本发明涉及功能涂层制备技术，特别涉及一种高硬度透明聚氨酯涂层的制备方法。
背景技术：
聚氨酯材料具有强度高、耐磨性强、抗撕裂性强等优点，在环保涂料、新兴环保胶黏剂以及水性油墨等行业使用量日益增加。随着人们环保意识逐渐增强，以水为分散介质的环保型水性聚氨酯(wpu)具有低vocs排放、无毒、无污染等优点，引起了广泛的重视。虽然wpu作为环保型材料替代溶剂型聚氨酯是一种趋势，但由于亲水基的引入导致性能不如溶剂型聚氨酯，如力学性能不佳、耐水性差等，尤其是力学性能差的缺点严重影响涂层的各方面性能。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种高硬度透明聚氨酯涂层的制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种高硬度透明聚氨酯涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌条件下，将15～20质量份玻璃粉、20质量份水性硅溶胶和60～65质量份水性聚氨酯单体混合30min；然后将混合物转至纳米砂磨机中研磨20～40min，得到水性聚氨酯涂料；
(2)按5％的质量比例将交联剂加入水性聚氨酯涂料中，混合均匀后喷涂在待加工产品表面；室温下表干30min后，经7天固化得到聚氨酯涂层。
本发明中，所述水性硅溶胶的平均粒径为3nm，固含量10％。
本发明中，所述玻璃粉为8000目的低硼硅玻璃粉。
本发明中，所述纳米砂磨机中的研磨介质为直径1mm的氧化锆珠。
本发明中，所述纳米砂磨机是琅菱纳米砂磨机lsm-1.4l型产品。
本发明中，所述交联剂是有机硅交联剂。
本发明中，所述步骤(2)进行喷涂时，控制喷涂厚度在100微米。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、水性聚氨酯涂料增硬的手段主要是增加填料和纳米复合工艺，但均涉及到增硬效果不佳和透明度下降的问题。与现有制备技术相比，本发明在材料上采用超细的玻璃微粉，其折射率在无机物中最接近聚氨酯涂层，不会造成涂层的透过率下降，同时可较大程度的提高涂层的机械性能；另一方面，粒径较小的水性硅溶胶对水性聚氨酯的改性效果较好，不容易出现，二者结合可是涂层的铅笔硬度提高2h。
2、本发明在工艺上采用纳米机械研磨复合工艺，将超细玻璃粉、水性硅溶胶与树脂基体通过高速机械研磨紧密结合在一起，可最大限度消除有机树脂与无机增强相(玻璃粉与水性硅溶胶)之间界面空隙产生的折射，从而提高机械性能和保证透过率。
具体实施方式
以下通过实例进一步对本发明进行描述。以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例，在未脱离本发明宗旨的前提下，所作的任何改进均落在本发明的保护范围之内。
实例1
在搅拌条件下，将20质量份玻璃粉和20质量份水性硅溶胶加入60质量份水性聚氨酯单体中混合30min，加入纳米砂磨机(琅菱纳米砂磨机lsm-1.4l型)中研磨40min，得到水性聚氨酯涂料。
按5％的质量比例将交联剂加入水性聚氨酯涂料中，混合均匀后喷涂在待加工产品表面；室温下表干30min后，经7天固化得到聚氨酯涂层。
其中，水性硅溶胶平均粒径为3nm，固含量10％，金华格林功能涂层研究所有限公司。玻璃粉为8000目低硼硅玻璃粉，深圳锦昊科技有限公司生产。聚氨酯单体为安徽安大华泰新材料有限公司生产ah-1705型聚氨酯。纳米砂磨机研磨介质为直径1mm的氧化锆珠，浙江金琨研磨材料有限公司。交联剂可选用有机硅交联剂，如上海尤恩化工有限公司的有机硅交联剂un-178；进行喷涂时，控制喷涂厚度在100微米。
实例2
在搅拌条件下，将18质量份玻璃粉和20质量份水性硅溶胶加入62质量份水性聚氨酯单体中混合30min，加入纳米砂磨机(琅菱纳米砂磨机lsm-1.4l型)中研磨30min，得到水性聚氨酯涂料。
按5％的质量比例将交联剂加入水性聚氨酯涂料中，混合均匀后喷涂在待加工产品表面；室温下表干30min后，经7天固化得到聚氨酯涂层。
其中，水性硅溶胶平均粒径为3nm，固含量10％，金华格林功能涂层研究所有限公司。其中，玻璃粉为8000目低硼硅玻璃粉，深圳锦昊科技有限公司生产。其中，聚氨酯单体为安徽安大华泰新材料有限公司生产ah-1705型聚氨酯。其中，纳米砂磨机研磨介质为直径1mm的氧化锆珠，浙江金琨研磨材料有限公司。交联剂可选用有机硅交联剂，如上海尤恩化工有限公司的有机硅交联剂un-178；进行喷涂时，控制喷涂厚度在100微米。
实例3
在搅拌条件下，将15质量份玻璃粉和20质量份水性硅溶胶加入65质量份水性聚氨酯单体中混合30min，加入纳米砂磨机(琅菱纳米砂磨机lsm-1.4l型)中研磨20min，得到水性聚氨酯涂料。
按5％的质量比例将交联剂加入水性聚氨酯涂料中，混合均匀后喷涂在待加工产品表面；室温下表干30min后，经7天固化得到聚氨酯涂层。
其中，水性硅溶胶平均粒径为3nm，固含量10％，金华格林功能涂层研究所有限公司生产。玻璃粉为8000目低硼硅玻璃粉，深圳锦昊科技有限公司生产。聚氨酯单体为安徽安大华泰新材料有限公司生产ah-1705型聚氨酯。纳米砂磨机研磨介质为直径1mm的氧化锆珠，浙江金琨研磨材料有限公司生产。交联剂可选用有机硅交联剂，如上海尤恩化工有限公司的有机硅交联剂un-178；进行喷涂时，控制喷涂厚度在100微米。
对比例1
在搅拌条件下，将20质量份玻璃粉和20质量份水性硅溶胶加入60质量份水性聚氨酯单体中混合30min，加入纳米砂磨机(琅菱纳米砂磨机lsm-1.4l型)中研磨40min，得到水性聚氨酯涂料。
按5％的质量比例将交联剂加入水性聚氨酯涂料中，混合均匀后喷涂在待加工产品表面；室温下表干30min后，经7天固化得到聚氨酯涂层。
其中，水性硅溶胶平均粒径为3nm，固含量10％，金华格林功能涂层研究所有限公司。玻璃粉为5000目低硼硅玻璃粉，深圳锦昊科技有限公司生产。聚氨酯单体为安徽安大华泰新材料有限公司生产ah-1705型聚氨酯。纳米砂磨机研磨介质为直径1mm的氧化锆珠，浙江金琨研磨材料有限公司。交联剂可选用有机硅交联剂，如上海尤恩化工有限公司的有机硅交联剂un-178；进行喷涂时，控制喷涂厚度在100微米。
对比例2
在搅拌条件下，将20质量份玻璃粉和20质量份水性硅溶胶加入60质量份水性聚氨酯单体中混合30min，加入纳米砂磨机(琅菱纳米砂磨机lsm-1.4l型)中研磨40min，得到水性聚氨酯涂料。
按5％的质量比例将交联剂加入水性聚氨酯涂料中，混合均匀后喷涂在待加工产品表面；室温下表干30min后，经7天固化得到聚氨酯涂层。
其中，水性硅溶胶平均粒径为50nm，固含量10％，阿克苏诺贝尔化学品有限公司。玻璃粉为8000目低硼硅玻璃粉，深圳锦昊科技有限公司生产。聚氨酯单体为安徽安大华泰新材料有限公司生产ah-1705型聚氨酯。纳米砂磨机研磨介质为直径1mm的氧化锆珠，浙江金琨研磨材料有限公司。交联剂可选用有机硅交联剂，如上海尤恩化工有限公司的有机硅交联剂un-178；进行喷涂时，控制喷涂厚度在100微米。
对比例3
在搅拌条件下，将20质量份玻璃粉和20质量份水性硅溶胶加入60质量份水性聚氨酯单体中混合30min，加入涂料分散机中在1000rpm转速下搅拌分散40min，得到水性聚氨酯涂料。
按5％的质量比例将交联剂加入水性聚氨酯涂料中，混合均匀后喷涂在待加工产品表面；室温下表干30min后，经7天固化得到聚氨酯涂层。
其中，水性硅溶胶平均粒径为3nm，固含量10％，金华格林功能涂层研究所有限公司。玻璃粉为8000目低硼硅玻璃粉，深圳锦昊科技有限公司生产。聚氨酯单体为安徽安大华泰新材料有限公司生产ah-1705型聚氨酯。涂料分散机(bgd1/750型)为东莞标格达涂料设备制造有限公司生产。交联剂可选用有机硅交联剂，如上海尤恩化工有限公司的有机硅交联剂un-178；进行喷涂时，控制喷涂厚度在100微米。
对比例4
无添加聚氨酯涂层。
测试及比对方法：
以实施例1-3和对比例1-3制备获得聚氨酯涂层，采用以下标准测试各方面性能：
1)涂层硬度试验采用国家标准gb-t26704-2011测试。
2)涂层透过率采用可见光谱仪测试(380～780nm波长)，后计算评价透过率。
各实施例中的试验数据见表1。
从表1中可以看出，通过机械研磨复合的样品涂料(序号1到3)制备的涂层铅笔硬度和透过率均很高，分别在2～3h和83～85％，未经研磨改为搅拌的对比例3，则硬度没有提高，但与对比例1比较，玻璃粉颗粒直径增大会降低涂层透过率。对比例2为增大氧化水性硅溶胶颗粒粒径，同样降低了涂层透过率。而未添加增硬剂的空白样(对比例4)则铅笔硬度很低(hb)。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。