一種耐水水性聚氨酯涂料的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及涂料技術領域，尤其涉及一種耐水水性聚氨酯涂料。
【背景技術】
[0002]水性聚氨酯以水作為分散介質，具有環保無毒、難燃燒等優勢，并且可以通過改變軟硬段種類與比例來調節樹脂材料的綜合性能。自上世紀60年代末水性聚氨酯被引入市場后，水性聚氨酯以優異的粘結能力，出色的耐溫變性能，優良的耐低溫性能，良好的生物相容性以及環保無毒的特性而被廣泛應用在多個領域。水性聚氨酯盡管分子鏈化學結構與溶劑型聚氨酯相同，但是與溶劑型聚氨酯相比，在性能方面仍然存在一些缺陷，例如，分子量小、耐水性差和硬度小等，因此限制了其應用。目前，水性聚氨酯涂料在耐水性能方面不能滿足社會的要求，需要進行改性。

【發明內容】

[0003]基于【背景技術】存在的技術問題，本發明提出了一種耐水水性聚氨酯涂料，具有優異的耐水性能，耐熱、防火阻燃性能優秀，而且附著力高，硬度高，干燥速度快。
[0004]本發明提出的一種耐水水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:水性聚氨酯85?95份，醛酮樹脂12?15份，環氧樹脂3?6份，氣相二氧化硅3?4份，白炭黑8?11份，膨潤土14?17份，煅燒高嶺土23?26份，鋁鋯偶聯劑2?4份，羧甲基纖維素鈉I?3份，流平劑7?10份，消泡劑2?4份，防霉劑4?6份。
[0005]優選地，水性聚氨酯按如下工藝制備:將改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯和含氟硅氧烷二元醇混合均勻后，升溫至85?88°C，保溫1.5?2h，降溫至40?50°C后加入新戊二醇、2-(羥基甲基)苯硼酸半酯、三聚氰胺-甲醛樹脂和丙酮，再加入鄰苯基苯酚鈉，升溫至80?83°C，保溫1.7?2h得到物料a;將物料a降溫至30?40°C后，再滴加含雙(2-羥丙基)苯胺和N-乙基二乙醇胺的溶液，升溫至65?68°C，保溫1.2?1.5h得到物料b;將物料b調節pH至中性后，真空脫除丙酮得到水性聚氨酯。
[0006]優選地，水性聚氨酯的制備工藝中，按重量份將32?35份改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯和55?58份含氟硅氧烷二元醇混合均勻后，升溫至85?88°C，保溫1.5?2h，降溫至40?50°C后加入7?10份新戊二醇、1.7?2份2-(羥基甲基)苯硼酸半酯、6?9份三聚氰胺-甲醛樹脂和丙酮，再加入0.1?0.2份鄰苯基苯酚鈉，升溫至80?83°C，保溫1.7?2h得到物料a;將物料a降溫至30?40 °C后，再滴加含5?7份雙(2-羥丙基)苯胺和5?6份N-乙基二乙醇胺的溶液，升溫至65?68°C，保溫1.2?1.5h得到物料b;將物料b調節pH至中性后，真空脫除丙酮得到水性聚氨酯。
[0007]優選地，水性聚氨酯的制備工藝中，含氟硅氧烷二元醇的制備方法為:將四甲基二硅氧烷和八甲基環四硅氧烷混合均勻后，滴加濃硫酸，升溫，滴加三氟丙基甲基環三硅氧烷，保溫，冷卻后，加入氫氧化鈉調節PH至6，過濾，蒸餾得到第一物料;將三異丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均勻后，再加入I，6_庚二烯-4-醇攪拌均勻，接著滴加碳酸鈉水溶液，攪拌，靜置分層，取下層油狀液進行蒸餾得到第二物料;將第一物料和第二物料混合均勻后，加入氯鉑酸，升溫，保溫，真空蒸餾后得到第三物料;將第三物料、四氫呋喃、四丁基氟化銨混合后，升溫回流，旋轉蒸發得到含氟硅氧烷二元醇。
[0008]優選地，水性聚氨酯的制備工藝中，含氟硅氧烷二元醇的制備方法為:按重量份將27?30份四甲基二硅氧烷和5?8份八甲基環四硅氧烷混合均勻后，滴加3?5份質量分數為88?92wt %的濃硫酸，升溫，滴加12?15份三氟丙基甲基環三硅氧烷，保溫，冷卻后，加入氫氧化鈉調節PH至6，過濾，蒸餾得到第一物料;將8?11份三異丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均勻后，再加入6?9份I，6_庚二烯-4-醇攪拌均勻，接著滴加20?22份質量分數為25?28wt %的碳酸鈉水溶液，攪拌，靜置分層，取下層油狀液進行蒸餾得到第二物料;將第一物料和第二物料混合均勻后，加入0.2?0.5份氯鉑酸，升溫，保溫，真空蒸餾后得到第三物料；將第三物料、3?4份四氫呋喃、4?6份四丁基氟化銨混合后，升溫回流，旋轉蒸發得到含氟硅氧烷二元醇。
[0009]優選地，水性聚氨酯的制備工藝中，含氟硅氧烷二元醇按如下工藝制備:將四甲基二硅氧烷和八甲基環四硅氧烷混合均勻后，滴加濃硫酸，升溫至78?81°C，滴加三氟丙基甲基環三硅氧烷，保溫5.5?6h，冷卻后，加入氫氧化鈉調節pH至6，過濾，蒸餾得到第一物料；將三異丙基氯硅烷加入二氯甲烷中混合均勻后，再加入I，6_庚二烯-4-醇攪拌均勻，接著滴加碳酸鈉水溶液，攪拌，靜置分層，取下層油狀液進行蒸餾得到第二物料;將第一物料和第二物料混合均勻后，加入氯鉑酸，升溫至85?88°C，保溫1.5?2.5h，真空蒸餾后得到第三物料;將第三物料、四氫呋喃、四丁基氟化銨混合后，升溫回流，旋轉蒸發得到含氟硅氧烷二元醇。
[0010]優選地，水性聚氨酯的制備工藝中，改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯制備方法如下:將環己烷二亞甲基二異氰酸酯和三丁基氧化錫混合，通入N2保護，升溫至87?90°C，在升溫過程中不停攪拌，保溫2?3h得到物料X;將甲基三乙氧基硅烷和異辛酸鉍混合后，加入水中得到物料y ；將物料X和物料y混合均勻，升溫至54?570C，保溫1.8?2.1h，真空蒸餾得到改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯。
[0011]優選地，水性聚氨酯的制備工藝中，改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯制備方法如下:按重量份將25?28份環己烷二亞甲基二異氰酸酯和3?4份三丁基氧化錫混合，通入N2保護，升溫至87?90°C，在升溫過程中不停攪拌，保溫2?3h得到物料X;將4.2?4.5份甲基三乙氧基硅烷和0.5?0.8份異辛酸鉍混合后，加入水中得到物料y ；將物料X和物料y混合均勻，升溫至54?57°C，保溫1.8?2.lh，真空蒸餾得到改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯。
[0012]優選地，水性聚氨酯、醛酮樹脂、環氧樹脂的重量比為88?92:13?14:4?5。
[0013]本發明按常規工藝制備得到。
[0014]由于有機硅分子間作用力較弱，力學性能差，本發明將八甲基環四硅氧烷和三氟丙基甲基環三硅氧烷進行開環聚合得到含氟長鏈的第一物料，其兼具聚硅氧烷和有機氟化合物的優點，分子以S1-O鏈為主鏈，在側鏈或主鏈上引入含氟基團，降低了整個分子鏈段的表面能，具有優異的疏水性能;再用三異丙基氯硅烷和I，6-庚二烯-4-醇進行反應，從而使I，6-庚二烯-4-醇中的羥基形成醚鍵得到保護;然后將第一物料和第二物料進行反應，使第二物料中的碳碳雙鍵打開進行聚合，再通過四氫呋喃、四丁基氟化銨將醚鍵脫保護形成羥基得到含氟硅氧烷二元醇。
[0015]本發明將環己烷二亞甲基二異氰酸酯和三丁基氧化錫混合后，升溫，使環己烷二亞甲基二異氰酸酯中-NCO基團發生反應，三個異氰酸酯基團聚合生成六元環結構的異氰脲酸酯基團，然后加入甲基三乙氧基硅烷和異辛酸鉍，在催化劑異辛酸鉍的作用下，甲基三乙氧基硅烷水解產生的巰基與環己烷二亞甲基二異氰酸酯三聚體上的異氰酸酯基進行反應，使硅氧烷接枝于環己烷二亞甲基二異氰酸酯三聚體上，為水性聚氨酯的制備做鋪墊。
[0016]本發明采用改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯和含氟硅氧烷二元醇來制備水性聚氨酯，在聚氨酯結構上引入支化側鏈和含氟聚硅氧烷鏈段，使水性聚氨酯的黏度和斷裂伸長率小，還提高了本發明的拉伸強度、硬度、韌性；改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯上同時具有異氰脲酸酯六元環和有機硅基團，其中異氰脲酸酯六元環具有強吸電子效應，導致分子中-NCO的C = N鍵的極性增加，提高了反應活性，加速改性環己烷二亞甲基二異氰酸酯與羥基的反應速度，提高交聯度，提高了水性聚氨酯的硬度和附著力；水性聚氨酯中的硅原子、氟原子易向表面迀移、富集，使親油基向外對空氣排布，親水基向內排布，從而使得接觸角增大，降低表面張力和表面能，使水難以在其表面鋪展潤濕，從而提高本發明的耐水性能、耐熱性能;而三聚氰胺-甲醛樹脂的引入，使本發明的水性聚氨酯中具有含氮基團，受熱條件下吸熱，分解生成氨氣、氮氣、二氧化氮等不燃性氣體，以稀釋可燃物、降低可燃物表面溫度