一种高耐水水性聚氨酯面漆材料及其制备方法与流程

本发明涉及c09d175/04领域，具体为一种高耐水水性聚氨酯面漆材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯(pu)涂料具有优异的耐磨蚀、柔韧性、附着力和耐化学品性等性能，广泛用作木器漆、建筑涂料、汽车漆及防水涂料等领域。由于溶剂型涂料含有大量有机溶剂，严重污染环境，特别是溶剂型双组分聚氨酯中的残留异氰酸酯单体，毒性很高，对人的身体健康危害极大。

2、随着人类生活质量的提高，环保法规也越来越严格，各种环保条例对挥发性有机化合物(voc)的排放量、有害溶剂的含量都有严格限制。水性聚氨酯以水为分散介质，具有低毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点，因此近年来水性聚氨酯涂料获得了广泛的应用。但由于在分子结构中引入了—cooh、—oh等亲水基团，使得其耐水性能较溶剂型pu涂料要差很多。现有技术中主要通过在水性聚氨酯体系中引入耐水性组分来改善其耐水性，如中国专利申请(授权公告号为cn113817400b)公开了一种氟改性室温自交联水性聚氨酯防腐涂料及其制备方法，具体通过采用常温自交联体系增加成膜后的交联密度同时引入含氟疏水功能单体来提高涂料的疏水性，但是八氟戊烷的用量直接决定了整体的疏水性，而高用量下水性聚氨酯的附着力和硬度无法保证。中国专利申请(授权公告号为cn110499094b)公开了一种石墨烯改性的水性聚氨酯防腐涂料及其制备方法，具体通过合成水性聚氨酯乳液后加入石墨烯制备得到石墨烯改性的水性聚氨酯防腐涂料，但是石墨烯在聚氨酯乳液中的分散性较差，可能会导致微相分离，影响体系稳定性。耐水性的好坏和物面保护有着十分重要的关系。如在船舶、各种交通工具及日常用品都会遇到水的侵蚀，如果漆膜耐水性不好，就会变白、失光、起泡、起皱直至脱落，对物面失去保护作用。这使得水性聚氨酯涂料的使用范围受到了一定的限制。

技术实现思路

1、本发明一方面提供了一种高耐水水性聚氨酯面漆材料，包括组分a和水性固化剂b；按照重量份计，所述组分a的制备原料至少包括：羟基丙烯酸树脂60-80份、水5-15份、聚合物润湿分散剂1-3份、成膜助剂3-8份、无机填料5-20份、颜料2-20份、氨类化合物0.1-2份、蜡乳液0-2份、第一助剂0.1-1份、第二助剂0.1-3份。

2、作为一种优选的技术方案，所述羟基丙烯酸树脂的羟值为50-160mgkoh/g；优选的，所述羟基丙烯酸树脂的羟值为80-140mgkoh/g；进一步优选的，所述羟基丙烯酸树脂为羟值为140mgkoh/g的羟基丙烯酸树脂1和羟值为109mgkoh/g的羟基丙烯酸树脂2的组合；所述羟基丙烯酸树脂1和羟基丙烯酸树脂2的质量比为(1.5-5)：1。

3、优选的，所述羟基丙烯酸树脂1(2042)和羟基丙烯酸树脂2(2032)均来源于万华化学。

4、作为一种优选的技术方案，所述水性固化剂b为磺酸盐改性异氰酸酯；优选的，所述磺酸盐改性异氰酸酯为磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯，所述磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯的-nco含量为19.2-20.2wt％。

5、作为一种优选的技术方案，所述水性固化剂b中nco与羟基丙烯酸树脂中oh的当量比为(1-1.5)：1。

6、基于本发明体系，采用质量比为(1.5-5)：1的羟基丙烯酸树脂1和羟基丙烯酸树脂2的组合与磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯进行充分交联固化反应，使得到的漆膜具有高光泽、高耐水性及优异的耐候性。发明人分析原因可能为，磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯能够与体系中的羟基丙烯酸树脂分散体实现高度的相容，涂膜干燥后，涂膜结构中存在少量磺酸基团，相较于聚醚改性异氰酸酯固化剂而言，对漆膜耐水性的影响较小，保证漆膜耐水性。但是，发明人在实际研发探究过程中发现，磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯与组分a中的水或胺中和剂发生反应，导致漆膜耐水性下降。发明人通过控制水性固化剂b中nco与羟基丙烯酸树脂中oh的当量比为(1-1.5)：1，使磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯与羟基丙烯酸树脂充分交联完全，保证漆膜耐水性的同时避免漆膜活化期缩短、脆性增加的问题。

7、作为一种优选的技术方案，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中至少一种；优选的，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚的组合；所述二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚的质量比为(1-3)：1。基于本发明体系，通过采用二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚作为成膜助剂，尤其是控制二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚的质量比为(1-3)：1，使提供的水性聚氨酯面漆具有合适的表干时间，避免由于挥发速率过慢导致面漆耐水性下降的同时避免漆膜表面起痱子，保证漆膜的综合性能和美观。发明人分析原因可能为，采用质量比为(1-3)：1的二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚作为成膜助剂，挥发速率呈现出梯度挥发，避免由于亲水性成膜助剂挥发过慢导致漆膜耐水性降低。

8、作为一种优选的技术方案，所述聚合物润湿分散剂为tego dispers 760w和byk181的组合；优选的，所述tego dispers 760w和byk 181的质量比为1：(0.5-1)。基于本发明体系，通过采用质量比为1：(0.5-1)的tego dispers 760w和byk 181组合作为聚合物润湿分散剂，使体系中的无机填料和颜料在研磨时充分分散，保证体系的稳定性。

9、作为一种优选的技术方案，所述氨类化合物为amp-95。

10、作为一种优选的技术方案，所述无机填料为沉淀硫酸钡，所述沉淀硫酸钡购买自郑州亿融实业有限公司。

11、作为一种优选的技术方案，所述颜料为钛白粉、氧化铁黄、氧化铁红、氧化铁绿、酞菁蓝、酞菁绿中的至少一种；

12、作为一种优选的技术方案，所述第一助剂为有机改性的聚二甲基硅氧烷，型号为afcona-2503。

13、作为一种优选的技术方案，所述第二助剂包括流平剂和增稠剂；所述流平剂和增稠剂的质量比为(0-0.5)：(0.1-1)。

14、作为一种优选的技术方案，所述流平剂为afcona-3030。

15、基于本发明体系，采用afcona–3030作为流平剂，配合afcona-2503消泡剂，促使涂料在干燥过程中形成平整光滑均匀的涂膜，在研磨的过程中始终保持优异的消泡和抑泡效果，避免涂料的缩孔。

16、作为一种优选的技术方案，所述增稠剂为聚氨酯增稠剂，来源于广东南辉新材料有限公司。

17、作为一种优选的技术方案，所述蜡乳液为聚乙烯蜡乳液；优选的，所述聚乙烯蜡乳液为高密度聚乙烯蜡乳液；优选的，所述高密度聚乙烯蜡乳液的型号为高密度聚乙烯蜡乳液a-1、高密度聚乙烯蜡乳液a-3052c、高密度聚乙烯蜡乳液a-306中的至少一种。基于本发明体系，采用高密度聚乙烯蜡乳液，与体系相容性好，有助于减少水分对漆膜的浸润，提高漆膜的耐水性。

18、本发明另一方面提供了一种高耐水水性聚氨酯面漆材料的制备方法，至少包括以下步骤：

19、(1)清洗高速分散机的分散盘、分散轴以及所用容器；

20、(2)向容器中加入40-60wt％羟基丙烯酸树脂、40-60wt％水、聚合物润湿分散剂、第一助剂，氨类化合物搅拌均匀；

21、(3)之后加入颜料、无机填料，搅拌均匀后用少量水清洗容器内壁，确保内壁无粉料残留；

22、(4)搅拌均匀后，进清洗后的研磨机，待浆料细度研磨到20μm以下，将浆料、剩余的羟基丙烯酸树脂和水，成膜助剂，第二助剂加入到拉缸中，搅拌8-15分钟得到组分a；

23、(5)将组分a和水性固化剂b混合后即得。

24、有益效果

25、1、本发明提供了一种高耐水水性聚氨酯面漆材料，可应用于船舶、各种交通工具及日常用品表面实现优异的耐水性能，对物面进行有效保护。

26、2、基于本发明体系，采用质量比为(1.5-5)：1的羟基丙烯酸树脂1和羟基丙烯酸树脂2的组合与磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯进行充分交联固化反应，使得到的漆膜具有高光泽、高耐水性及优异的耐候性。

27、3、本发明通过控制水性固化剂b中nco与羟基丙烯酸树脂中oh的当量比为(1-1.5)：1，使磺酸盐改性六亚甲基二异氰酸酯与羟基丙烯酸树脂充分交联完全，保证漆膜耐水性的同时避免漆膜活化期缩短、脆性增加的问题。

28、4、基于本发明体系，通过采用二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚作为成膜助剂，尤其是控制二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚的质量比为(1-3)：1，使提供的水性聚氨酯面漆具有合适的表干时间，避免由于挥发速率过慢导致面漆耐水性下降的同时避免漆膜表面起痱子，保证漆膜的综合性能和美观。

29、5、基于本发明体系，采用高密度聚乙烯蜡乳液，与体系相容性好，有助于减少水分对漆膜的浸润，提高漆膜的耐水性。