本发明涉及聚氨酯涂料，更具体地说，它涉及一种高性能水性聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术：
1、水性涂料是以高分子分散体为成膜物质，水为分散介质的多组分材料，比传统的溶剂型涂料具有更低的挥发性有机物的排放，是绿色、环保、健康的环境友好型高分子材料。水性聚氨酯涂层具有良好的耐候性与提供良好的外观，对底漆(如环氧)具有良好的附着力，广泛应用于工程机械及轨道交通车辆车身的涂层。但水性双组份聚氨酯涂料在施工应用方面有以下问题，很大程度上限制了水性聚氨酯涂层的推广应用。
2、水性双组份的聚氨酯在施工应用中，由于聚异氰酸酯固化剂与水存在反应释放二氧化碳气体，导致施工过程中喷涂低膜厚时很容易反应。聚异氰酸酯固化剂通常分为亲水型与疏水型两大类。亲水型聚异氰酸酯在水中也可有效的分散，也与水性羟基丙烯酸树脂分散体相容性良好。但此类固化剂的粘度一般具有较高的粘度，使用时需要额外的有机溶剂稀释到合适的粘度，增加了涂料施工过程中有机物的含量。由于亲水型固化剂与水的相容性好，且具有很强的水合能力，施工过程中与水的接触机会多，很容易与水反应释放二氧化碳气体。因此，基于亲水型固化剂喷涂时膜厚超过60μm很容易出现爆泡。疏水型固化剂的产品粘度低，在低剪切条件下可条件较小的粒径，也同样与羟基丙烯酸树脂分散体良好的反应，但由于其疏水的特性，在施工过程中与水的接触机会少，因此漆膜的爆泡膜厚比较高。爆泡的存在对漆膜的耐盐雾性、耐水性、耐化学品等有明显负面影响，严重影响最终产品的质量。
3、水性涂料主要分散介质为水，对外界的温湿度比较敏感。这主要是由于喷涂后的漆膜中有大量水残留，水的干燥强烈依赖于外界温湿度的变化。尤其在高湿条件下，周围环境的蒸发驱动力弱，水残留在湿膜中，喷涂后很容易出现流挂。流挂的问题限制了生产产品的节奏，影响产品的节奏。
4、因此需要提出一种方案来解决这个问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高性能水性聚氨酯涂料及其制备方法，本发明中的水性聚氨酯涂料组合物制备得到的聚氨酯涂层具有宽的施工应用性，爆泡膜厚高、在常温、高温、尤其在高温低湿、高温高湿等条件下可维持高的爆泡膜厚、抗流挂性好。
2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高性能水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯85～95份，亲水改性多异氰酸酯15～27份，醛酮树脂12～15份，环氧树脂3～6份，气相二氧化硅3～4份，白炭黑8～11份，膨润土14～17份，煅烧高岭土23～26份，铝锆偶联剂2～4份，羧甲基纤维素钠1～3份，流平剂7～10份，消泡剂2～4份，防霉剂4～6份。
3、本发明进一步设置为：所述亲水性改性多异氰酸酯为poss改性聚乙二醇改性多异氰酸酯，所述多异氰酸酯选自hdi二聚体、hdi三聚体、ipdi二聚体或ipdi三聚体，所述poss改性聚乙二醇的结构为：其中，r为苯基或环戊基，n为5～9。
4、本发明的上述技术目的还通过以下技术方案得以实现的：一种高性能水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：s1：水性聚氨酯的制备；按重量份将32～35份改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯和55～58份含氟硅氧烷二元醇混合均匀后，升温至85～88℃，保温1.5～2h，降温至40～50℃后加入7～10份新戊二醇、1.7～2份2-(羟基甲基)苯硼酸半酯、6～9份三聚氰胺-甲醛树脂和丙酮，再加入0.1～0.2份邻苯基苯酚钠，升温至80～83℃，保温1.7～2h得到物料a；将物料a降温至30～40℃后，再滴加含5～7份双(2-羟丙基)苯胺和5～6份n-乙基二乙醇胺的溶液，升温至65～68℃，保温1.2～1.5h得到物料b；将物料b调节ph至中性后，真空脱除丙酮得到水性聚氨酯；
5、s2：取水性聚氨酯，在搅拌条件下加入流平剂，分散5-10分钟后，按照配比加入亲水改性多异氰酸酯，醛酮树脂，环氧树脂，气相二氧化硅，然后搅拌5-10分钟，在搅拌条件下加入白炭黑，膨润土，煅烧高岭土，铝锆偶联剂，羧甲基纤维素钠，分散15-20分钟，在搅拌条件下加入消泡剂和防霉剂，分散之后用网纱过滤即得成品。
6、本发明进一步设置为：所述步骤s1中含氟硅氧烷二元醇的制备方法为：将四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷混合均匀后，滴加浓硫酸，升温，滴加三氟丙基甲基环三硅氧烷，保温，冷却后，加入氢氧化钠调节ph至6，过滤，蒸馏得到第一物料；将三异丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均匀后，再加入1,6-庚二烯-4-醇搅拌均匀，接着滴加碳酸钠水溶液，搅拌，静置分层，取下层油状液进行蒸馏得到第二物料；将第一物料和第二物料混合均匀后，加入氯铂酸，升温，保温，真空蒸馏后得到第三物料；将第三物料、四氢呋喃、四丁基氟化铵混合后，升温回流，旋转蒸发得到含氟硅氧烷二元醇。
7、本发明进一步设置为：所述步骤s1中改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯制备方法如下：将环己烷二亚甲基二异氰酸酯和三丁基氧化锡混合，通入n2保护，升温至87～90℃，在升温过程中不停搅拌，保温2～3h得到物料x；将甲基三乙氧基硅烷和异辛酸铋混合后，加入水中得到物料y；将物料x和物料y混合均匀，升温至54～57℃，保温1.8～2.1h，真空蒸馏得到改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯。
8、综上所述，本发明具有以下有益效果：
9、1、本发明提供的水性聚氨酯涂料组合物制备得到的聚氨酯涂层具有宽的施工应用性，爆泡膜厚高、在常温、高温、尤其在高温低湿、高温高湿等条件下可维持高的爆泡膜厚、抗流挂性好、且与单组份环氧底漆与双组份环氧底漆具有良好的匹配性；
10、2、采用改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯和含氟硅氧烷二元醇来制备水性聚氨酯，在聚氨酯结构上引入支化侧链和含氟聚硅氧烷链段，使水性聚氨酯的黏度和断裂伸长率小，还提高了本发明的拉伸强度、硬度、韧性；改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯上同时具有异氰脲酸酯六元环和有机硅基团，其中异氰脲酸酯六元环具有强吸电子效应，导致分子中-nco的c＝n键的极性增加，提高了反应活性，加速改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯与羟基的反应速度，提高交联度，提高了水性聚氨酯的硬度和附着力；水性聚氨酯中的硅原子、氟原子易向表面迁移、富集，使亲油基向外对空气排布，亲水基向内排布，从而使得接触角增大，降低表面张力和表面能，使水难以在其表面铺展润湿，从而提高本发明的耐水性能、耐热性能。
1.一种高性能水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯85～95份，亲水改性多异氰酸酯15～27份，醛酮树脂12～15份，环氧树脂3～6份，气相二氧化硅3～4份，白炭黑8～11份，膨润土14～17份，煅烧高岭土23～26份，铝锆偶联剂2～4份，羧甲基纤维素钠1～3份，流平剂7～10份，消泡剂2～4份，防霉剂4～6份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能水性聚氨酯涂料，其特征在于：所述亲水性改性多异氰酸酯为poss改性聚乙二醇改性多异氰酸酯，所述多异氰酸酯选自hdi二聚体、hdi三聚体、ipdi二聚体或ipdi三聚体，所述poss改性聚乙二醇的结构为：其中，r为苯基或环戊基，n为5～9。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种高性能水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：水性聚氨酯的制备；按重量份将32～35份改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯和55～58份含氟硅氧烷二元醇混合均匀后，升温至85～88℃，保温1.5～2h，降温至40～50℃后加入7～10份新戊二醇、1.7～2份2-(羟基甲基)苯硼酸半酯、6～9份三聚氰胺-甲醛树脂和丙酮，再加入0.1～0.2份邻苯基苯酚钠，升温至80～83℃，保温1.7～2h得到物料a；将物料a降温至30～40℃后，再滴加含5～7份双(2-羟丙基)苯胺和5～6份n-乙基二乙醇胺的溶液，升温至65～68℃，保温1.2～1.5h得到物料b；将物料b调节ph至中性后，真空脱除丙酮得到水性聚氨酯；
4.根据权利要求1所述的一种高性能水性聚氨酯涂料及其制备方法，其特征在于：所述步骤s1中含氟硅氧烷二元醇的制备方法为：将四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷混合均匀后，滴加浓硫酸，升温，滴加三氟丙基甲基环三硅氧烷，保温，冷却后，加入氢氧化钠调节ph至6，过滤，蒸馏得到第一物料；将三异丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均匀后，再加入1,6-庚二烯-4-醇搅拌均匀，接着滴加碳酸钠水溶液，搅拌，静置分层，取下层油状液进行蒸馏得到第二物料；将第一物料和第二物料混合均匀后，加入氯铂酸，升温，保温，真空蒸馏后得到第三物料；将第三物料、四氢呋喃、四丁基氟化铵混合后，升温回流，旋转蒸发得到含氟硅氧烷二元醇。
5.根据权利要求1所述的一种高性能水性聚氨酯涂料及其制备方法，其特征在于：所述步骤s1中改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯制备方法如下：将环己烷二亚甲基二异氰酸酯和三丁基氧化锡混合，通入n2保护，升温至87～90℃，在升温过程中不停搅拌，保温2～3h得到物料x；将甲基三乙氧基硅烷和异辛酸铋混合后，加入水中得到物料y；将物料x和物料y混合均匀，升温至54～57℃，保温1.8～2.1h，真空蒸馏得到改性环己烷二亚甲基二异氰酸酯。