一种水性双组份聚氨酯清漆及其制备方法、使用方法与流程
本发明涉及清漆领域，具体为一种水性双组份聚氨酯清漆及其制备方法、使用方法。
背景技术：
1、水性双组份聚氨酯清漆结合了水性清漆和传统溶剂型聚氨酯清漆的优异性能，越来越受到消费者的青睐。它具有优异的力学性能、室温可固化特性和环保特性，可以广泛应用于汽车、木材、塑料、皮革及其他涂装等领域。
2、水性双组份聚氨酯清漆虽然具有上述优点，但其也存在一些显著的缺点，如耐水性相对较弱，容易在潮湿环境下发生剥落、开裂；针对一些户外使用场景，需要一种能在长时间紫外线照射下保持漆膜的光泽度和颜色稳定性的清漆，因此，为了克服这些不足，需要制备一种新型的水性双组份聚氨酯清漆，该清漆应具备良好的耐水性，能在潮湿环境中保持稳定的性能；同时，还应具备出色的抗紫外老化性能，从而延长使用寿命；这样的清漆将更广泛地适用于各种需要高耐候性和抗菌性的场合。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种水性双组份聚氨酯清漆及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
3、一种水性双组份聚氨酯清漆，包含a组份和b组份，所述a组份包括纯水、润湿剂、消泡剂、改性丙烯酸酯乳液；所述b组份包括异氰酸酯固化剂、纯水；
4、作为优化，所述改性丙烯酸酯乳液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、季铵盐笼状硅氧烷、两亲性二氧化硅纳米片反应制得。
5、作为优化，所述季铵盐笼状硅氧烷是由九氟己基三甲氧基硅烷得到笼型硅氧烷前体，笼型硅氧烷前体和3-氯丙基三氯硅烷反应得到笼型硅氧烷，再和4-乙烯基吡啶反应制得。
6、作为优化，所述两亲性二氧化硅纳米片是由四乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷反应得到二氧化硅纳米片，再和十二烷基三甲氧基硅烷反应得到改性二氧化硅纳米片前体，再和三聚氯氰反应得到改性二氧化硅纳米片，再和磺基水杨酸钠反应制得。
7、一种水性双组份聚氨酯清漆的制备方法，包括以下制备步骤：
8、(1)将九氟己基三甲氧基硅烷、四氢呋喃、纯水、氢氧化钠按质量比1:(50-60):(0.06-0.08):(0.04-0.05)混合均匀，升温至70℃回流反应4-5h，冷却至室温后继续搅拌14-15h，减压旋蒸除去四氢呋喃，在40℃下干燥22-24h，得到笼型硅氧烷前体；
9、(2)将笼型硅氧烷前体、三乙胺、四氢呋喃按质量比1:(0.3-0.5):(20-30)混匀，得到笼型硅氧烷前体溶液，将3-氯丙基三氯硅烷和四氢呋喃按质量比1:(10-12)混合均匀，在0℃下，滴加于笼型硅氧烷前体溶液中，滴加速度1ml/min，滴加结束后，继续反应4-5h，升温至室温继续反应12-14h，过滤取滤液，减压旋蒸除去滤液中的四氢呋喃，使用甲醇洗涤3-4次，在40℃下干燥22-24h，得到笼型硅氧烷；
10、(3)将笼型硅氧烷、碳酸钾、4-乙烯基吡啶、氯仿按质量比1:(0.3-0.5):(0.7-0.9):(15-20)混合均匀，升温至70-80℃，回流反应24h，冷却至室温，抽滤并使用氯仿洗涤3-4次，在40℃下干燥22-24h，得到季铵盐笼型硅氧烷；
11、(4)将二氧化硅纳米片和甲苯按质量比1:(150-160)混合，在氮气保护下加入二氧化硅纳米片质量2-3倍的十二烷基三甲氧基硅烷和二氧化硅纳米片质量0.1-0.3倍的三乙胺，在80℃下反应24h，过滤并使用甲苯洗涤4-5次，在40℃下干燥22-24h，得到改性二氧化硅纳米片前体；
12、(5)将改性二氧化硅纳米片前体和甲苯按质量比1:(150-160)混合，在氮气保护下，加入二氧化硅纳米片质量5-6倍的三聚氯氰，在25-30℃下反应10-12h，过滤并使用甲苯洗涤4-5次，在40℃下干燥22-24h，得到改性二氧化硅纳米片；
13、(6)在氮气保护下将改性二氧化硅纳米片、氯苯、无水氯化铝按质量比1:(150-160):(5-6)混合，在氮气保护下，加入改性二氧化硅纳米片质量9-10倍的磺基水杨酸钠，在30-40℃下反应15-17h，过滤并使用甲苯洗涤4-5次，在40℃下干燥22-24h，得到两亲性二氧化硅纳米片；将两亲性二氧化硅纳米片和纯水按质量比1:(20-30)混合得到两亲性二氧化硅纳米片分散液；
14、(7)将过硫酸铵和纯水按质量比1:(10-20)混合得到引发剂溶液；按质量份数计，甲基丙烯酸甲酯20-30份、丙烯酸丁酯20-30份、甲基丙烯酸羟丙酯5-10份、季铵盐笼状硅氧烷10-20份、改性二氧化硅纳米片分散液10-20份、纯水50-60份、引发剂溶液3-5份。将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、季铵盐笼状硅氧烷、两亲性二氧化硅纳米片分散液和纯水混合，在氮气保护下搅拌1-2h，搅拌转速为500rpm/min，得到预乳液；将20％的预乳液和引发剂溶液按质量比1:(0.1-0.2)在60-70℃下搅拌10-12h，搅拌转速为200rpm/min，升温至80-82℃，滴加剩余的80％的预乳液，滴速为1ml/min，滴加结束后，继续升温至90-92℃，保温40-50min降温至室温，使用25wt％的氨水调节ph至6-7，得到改性丙烯酸酯乳液；
15、(8)称取按质量份数计纯水15-25份、润湿剂0.05-0.1份、消泡剂0.1-0.3份、改性丙烯酸酯乳液60-70份；将纯水、润湿剂、消泡剂、改性丙烯酸酯乳液混合，在500-600r/min下搅拌20-30min，得到a组份；
16、(9)称取按质量份数计异氰酸酯固化剂60-70份、纯水40-50份，将异氰酸酯固化剂、纯水在500-600r/min下搅拌20-30min，得到b组份；
17、(10)将a组份与b组份按质量比(4-5):1混合并搅拌均匀，得到水性双组份聚氨酯清漆。
18、作为优化，步骤(4)所述二氧化硅纳米片的制备方法为：将十二烷基硫酸钠和纯水按质量比1:3混匀，使用2mol/l的盐酸水溶液调节ph至3，得到水相，将四乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、正癸烷-甲苯溶液按质量比1:(0.15-0.2):(5-6)混匀，得到油相，将水相和油相按质量比1:0.25混合，在1000rpm/min的速度下搅拌，再升温至70℃，反应12h，在5000r/min转速下离心10min并使用无水乙醇进行清洗3-4次得到二氧化硅中空微球，使用细胞粉碎机破碎二氧化硅中空微球，细胞粉碎机运行参数为工作2s，暂停2s，工作时间为60min，功率为400w，将破碎后的二氧化硅中空微球在常温下干燥24h得到二氧化硅纳米片。
19、作为优化，所述正癸烷-甲苯溶液由正癸烷和甲苯按质量比1:1混合制得。
20、作为优化，步骤(7)所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、季铵盐笼状硅氧烷、改性二氧化硅纳米片分散液、纯水、引发剂溶液的用量为：按质量份数计，甲基丙烯酸甲酯20-30份、丙烯酸丁酯20-30份、甲基丙烯酸羟丙酯5-10份、季铵盐笼状硅氧烷10-20份、改性二氧化硅纳米片分散液10-20份、纯水50-60份、引发剂溶液3-5份。
21、作为优化，步骤(8)所述润湿剂型号为hydropalat 140；所述消泡剂型号为byk-024。
22、作为优化，步骤(9)所述异氰酸酯固化剂型号为xp 2655。
23、本发明还提供一种根据上述水性双组份聚氨酯清漆的制备方法制备得到的水性双组份聚氨酯清漆的使用方法，使用方法为：将水性双组份聚氨酯清漆采用辊涂或喷涂将水性双组份聚氨酯清漆涂布于基体上，水性双组份聚氨酯清漆需要现配现用，并在0-2h涂布完毕。
24、本发明制备的水性双组份聚氨酯清漆，包含a组份和b组份，a组份包括纯水、润湿剂、消泡剂、改性丙烯酸酯乳液；b组份包括异氰酸酯固化剂、纯水；改性丙烯酸酯乳液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、季铵盐笼状硅氧烷、两亲性二氧化硅纳米片反应制得；季铵盐笼状硅氧烷是由九氟己基三甲氧基硅烷得到笼型硅氧烷前体，笼型硅氧烷前体和3-氯丙基三氯硅烷反应得到笼型硅氧烷，再和4-乙烯基吡啶反应制得；两亲性二氧化硅纳米片是由四乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷反应得到二氧化硅纳米片，再和十二烷基三甲氧基硅烷反应得到改性二氧化硅纳米片前体，再和三聚氯氰反应得到改性二氧化硅纳米片，再和磺基水杨酸钠反应制得。
25、首先，将九氟己基三甲氧基硅烷得到笼型硅氧烷前体，笼型硅氧烷前体和3-氯丙基三氯硅烷反应得到笼型硅氧烷，该笼型硅氧烷含有九氟己基和单氯丙基，再和4-乙烯基吡啶反应形成季铵盐，并在笼型硅氧烷上引入双键，以便后续和丙烯酸酯类单体进行聚合；氟原子具有大的电负性，半径小，键能大，含氟单体类聚合物具有优异的耐水性和耐化学品性，硅氧键键能高，表面能低，由氟硅改性的聚合物具有优异耐水性；季铵盐结构的引入同时也赋予了改性丙烯酸酯乳液抗菌性能，从而赋予了水性双组份聚氨酯清漆一定的抗菌性能。
26、其次，由四乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷反应得到二氧化硅纳米片，一面含有羟基，一面含有氨基，在含有羟基的一面通过和十二烷基三甲氧基硅烷反应接枝上了疏水长链，在含有氨基的一面通过和三聚氯氰、磺基水杨酸钠反应接枝上了亲水基团，从而得到了具有两亲性的二氧化硅纳米片，二氧化硅纳米片的添加可以赋予水性双组份聚氨酯清漆良好的耐磨性，与此同时，两亲性的二氧化硅纳米片可以代替传统的乳化剂，在改性丙烯酸酯乳液的制备过程中充当乳化剂并稳定乳液；两亲性二氧化硅纳米片的亲水一侧，由于水杨酸钠的引入，使得两亲性二氧化钛纳米片可以吸收紫外线，从而赋予水性双组份聚氨酯清漆抗紫外老化的性能。
27、最后，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、季铵盐笼状硅氧烷、两亲性二氧化硅纳米片反应制得改性丙烯酸乳液，甲基丙烯酸羟丙酯上的羟基作为交联位点和异氰酸酯固化剂进行交联，形成漆膜。
技术特征：
1.一种水性双组份聚氨酯清漆，其特征在于，包含a组份和b组份，所述a组份包括纯水、润湿剂、消泡剂、改性丙烯酸酯乳液；所述b组份包括异氰酸酯固化剂、纯水；
2.一种水性双组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
3.根据权利要求2所述的一种水性双组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述二氧化硅纳米片的制备方法为：将十二烷基硫酸钠和纯水按质量比1:3混匀，使用2mol/l的盐酸水溶液调节ph至3，得到水相，将四乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、正癸烷-甲苯溶液按质量比1:(0.15-0.2):(5-6)混匀，得到油相，将水相和油相按质量比1:0.25混合，在1000rpm/min的速度下搅拌，再升温至70℃，反应12h，在5000r/min转速下离心10min并使用无水乙醇进行清洗3-4次得到二氧化硅中空微球，使用细胞粉碎机破碎二氧化硅中空微球，细胞粉碎机运行参数为工作2s，暂停2s，工作时间为60min，功率为400w，将破碎后的二氧化硅中空微球在常温下干燥24h得到二氧化硅纳米片。
4.根据权利要求2所述的一种水性双组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于，步骤(7)所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、季铵盐笼状硅氧烷、改性二氧化硅纳米片分散液、纯水、引发剂溶液的用量为：按质量份数计，甲基丙烯酸甲酯20-30份、丙烯酸丁酯20-30份、甲基丙烯酸羟丙酯5-10份、季铵盐笼状硅氧烷10-20份、改性二氧化硅纳米片分散液10-20份、纯水50-60份、引发剂溶液3-5份。
5.根据权利要求2所述的一种水性双组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于，步骤(8)所述润湿剂型号为hydropalat 140；所述消泡剂型号为byk-024。
6.根据权利要求2所述的一种水性双组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于，步骤(9)所述异氰酸酯固化剂型号为xp 2655。
7.根据权利要求3所述的一种水性双组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于，所述正癸烷-甲苯溶液由正癸烷和甲苯按质量比1:1混合制得。
8.一种根据权利要求2-7任一项所述的水性双组份聚氨酯清漆的制备方法制备得到的水性双组份聚氨酯清漆的使用方法，其特征在于，所述使用方法为：将a组份与b组份按质量比(4-5):1混合并搅拌均匀，得到水性双组份聚氨酯清漆，采用辊涂或喷涂将水性双组份聚氨酯清漆涂布于基体上，水性双组份聚氨酯清漆需要现配现用，并在0-2h涂布完毕。
技术总结
本发明公开了一种水性双组份聚氨酯清漆及其制备方法、使用方法，涉及清漆领域。本发明制备的水性双组份聚氨酯清漆，包含A组份和B组份，A组份包括纯水、润湿剂、消泡剂、改性丙烯酸酯乳液；B组份包括异氰酸酯固化剂、纯水；其中，改性丙烯酸酯乳液由丙烯酸酯类单体、季铵盐笼状硅氧烷、两亲性二氧化硅纳米片制得；季铵盐笼状硅氧烷是由九氟己基三甲氧基硅烷得到的笼型硅氧烷前体和3‑氯丙基三氯硅烷反应，再和4‑乙烯基吡啶反应制得；两亲性二氧化硅纳米片是由二氧化硅纳米片，和十二烷基三甲氧基硅烷，再和三聚氯氰反应再和磺基水杨酸钠反应制得。本发明制备的水性双组份聚氨酯清漆具有良好的耐水性、抗菌性和抗紫外老化性能。
技术研发人员：骆国清,赖永清
受保护的技术使用者：广东优贝精细化工有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5