高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层及其制备方法与流程

1.本发明属于船舶涂层技术领域，尤其涉及一种高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层及其制备方法。


背景技术：

2.传统的溶剂型涂料所产生的挥发性有机化合物(voc)大多为有毒物质。随着整个社会对环境保护和劳动保护意识的增强，世界各国相继制定了限制voc排放的法律法规。由于环保法规对voc排放的限制越来越严格，船舶涂料必然会转向节能、低污染和高性能的方向发展。目前市面上的水性涂层硬度和耐水性能不够理想，水性涂料代替油性涂料被广泛使用的话，其硬度和耐水性能都被要求进一步提高。因此，低污染和高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层亟待研发。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明目的是提供一种低污染、高硬度和耐水性好的水性聚氨船舶涂层，作为舰艇或商用船舶水上部分上层建筑、船舱、船舷、甲板等部位使用。
4.本发明提供的技术方案为：一种高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层，包括a组分和b组分，其中：
5.a组分包括以下质量份数的原料：
6.水性二元体聚氨酯树脂30-50份，
7.聚四氟乙烯蜡粉(外购)1-5份，
8.水性氟碳乳液(外购)10-20份，
9.消泡剂0.1-0.5份，
10.去离子水1-20份，
11.钛白粉10-20份，
12.硫酸钡5-10份，
13.流平剂0.1-0.5份，
14.高剪流变助剂0.1-0.5份，
15.低剪流变助剂0.1-0.5份，
16.碳化硅1-5份，
17.各组分之和为100份；
18.b组分包括以下质量份数的原料：
19.异氰酸酯固化剂97-99份，
20.of脱水剂(外购)1-3份，
21.各组分之和为100份。
22.进一步地，优选地，a组分包括以下质量份数的原料：
23.水性二元体聚氨酯树脂35-48份，
15份、引发剂0.1-0.5份；各组分之和为100份。
53.进一步地，所述水性二元体聚氨酯树脂按照以下工艺进行制备：将1，4-二丁醇和甲基丙烯酸甲酯、去离子水、高速分散15-45分钟，高速分散转速1500-2000rpm，再静置24-30h后，升温至60-70℃，缓慢滴加引发剂，匀速速搅拌，滴加完毕后，保温1-2h，降温，得到改性水性丙烯酸聚氨酯乳液。
54.进一步地，涂层制备时a组分与b组分的配比为：
55.按照a组分中羟基的当量与b组分异氰酸酯中nco值当量之比进行配比，为1:(1.3-1.5)。
56.本发明还提供一种船舶，使用了前述高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层。
57.相比于现有技术，本发明所制备的高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层的优点在于：
58.1、采用的成膜物质为水性二元体聚氨酯和水性氟碳树脂乳液，其中水性二元体聚氨酯可以研磨分散，有利于研磨时，提高颜料的分散效率(直接用水加颜料的方式研磨，研磨效率低，主要是粘度低导致的，所以一般研磨最好添加树脂研磨)，水性氟碳树脂乳液主要是增加涂层的硬度，不能进行研磨，只能最后添加，采用慢速搅拌分散。溶剂采用的是去离子水，voc为0，对人无伤害、对环境低污染或无污染。
59.2、采用碳化硅为增强填料，涂层硬度高。
60.3、合成的水性树脂成膜之后，涂层的耐水性好。
具体实施方式
61.以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
62.实施例一
63.本发明实施例的一种硬度高、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层的制备：
64.a组分包括以下质量份数的原料：水性二元体聚氨酯树脂45份、聚四氟乙烯蜡5份、水性氟碳乳液14.5份、消泡剂0.5份、去离子水7.3份、钛白粉15份、硫酸钡10份、流平剂0.2份、高剪流变助剂0.3、低剪流变助剂0.2、碳化硅2份；
65.聚四氟乙烯蜡粉粒径为5μm；水性氟碳树脂乳液分子量为9000-11000；消泡剂为聚二甲基硅氧烷；钛白粉为金红石钛白粉r566；硫酸钡为3500目沉淀硫酸钡；流平剂为聚醚聚酯改性有机硅氧烷；
66.制备a组分：将配方中去离子水、水性二元体聚氨酯加入搅拌釜中，搅拌转速控制在1700r/min，搅拌时间8min；
67.消泡剂、钛白粉、硫酸钡、碳化硅加入搅拌釜中，将填料全部添加完毕后，开始研磨，当体系细度分散至≤10μm时，开始机械分散，转速为600r/min，分散时间10min；细度必须小于10μm，细度小，细度主要通过"刮板细度计"来测试，涂层的致密性就好，防水性能就好，并且有利于涂层提高光泽，细度越小，表面越平整，光泽度高；
68.本发明采用的成膜物质为水性二元体聚氨酯和水性氟碳树脂乳液，其中水性二元体聚氨酯可以研磨分散，有利于研磨时，提高颜料的分散效率(直接用水加颜料的方式研磨，研磨效率低，主要是粘度低导致的，所以添加树脂研磨)，水性氟碳树脂乳液主要是增加涂层的硬度，不能进行研磨，只能最后添加，采用慢速搅拌分散。
69.加入蜡粉、流平剂、低剪流变助剂、高剪流变助剂和水性氟碳树脂乳液，搅拌均匀即可进行分装；
70.其中，水性二元体聚氨酯树脂其原料重量份组成为：1，4-二丁醇63份、甲基丙烯酸甲酯27份、去离子水9.7份、引发剂0.3份；各组分之和为100份；
71.水性二元体聚氨酯树脂按照以下工艺进行制备：将1，4-二丁醇和甲基丙烯酸甲酯、去离子水、高速分散30分钟，高速分散转速1700rpm，再静置27h后，升温至65℃，缓慢滴加引发剂，引发剂为过硫酸钾，匀速速搅拌，滴加完毕后，保温1.5h，降温，得到改性水性丙烯酸聚氨酯乳液。
72.b组份按质量包括：异氰酸酯固化剂99份，异氰酸酯固化剂为科思创3390；of脱水剂(外购)1份，各组分之和为100份。
73.制备b组分：将异氰酸酯和of脱水剂加入到搅拌釜中，搅拌速度控制在650r/min搅拌15min后，得到b组分，进行分装。
74.涂层制备时a组分与b组分的配比为：
75.按照a组分中羟基的当量与b组分异氰酸酯中nco值当量(即异氰酸酯官能团当量)之比进行配比，为1:1.5。a，b按比例混合后，采用手动分散机进行机械分散，制成涂层分散液。最后，使用空气喷涂机涂设备，把涂层分散液喷涂在船舶上制成本发明的高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层。
76.这一种船舶，喷涂形成了硬度高抗划痕、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层，也在本发明的保护范围内。
77.实施例二
78.本发明实施例的一种硬度高、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层的制备：
79.a组分包括以下质量份数的原料：水性二元体聚氨酯树脂30份、聚四氟乙烯蜡3份、水性氟碳乳液20份、消泡剂0.1份、去离子水20份、钛白粉16.6份、硫酸钡5份、流平剂0.1份、高剪流变助剂0.1、低剪流变助剂0.1、碳化硅5份；
80.聚四氟乙烯蜡粉粒径为10μm；水性氟碳树脂乳液分子量为9000-11000；消泡剂为聚二甲基硅氧烷；钛白粉为金红石钛白粉r566；硫酸钡为3500目沉淀硫酸钡；流平剂为聚醚聚酯改性有机硅氧烷；
81.制备a组分：将配方中去离子水、水性二元体聚氨酯加入搅拌釜中，搅拌转速控制在1500r/min，搅拌时间10min；
82.消泡剂、钛白粉、硫酸钡、碳化硅加入搅拌釜中，将填料全部添加完毕后，开始研磨，当体系细度分散至≤10μm时，开始机械分散，转速为400r/min，分散时间8min；细度必须小于10μm，细度小，涂层的致密性就好，防水性能就好，并且有利于涂层提高光泽，细度越小，表面越平整，光泽度高；
83.加入蜡粉、流平剂、低剪流变助剂、高剪流变助剂和水性氟碳树脂乳液，搅拌均匀即可进行分装；
84.其中，水性二元体聚氨酯树脂其原料重量份组成为：1，4-二丁醇60份、甲基丙烯酸甲酯34.9份、去离子水5份、引发剂0.1份；各组分之和为100份；
85.水性二元体聚氨酯树脂按照以下工艺进行制备：将1，4-二丁醇和甲基丙烯酸甲酯、去离子水、高速分散15分钟，高速分散转速2000rpm，再静置24h后，升温至60℃，缓慢滴
加引发剂，引发剂为过硫酸铵，匀速速搅拌，滴加完毕后，保温2h，降温，得到改性水性丙烯酸聚氨酯乳液。
86.b组份按质量包括：异氰酸酯固化剂98份，异氰酸酯固化剂为科思创3390；of脱水剂(外购)2份，各组分之和为100份。
87.制备b组分：将异氰酸酯和of脱水剂加入到搅拌釜中，搅拌速度控制在500r/min搅拌20min后，得到b组分，进行分装。
88.涂层制备时a组分与b组分的配比为：
89.按照a组分中羟基的当量与b组分异氰酸酯中nco值当量(即异氰酸酯官能团当量)之比进行配比，为1:1.4。a，b按比例混合后，采用手动分散机进行机械分散，制成涂层分散液。最后，使用空气喷涂机涂设备，把涂层分散液喷涂在船舶上制成本发明的高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层。
90.这一种船舶，喷涂形成了硬度高抗划痕、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层，也在本发明的保护范围内。
91.实施例三
92.本发明实施例的一种硬度高、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层的制备：
93.a组分包括以下质量份数的原料：水性二元体聚氨酯树脂50份、聚四氟乙烯蜡2份、水性氟碳乳液10.2份、消泡剂0.3份、去离子水12份、钛白粉10份、硫酸钡10份、流平剂0.5份、高剪流变助剂0.5、低剪流变助剂0.5、碳化硅4份；
94.聚四氟乙烯蜡粉粒径为7μm；水性氟碳树脂乳液分子量为9000-11000；消泡剂为硅油；钛白粉为金红石型钛白粉r577；硫酸钡为3500目沉淀硫酸钡；流平剂为聚醚聚酯改性有机硅氧烷和烷基改性有机硅氧烷1:1的混合物；
95.制备a组分：将配方中去离子水、水性二元体聚氨酯加入搅拌釜中，搅拌转速控制在1800r/min，搅拌时间5min；
96.消泡剂、钛白粉、硫酸钡、碳化硅加入搅拌釜中，将填料全部添加完毕后，开始研磨，当体系细度分散至≤10μm时，开始机械分散，转速为500r/min，分散时间5min；细度必须小于10μm，细度小，涂层的致密性就好，防水性能就好，并且有利于涂层提高光泽，细度越小，表面越平整，光泽度高；
97.加入蜡粉、流平剂、低剪流变助剂、高剪流变助剂和水性氟碳树脂乳液，搅拌均匀即可进行分装；
98.其中，水性二元体聚氨酯树脂其原料重量份组成为：1，4-二丁醇65份、甲基丙烯酸甲酯25份、去离子水9.5份、引发剂0.5份；各组分之和为100份；
99.水性二元体聚氨酯树脂按照以下工艺进行制备：将1，4-二丁醇和甲基丙烯酸甲酯、去离子水、高速分散45分钟，高速分散转速1500rpm，再静置30h后，升温至70℃，缓慢滴加引发剂，引发剂为过硫酸铵，匀速速搅拌，滴加完毕后，保温1h，降温，得到改性水性丙烯酸聚氨酯乳液。
100.b组份按质量包括：异氰酸酯固化剂99份，异氰酸酯固化剂为科思创3390；of脱水剂(外购)1份，各组分之和为100份。
101.制备b组分：将异氰酸酯和of脱水剂加入到搅拌釜中，搅拌速度控制在800r/min搅拌10min后，得到b组分，进行分装。
102.涂层制备时a组分与b组分的配比为：
103.按照a组分中羟基的当量与b组分异氰酸酯中nco值当量(即异氰酸酯官能团当量)之比进行配比，为1:1.3。a，b按比例混合后，采用手动分散机进行机械分散，制成涂层分散液。最后，使用空气喷涂机涂设备，把涂层分散液喷涂在船舶上制成本发明的高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层。
104.这一种船舶，喷涂形成了硬度高抗划痕、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层，也在本发明的保护范围内。
105.实施例四
106.本发明实施例的一种硬度高、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层的制备：
107.a组分包括以下质量份数的原料：水性二元体聚氨酯树脂48份、聚四氟乙烯蜡3份、水性氟碳乳液16.7份、消泡剂0.4份、去离子水10份、钛白粉12份、硫酸钡8份、流平剂0.3份、高剪流变助剂0.3、低剪流变助剂0.3、碳化硅1份；
108.聚四氟乙烯蜡粉粒径为8μm；水性氟碳树脂乳液分子量为9000-11000；消泡剂为硅油；钛白粉为锐钛钛白粉ma55；硫酸钡为3500目沉淀硫酸钡；流平剂为端基改性有机硅；
109.制备a组分：将配方中去离子水、水性二元体聚氨酯加入搅拌釜中，搅拌转速控制在1800r/min，搅拌时间7min；
110.消泡剂、钛白粉、硫酸钡、碳化硅加入搅拌釜中，将填料全部添加完毕后，开始研磨，当体系细度分散至≤10μm时，开始机械分散，转速为500r/min，分散时间8min；细度必须小于10μm，细度小，涂层的致密性就好，防水性能就好，并且有利于涂层提高光泽，细度越小，表面越平整，光泽度高；
111.加入蜡粉、流平剂、低剪流变助剂、高剪流变助剂和水性氟碳树脂乳液，搅拌均匀即可进行分装；
112.其中，水性二元体聚氨酯树脂其原料重量份组成为：1，4-二丁醇60.5份、甲基丙烯酸甲酯24份、去离子水15份、引发剂0.5份；各组分之和为100份；
113.水性二元体聚氨酯树脂按照以下工艺进行制备：将1，4-二丁醇和甲基丙烯酸甲酯、去离子水、高速分散45分钟，高速分散转速1500rpm，再静置30h后，升温至70℃，缓慢滴加引发剂，引发剂为过硫酸铵，匀速速搅拌，滴加完毕后，保温1h，降温，得到改性水性丙烯酸聚氨酯乳液。
114.b组份按质量包括：异氰酸酯固化剂96份，异氰酸酯固化剂为科思创3390；of脱水剂(外购)1份，各组分之和为100份。
115.制备b组分：将异氰酸酯和of脱水剂加入到搅拌釜中，搅拌速度控制在800r/min搅拌10min后，得到b组分，进行分装。
116.涂层制备时a组分与b组分的配比为：
117.按照a组分中羟基的当量与b组分异氰酸酯中nco值当量(即异氰酸酯官能团当量)之比进行配比，为1:1.3。a，b按比例混合后，采用手动分散机进行机械分散，制成涂层分散液。最后，使用空气喷涂机涂设备，把涂层分散液喷涂在船舶上制成本发明的高硬度、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层。
118.这一种船舶，喷涂形成了硬度高抗划痕、耐水性好的水性聚氨酯船舶涂层，也在本发明的保护范围内。
119.为了比较本发明的具体技术效果，下面给出了普通聚氨酯的两个对比例配方，如表1所示。
120.将实施例一、二、三和四和对比例一和二所制备涂层形成的漆膜进行性能测试，测试结果如表2所示。
121.表1普通聚氨酯对比例一和对比例二配方
[0122][0123]
表2实施例一、二、三和四和对比例一和二所制备涂层形成的漆膜性能测试结果
[0124][0125]
硬度就是漆膜对作用其上的另一个硬度较大的物体阻力。测定涂层漆膜硬度的方法有阻尼硬度法、划痕硬度法和压痕硬度法。本测试采用划痕硬度法测定，采用的标准为gb/t 6739-2006《色漆和清漆：铅笔法测定漆膜硬度》耐水性测试方法有常温浸水法、废水浸泡法、40℃恒温流动浸泡法等。本测试采用常温浸水法。按照国家标准gb/t 1733-1993《漆膜耐水性测定法》。
[0126]
总的来说，以本发明提供的制备方法所制备的涂层，能大幅提高涂层的硬度和耐水性能，明显提高涂层的耐磨损性能、耐水性能，因此耐久性能得以提高，最终有效延长了船舶涂层的使用年限。