嵌段丙烯酸共聚物型0.2份、有机硅消泡剂0.2份、硅氧烷水性润湿剂0.3份，待搅拌均匀后，再分别加入微分子水性羟基丙烯酸乳液36份(固含量为46wt.％)，微分子单组份丙烯酸乳液20份(固含量为47wt.％)，成膜助剂二丙二醇丁醚1份，聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份，ph调节剂dmea0.2份，待搅拌均匀后，再加入碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.3份、层状硅酸盐流变助剂0.3份、宝蓝色浆26份，均匀搅拌后，检查合格后过滤包装。
(2)b组份的制备
检查异氰酸酯的状态是否正常，正常后直接灌装11.3份。
(3)喷涂施工
涂装施工前，先将a组份和b组份混合均匀，再根据黏度要求，加入用于稀释的微分子水，进行喷涂施工。可以进行常温干燥，也可以等表干后进行烘干处理。
检测结果：附着力1级，表面硬度f(三菱铅笔)，光泽49°，耐酒精性300次不见底，耐水性48h不起泡不脱落。
实施例4
本实施例提供了一种微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆，其组成以及比例如下：
a组份：微分子水性羟基丙烯酸乳液50份(固含量为45wt.％)，微分子水性单组份丙烯酸乳液20份(固含量为45wt.％)，成膜助剂丙二醇苯醚1份，硅氧烷水性润湿剂0.2份，嵌段丙烯酸共聚物型分散剂0.2份，聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份，ph调节剂dmea0.2份，碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.2份、层状硅酸盐流变助剂0.2份，有机硅消泡剂0.2份，微分子水27.5份；
b组分：异腈酸酯固化剂16份。
具体制备步骤如下：
(1)a组份的制备
首先在搅拌缸内，在搅拌速度为400r/min的条件下，分别加入微分子水27.5份、嵌段丙烯酸共聚物型分散剂0.2份、有机硅消泡剂0.2份、聚醚改性聚硅氧烷流平剂0.3份、硅氧烷水性润湿剂0.2份、ph调节剂dmea0.2份，待搅拌均匀后，再分别加入微分子水性羟基丙烯酸乳液50份(固含量为45wt.％)、微分子水性单组份丙烯酸乳液20份(固含量为45wt.％)、成膜助剂丙二醇苯醚1份，待搅拌均匀后，再加入碱溶胀型聚丙烯酸类增稠剂0.2份、层状硅酸盐流变助剂0.2份，均匀搅拌后，检查合格后过滤包装。
(2)b组份的制备
检查异氰酸酯的状态是否正常，正常后直接灌装16份。
(3)喷涂施工
涂装施工前，先将a组份和b组份混合均匀，再根据黏度要求，加入用于稀释的微分子水，进行喷涂施工。可以进行常温干燥，也可以等表干后进行烘干处理。
检测结果：附着力0级，表面硬度2h(三菱铅笔)，光泽93°，耐酒精性500次不见底，耐水性48h不起泡不脱落。
依据本发明制备的微分子水分散的双组份水性pu塑胶漆具有优异的附着力、表面硬度，良好的光泽、耐酒精性等等，各项指标完全符合国标的各项要求。在实际推广的过程中，也受到了客户的认可。本发明中若是想要绿色塑胶漆，可加入绿色浆，若想要中黄塑胶漆，可加入中黄色浆，无论何种颜色，都可以通过调整色浆的种类和用量进行调试即可得到，既可以做成实色漆，也可以做成光油，不局限于上述实施例。