CN112175497A - 一种水性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性聚氨酯涂料，包括A组分和B组分；所述A组分包括以下重量份的原料：50‑60份水性羟基丙烯酸乳液、4‑6份助溶剂、0.3‑0.4份消泡剂、0.5‑1份紫外光吸收剂、10‑15份二氧化硅纳米微球、5‑13份去离子水、1‑2份改性蒙脱土和0.5‑1份复合抗菌剂；所述B组分包括以下重量份的原料：7‑14份异氰酸酯类固化剂和3‑6份丙二醇二乙酸酯，本发明还公开了该水性聚氨酯涂料的制备方法，通过添加紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球和改性蒙脱土，使水性聚氨酯涂料成膜后耐水性高，附着力强，耐高温，机械性能好，长时间暴露在日光下不易老化，使用寿命长。

Description

一种水性聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体的，涉及一种水性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好，易于改性等优点。聚氨酯树脂的水性化已逐步取代溶剂型，成为聚氨酯工业发展的重要方向。水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。

水性聚氨酯有很多优异性能，由于其具有高环保性、高装饰性、高耐磨性、高抗粘性、抗裂性，以及相对较宽的施工温度范围，发展迅速应用广泛。但水性聚氨酯成膜后具有一定的亲水性能，故耐水性能不高。水性聚氨酯主要依靠氢键和范德华力等作用力与基材结合在一起，因此，附着力一般并不理想，尤其是在高温环境或水浸泡后，氢键和范德华力会受到破坏，附着力进一步受到影响。并且由于环境污染的严重性，很多紫外线可以穿透大气层照射到高分子材料上，使高分子材料的物理化学性质发生变化，进而发生老化丧失价值，目前提高水性聚氨酯涂料的耐水性、附着力和抗老化性能是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯涂料及其制备方法。

本发明需要解决的技术问题为：

现有技术中，水性聚氨酯涂料成膜后耐水性不高，附着力不强，并且传统聚氨酯涂料不耐高温，机械性能差，在长时间暴露在日光下易老化，在潮湿环境下发霉，抗菌性差。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水性聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为1:1；

所述A组分包括以下重量份的原料：50-60份水性羟基丙烯酸乳液、4-6份助溶剂、0.3-0.4份消泡剂、0.5-1份紫外光吸收剂、10-15份二氧化硅纳米微球、5-13份去离子水、1-2份改性蒙脱土和0.5-1份复合抗菌剂；

所述B组分包括以下重量份的原料：7-14份异氰酸酯类固化剂和3-6份丙二醇二乙酸酯。

该水性聚氨酯涂料的制备方法具体包括如下步骤:

第一步、将60％去离子水、20％助溶剂、消泡剂、紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球、改性蒙脱土和复合抗菌剂加入到搅拌罐中，在室温条件下，转速600-800r/min下搅拌20-40min，得混合料，将混合料转移至球磨机内进行球磨，研磨细度≤20μm，得前期浆料；

第二步、将水性羟基丙烯酸乳液、剩余去离子水和剩余助溶剂依次加入调漆罐中，室温条件下，转速300-600r/min搅拌10-20min，备用；

第三步、将第一步制备的前期浆料加入调漆罐中，将转速调整至500-800r/min，搅拌30-40min；

第四步、向调漆罐中加入增稠剂，保持第三步中的转速不变，搅拌30-40min，得到A组分；

第五步、将异氰酸酯类固化剂和丙二醇二乙酸酯加入混合罐中，转速200-300r/min搅拌30-60min，得到B组分。

在使用本发明制备的水性聚氨酯涂料时，将A组分和B组分混合均匀即可。

进一步地，所述异氰酸酯类固化剂为脂肪族多异氰酸酯，温度为25℃下粘度为100-300mPa.s。

进一步地，所述水性羟基丙烯酸乳液的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤S1、准备如下重量份的原料：3-5份过硫酸胺、20-30份去离子水、3-8份甲基丙烯酸羟乙酯、2-5份苯乙烯、5-10份丙烯酸丁酯、5-10份甲基丙烯酸甲酯、10-15份丙烯酸、2-4份碳酸氢钠和2-6份十二烷基二苯醚二磺酸钠；

步骤S2、将过硫酸铵加入30％去离子水中，使过硫酸铵完全溶解，得到过硫酸铵溶液；

步骤S3、将甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、50％去离子水和十二烷基二苯醚二磺酸钠加入烧杯中，磁力搅拌30-50min，得到预乳化单体；

步骤S4、在装有搅拌棒、冷凝管、温度计和蠕动泵的四口烧瓶加入碳酸氢钠和20％去离子水，控制温度为80-90℃，向四口烧瓶中加入1/3过硫酸铵溶液和1/10预乳化单体，得到种子乳液；

步骤S5、将剩余的预乳化单体和过硫酸铵溶液在3h内滴加至种子乳液中，滴加完毕后，在温度80℃下保温反应30-50min，然后冷却至室温，用氨水调节pH值为7-8，即得水性羟基丙烯酸乳液。

进一步地，所述助溶剂为丙二醇丁醚，所述消泡剂为聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷任意比例混合的混合物，所述紫外光吸收剂为受阻胺型光稳定剂AQ4；

进一步地，所述二氧化硅纳米微球的制备方法包括以下步骤：

步骤S11、向100mL三口烧瓶中依次加入10mL蒸馏水、30mL无水乙醇和4mL质量百分比浓度40％的氨水，转速50-100r/min条件下，搅拌10-15min，然后向三口烧瓶内加入2.5mL正硅酸乙酯，在室温条件下，转速100-200r/min搅拌3-5h，经离心分离后得到二氧化硅微球，依次用蒸馏水和无水乙醇进行超声漂洗至离心上清液为中性，然后过滤，在温度120-150℃条件下干燥12-24h，得微球白色固体；

步骤S12、将步骤S11得到的微球白色固体研磨至粒度≤80μm，称取0.6g研磨过的微球白色固体放入至100mL的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入27mL无水乙醇和3mL蒸馏水，超声处理10-20min，制得分散液a；

步骤S13、向50mL烧杯中加入5-10g的L-谷氨酸和20-30mL的去离子水，控制温度80-100℃，超声分散15-30min，制得溶液b；

步骤S14、将溶液b滴入分散液a中，控制反应温度70-80℃，转速300-500r/min搅拌20-40min，静置10-12h，然后抽滤，滤渣依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，直至洗涤液为中性，在温度150-200℃条件下烘干5-8h，即得二氧化硅纳米微球。

进一步地，所述改性蒙脱土的制备方法为：

将3-5重量份的钠基蒙脱土加入100重量份的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，且无水乙醇与去离子水的体积比为1:3，在温度70-80℃下，转速500-800r/min搅拌30-50min，得到分散均匀的蒙脱土悬浮液，用浓度1mol/L的盐酸溶液调节体系pH＝3-5，然后滴加20-30重量份的KH570，保持温度不变，转速200-300r/min搅拌4-6h，然后抽滤，滤渣用去离子水洗涤多次，直至洗涤液为中性，然后60-70℃下真空干燥10-12h，即得改性蒙脱土。

进一步地，所述抗菌剂为吡啶硫酮锌和纳米氧化锌组成的混合物，且吡啶硫酮锌和纳米氧化锌的质量比为1:1-3。

进一步地，一种水性聚氨酯涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步、将60％去离子水、20％助溶剂、消泡剂、紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球、改性蒙脱土和复合抗菌剂加入到搅拌罐中，在室温条件下，转速600-800r/min下搅拌20-40min，得混合料，将混合料转移至球磨机内进行球磨，研磨细度≤20μm，得前期浆料；

第二步、将水性羟基丙烯酸乳液、剩余去离子水和剩余助溶剂依次加入调漆罐中，室温条件下，转速300-600r/min搅拌10-20min，备用；

第三步、将第一步制备的前期浆料加入调漆罐中，将转速调整至500-800r/min，搅拌30-40min；

第四步、向调漆罐中加入增稠剂，保持第三步中的转速不变，搅拌30-40min，得到A组分；

第五步、将异氰酸酯类固化剂和丙二醇二乙酸酯加入混合罐中，转速200-300r/min搅拌30-60min，得到B组分。

本发明的有益效果：

1、本发明水性聚氨酯涂料由A组分和B组分组成，A组分含有水性羟基丙烯酸乳液，通过以甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯为主要原料，采用半连续乳液聚合工艺，制备出水性羟基丙烯酸乳液，该乳液具有制备工艺简单、稳定性好的特点，在成膜后可以交联形成三维网状结构，可以提高乳液的内聚强度，增强涂膜致密性，改善涂膜的耐溶剂型，涂装后-OH和多异氰酸酯的-NCO在常温下交联固化，形成具有立体网络结构的交联涂膜；本发明通过溶胶凝胶法控制体系pH＝3-5将KH570接枝到钠基蒙脱土，KH570经过体系中的盐酸质子化并通过阳离子交换进入蒙脱土层间，进过抽滤、干燥处理，获得有机改性蒙脱土；将有改性蒙脱土添加至聚氨酯涂料中，使聚氨酯涂料中的有机-无机相之间没有明显界限，使复合涂料固化后的凝胶率、热稳定性得到提高，断裂伸长率增加；将复合抗菌剂添加至水性聚氨酯涂料中，提高聚氨酯涂料的抗菌防霉性能。

2、本发明添加二氧化硅纳米微球作为填充材料，Si0₂微球具有良好的绝缘性，可以降低材料的热传导，提高材料的热稳定性，增强涂料的阻燃性及韧性。而具有孔结构的纳米二氧化硅微球内部扭曲错杂孔道的迷宫效应，阻碍了聚合物燃烧时可燃烧性降解产物的扩散，从而提升复合材料的抑烟性，并且二氧化硅纳米粒子在燃烧过程中可以形成致密的含硅炭层，阻碍燃烧基体与外界环境的热交流，以及燃烧气体和可燃挥发物的扩散，在赋予基体抑烟性的同时，达到提高具体阻燃性的目的；本发明以正硅酸乙酯为硅源，氨水为催化剂，在水-乙醇体系中制备纳米二氧化硅微球，然后使纳米二氧化硅微球表面接枝上L-谷氨酸，使纳米二氧化硅微球带有氨基基团，提高纳米二氧化硅微球在聚氨酯涂料中的分散性，进一步提高本发明水性聚氨酯涂料的附着力。

3、本发明采用受阻胺型光稳定剂AQ4为紫外光吸收剂，受阻胺型光稳定剂AQ4结构中含有-C＝N键，-C＝N键能够吸收紫外光，将紫外光转化为化学能释放，受阻胺型光稳定剂AQ4能够在氢过氧化物周围聚集，将高分子材料中的氢过氧化物转化为稳定的酮和醇类化合物，而自身生成氮氧自由基。这样在保护材料的同时，自身会产生自由基捕获剂，而生成的自由基捕获剂可以按照自身的捕获机理将高分子材料中因光热产生的烷基或烷氧基自由基捕获，通过添加受阻胺型光稳定剂AQ4，可以明显提高涂料的抗紫外线和抗老化的性能。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种水性聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为1:1；

所述A组分包括以下重量份的原料：50份水性羟基丙烯酸乳液、4份助溶剂、0.3份消泡剂、0.5份紫外光吸收剂、10份二氧化硅纳米微球、5份去离子水、1份改性蒙脱土和0.5份复合抗菌剂；

所述B组分包括以下重量份的原料：7份异氰酸酯类固化剂和3份丙二醇二乙酸酯。

该水性聚氨酯涂料的制备方法具体包括如下步骤:

第一步、将60％去离子水、20％助溶剂、消泡剂、紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球、改性蒙脱土和复合抗菌剂加入到搅拌罐中，在室温条件下，转速600r/min下搅拌20min，得混合料，将混合料转移至球磨机内进行球磨，研磨细度18μm，得前期浆料；

第二步、将水性羟基丙烯酸乳液、剩余去离子水和剩余助溶剂依次加入调漆罐中，室温条件下，转速300r/min搅拌10min，备用；

第三步、将第一步制备的前期浆料加入调漆罐中，将转速调整至500r/min，搅拌30min；

第四步、向调漆罐中加入增稠剂，保持第三步中的转速不变，搅拌30min，得到A组分；

第五步、将异氰酸酯类固化剂和丙二醇二乙酸酯加入混合罐中，转速200r/min搅拌30min，得到B组分。

所述异氰酸酯类固化剂为脂肪族多异氰酸酯，温度为25℃下粘度为100mPa.s。

所述水性羟基丙烯酸乳液的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤S1、准备如下重量份的原料：3份过硫酸胺、20份去离子水、3份甲基丙烯酸羟乙酯、2份苯乙烯、5份丙烯酸丁酯、5份甲基丙烯酸甲酯、10份丙烯酸、2份碳酸氢钠和2份十二烷基二苯醚二磺酸钠；

步骤S2、将过硫酸铵加入30％去离子水中，使过硫酸铵完全溶解，得到过硫酸铵溶液；

步骤S3、将甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、50％去离子水和十二烷基二苯醚二磺酸钠加入烧杯中，磁力搅拌30min，得到预乳化单体；

步骤S4、在装有搅拌棒、冷凝管、温度计和蠕动泵的四口烧瓶加入碳酸氢钠和20％去离子水，控制温度为80℃，向四口烧瓶中加入1/3过硫酸铵溶液和1/10预乳化单体，得到种子乳液；

步骤S5、将剩余的预乳化单体和过硫酸铵溶液在3h内滴加至种子乳液中，滴加完毕后，在温度80℃下保温反应30min，然后冷却至室温，用氨水调节pH值为7，即得水性羟基丙烯酸乳液。

所述助溶剂为丙二醇丁醚，所述消泡剂为聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷任意比例混合的混合物，所述紫外光吸收剂为受阻胺型光稳定剂AQ4；

所述二氧化硅纳米微球的制备方法包括以下步骤：

步骤S11、向100mL三口烧瓶中依次加入10mL蒸馏水、30mL无水乙醇和4mL质量百分比浓度40％的氨水，转速50r/min条件下，搅拌10min，然后向三口烧瓶内加入2.5mL正硅酸乙酯，在室温条件下，转速100r/min搅拌3h，经离心分离后得到二氧化硅微球，依次用蒸馏水和无水乙醇进行超声漂洗至离心上清液为中性，然后过滤，在温度120℃条件下干燥12h，得微球白色固体；

步骤S12、将步骤S11得到的微球白色固体研磨至粒度80μm，称取0.6g研磨过的微球白色固体放入至100mL的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入27mL无水乙醇和3mL蒸馏水，超声处理20min，制得分散液a；

步骤S13、向50mL烧杯中加入5g的L-谷氨酸和20mL的去离子水，控制温度80℃，超声分散15min，制得溶液b；

步骤S14、将溶液b滴入分散液a中，控制反应温度70℃，转速300r/min搅拌20min，静置10h，然后抽滤，滤渣依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，直至洗涤液为中性，在温度150℃条件下烘干5h，即得二氧化硅纳米微球。

所述改性蒙脱土的制备方法为：

将3重量份的钠基蒙脱土加入100重量份的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，且无水乙醇与去离子水的体积比为1:3，在温度70℃下，转速500r/min搅拌30min，得到分散均匀的蒙脱土悬浮液，用浓度1mol/L的盐酸溶液调节体系pH＝3，然后滴加20重量份的KH570，保持温度不变，转速200r/min搅拌4h，然后抽滤，滤渣用去离子水洗涤多次，直至洗涤液为中性，然后60℃下真空干燥10h，即得改性蒙脱土。

所述抗菌剂为吡啶硫酮锌和纳米氧化锌组成的混合物，且吡啶硫酮锌和纳米氧化锌的质量比为1:1。

实施例2

一种水性聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为1:1；

所述A组分包括以下重量份的原料：55份水性羟基丙烯酸乳液、5份助溶剂、0.35份消泡剂、0.8份紫外光吸收剂、13份二氧化硅纳米微球、10份去离子水、1.5份改性蒙脱土和0.8份复合抗菌剂；

所述B组分包括以下重量份的原料：10份异氰酸酯类固化剂和5份丙二醇二乙酸酯。

该水性聚氨酯涂料的制备方法具体包括如下步骤:

第一步、将60％去离子水、20％助溶剂、消泡剂、紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球、改性蒙脱土和复合抗菌剂加入到搅拌罐中，在室温条件下，转速700r/min下搅拌30min，得混合料，将混合料转移至球磨机内进行球磨，研磨细度18μm，得前期浆料；

第二步、将水性羟基丙烯酸乳液、剩余去离子水和剩余助溶剂依次加入调漆罐中，室温条件下，转速500r/min搅拌15min，备用；

第三步、将第一步制备的前期浆料加入调漆罐中，将转速调整至700r/min，搅拌35min；

第四步、向调漆罐中加入增稠剂，保持第三步中的转速不变，搅拌35min，得到A组分；

第五步、将异氰酸酯类固化剂和丙二醇二乙酸酯加入混合罐中，转速250r/min搅拌40min，得到B组分。

所述异氰酸酯类固化剂为脂肪族多异氰酸酯，温度为25℃下粘度为200mPa.s。

所述水性羟基丙烯酸乳液的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤S1、准备如下重量份的原料：4份过硫酸胺、25份去离子水、6份甲基丙烯酸羟乙酯、4份苯乙烯、8份丙烯酸丁酯、8份甲基丙烯酸甲酯、13份丙烯酸、3份碳酸氢钠和4份十二烷基二苯醚二磺酸钠；

步骤S2、将过硫酸铵加入30％去离子水中，使过硫酸铵完全溶解，得到过硫酸铵溶液；

步骤S3、将甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、50％去离子水和十二烷基二苯醚二磺酸钠加入烧杯中，磁力搅拌40min，得到预乳化单体；

步骤S4、在装有搅拌棒、冷凝管、温度计和蠕动泵的四口烧瓶加入碳酸氢钠和20％去离子水，控制温度为85℃，向四口烧瓶中加入1/3过硫酸铵溶液和1/10预乳化单体，得到种子乳液；

步骤S5、将剩余的预乳化单体和过硫酸铵溶液在3h内滴加至种子乳液中，滴加完毕后，在温度80℃下保温反应40min，然后冷却至室温，用氨水调节pH值为8，即得水性羟基丙烯酸乳液。

所述助溶剂为丙二醇丁醚，所述消泡剂为聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷任意比例混合的混合物，所述紫外光吸收剂为受阻胺型光稳定剂AQ4；

所述二氧化硅纳米微球的制备方法包括以下步骤：

步骤S11、向100mL三口烧瓶中依次加入10mL蒸馏水、30mL无水乙醇和4mL质量百分比浓度40％的氨水，转速70r/min条件下，搅拌13min，然后向三口烧瓶内加入2.5mL正硅酸乙酯，在室温条件下，转速150r/min搅拌4h，经离心分离后得到二氧化硅微球，依次用蒸馏水和无水乙醇进行超声漂洗至离心上清液为中性，然后过滤，在温度140℃条件下干燥20h，得微球白色固体；

步骤S12、将步骤S11得到的微球白色固体研磨至粒度65μm，称取0.6g研磨过的微球白色固体放入至100mL的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入27mL无水乙醇和3mL蒸馏水，超声处理15min，制得分散液a；

步骤S13、向50mL烧杯中加入7g的L-谷氨酸和25mL的去离子水，控制温度90℃，超声分散20min，制得溶液b；

步骤S14、将溶液b滴入分散液a中，控制反应温度75℃，转速400r/min搅拌30min，静置11h，然后抽滤，滤渣依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，直至洗涤液为中性，在温度180℃条件下烘干7h，即得二氧化硅纳米微球。

所述改性蒙脱土的制备方法为：

将4重量份的钠基蒙脱土加入100重量份的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，且无水乙醇与去离子水的体积比为1:3，在温度75℃下，转速700r/min搅拌40min，得到分散均匀的蒙脱土悬浮液，用浓度1mol/L的盐酸溶液调节体系pH＝4，然后滴加25重量份的KH570，保持温度不变，转速250r/min搅拌5h，然后抽滤，滤渣用去离子水洗涤多次，直至洗涤液为中性，然后65℃下真空干燥11h，即得改性蒙脱土。

所述抗菌剂为吡啶硫酮锌和纳米氧化锌组成的混合物，且吡啶硫酮锌和纳米氧化锌的质量比为1:2。

实施例3

一种水性聚氨酯涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为1:1；

所述A组分包括以下重量份的原料：60份水性羟基丙烯酸乳液、6份助溶剂、0.4份消泡剂、1份紫外光吸收剂、15份二氧化硅纳米微球、13份去离子水、2份改性蒙脱土和1份复合抗菌剂；

所述B组分包括以下重量份的原料：14份异氰酸酯类固化剂和6份丙二醇二乙酸酯。

该水性聚氨酯涂料的制备方法具体包括如下步骤:

第一步、将60％去离子水、20％助溶剂、消泡剂、紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球、改性蒙脱土和复合抗菌剂加入到搅拌罐中，在室温条件下，转速800r/min下搅拌40min，得混合料，将混合料转移至球磨机内进行球磨，研磨细度20μm，得前期浆料；

第二步、将水性羟基丙烯酸乳液、剩余去离子水和剩余助溶剂依次加入调漆罐中，室温条件下，转速600r/min搅拌20min，备用；

第三步、将第一步制备的前期浆料加入调漆罐中，将转速调整至800r/min，搅拌40min；

第四步、向调漆罐中加入增稠剂，保持第三步中的转速不变，搅拌40min，得到A组分；

第五步、将异氰酸酯类固化剂和丙二醇二乙酸酯加入混合罐中，转速300r/min搅拌60min，得到B组分。

在使用本发明制备的水性聚氨酯涂料时，将A组分和B组分混合均匀即可。

所述异氰酸酯类固化剂为脂肪族多异氰酸酯，温度为25℃下粘度为300mPa.s。

所述水性羟基丙烯酸乳液的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤S1、准备如下重量份的原料：5份过硫酸胺、30份去离子水、8份甲基丙烯酸羟乙酯、5份苯乙烯、10份丙烯酸丁酯、10份甲基丙烯酸甲酯、15份丙烯酸、4份碳酸氢钠和6份十二烷基二苯醚二磺酸钠；

步骤S2、将过硫酸铵加入30％去离子水中，使过硫酸铵完全溶解，得到过硫酸铵溶液；

步骤S3、将甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、50％去离子水和十二烷基二苯醚二磺酸钠加入烧杯中，磁力搅拌50min，得到预乳化单体；

步骤S4、在装有搅拌棒、冷凝管、温度计和蠕动泵的四口烧瓶加入碳酸氢钠和20％去离子水，控制温度为90℃，向四口烧瓶中加入1/3过硫酸铵溶液和1/10预乳化单体，得到种子乳液；

步骤S5、将剩余的预乳化单体和过硫酸铵溶液在3h内滴加至种子乳液中，滴加完毕后，在温度80℃下保温反应50min，然后冷却至室温，用氨水调节pH值为8，即得水性羟基丙烯酸乳液。

所述助溶剂为丙二醇丁醚，所述消泡剂为聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷任意比例混合的混合物，所述紫外光吸收剂为受阻胺型光稳定剂AQ4；

所述二氧化硅纳米微球的制备方法包括以下步骤：

步骤S11、向100mL三口烧瓶中依次加入10mL蒸馏水、30mL无水乙醇和4mL质量百分比浓度40％的氨水，转速100r/min条件下，搅拌15min，然后向三口烧瓶内加入2.5mL正硅酸乙酯，在室温条件下，转速200r/min搅拌5h，经离心分离后得到二氧化硅微球，依次用蒸馏水和无水乙醇进行超声漂洗至离心上清液为中性，然后过滤，在温度150℃条件下干燥24h，得微球白色固体；

步骤S12、将步骤S11得到的微球白色固体研磨至粒度80μm，称取0.6g研磨过的微球白色固体放入至100mL的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入27mL无水乙醇和3mL蒸馏水，超声处理20min，制得分散液a；

步骤S13、向50mL烧杯中加入10g的L-谷氨酸和30mL的去离子水，控制温度100℃，超声分散30min，制得溶液b；

步骤S14、将溶液b滴入分散液a中，控制反应温度80℃，转速500r/min搅拌40min，静置12h，然后抽滤，滤渣依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，直至洗涤液为中性，在温度200℃条件下烘干8h，即得二氧化硅纳米微球。

所述改性蒙脱土的制备方法为：

将5重量份的钠基蒙脱土加入100重量份的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，且无水乙醇与去离子水的体积比为1:3，在温度80℃下，转速800r/min搅拌50min，得到分散均匀的蒙脱土悬浮液，用浓度1mol/L的盐酸溶液调节体系pH＝5，然后滴加30重量份的KH570，保持温度不变，转速300r/min搅拌6h，然后抽滤，滤渣用去离子水洗涤多次，直至洗涤液为中性，然后70℃下真空干燥12h，即得改性蒙脱土。

所述抗菌剂为吡啶硫酮锌和纳米氧化锌组成的混合物，且吡啶硫酮锌和纳米氧化锌的质量比为1:3。

对比例1

将实施例1原料中水性羟基丙烯酸乳液去掉，其余原料及其制备过程不变。

对比例2

将实施例2原料中二氧化硅纳米微球去掉，其余原料及其制备过程均不变。

对比例3

将实施例3原料中紫外光吸收剂去掉，其余原料及其制备过程均不变。

对比例4

将实施3原料中改性蒙脱土去掉，其余原料及其制备过程均不变。

对比例5

本对比例为市场中常见的一种水性聚氨酯涂料。

性能测试：将薄钢板(50mm×120mm×0.5mm)采用1000目细砂纸进行打磨处理；将实施例1-3和对比例1-5的聚氨酯涂料在湿度为80％条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪涂于薄钢板，流平2分钟后，在220℃烘箱烘烤20min，干膜厚度为25-40μm得到的涂膜，在经过养护7天后，进行测试，性能测试结果如下所示。其中色差值的检测方法是采用色差仪(6835/BYK Gardner)在23℃、50％RH条件下测试。

由上表可以看出，实施例1-3聚氨酯涂料的附着力、耐冲击性、耐高温性、耐沸水性、耐酸碱性和抗老化性能都优于对比例1-5，说明本发明制备的聚氨酯涂料更符合市场需求，具有很好的应用前景。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为1:1；

所述A组分包括以下重量份的原料：50-60份水性羟基丙烯酸乳液、4-6份助溶剂、0.3-0.4份消泡剂、0.5-1份紫外光吸收剂、10-15份二氧化硅纳米微球、5-13份去离子水、1-2份改性蒙脱土和0.5-1份复合抗菌剂；

所述B组分包括以下重量份的原料：7-14份异氰酸酯类固化剂和3-6份丙二醇二乙酸酯；

该水性聚氨酯涂料的制备方法具体包括如下步骤:

第一步、将60％去离子水、20％助溶剂、消泡剂、紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球、改性蒙脱土和复合抗菌剂加入到搅拌罐中，在室温条件下，转速600-800r/min下搅拌20-40min，得混合料，将混合料转移至球磨机内进行球磨，研磨细度≤20μm，得前期浆料；

第二步、将水性羟基丙烯酸乳液、剩余去离子水和剩余助溶剂依次加入调漆罐中，室温条件下，转速300-600r/min搅拌10-20min，备用；

第三步、将第一步制备的前期浆料加入调漆罐中，将转速调整至500-800r/min，搅拌30-40min；

第四步、向调漆罐中加入增稠剂，保持第三步中的转速不变，搅拌30-40min，得到A组分；

第五步、将异氰酸酯类固化剂和丙二醇二乙酸酯加入混合罐中，转速200-300r/min搅拌30-60min，得到B组分。

2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述异氰酸酯类固化剂为脂肪族多异氰酸酯，温度为25℃下粘度为100-300mPa.s。

3.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸乳液的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤S1、准备如下重量份的原料：3-5份过硫酸胺、20-30份去离子水、3-8份甲基丙烯酸羟乙酯、2-5份苯乙烯、5-10份丙烯酸丁酯、5-10份甲基丙烯酸甲酯、10-15份丙烯酸、2-4份碳酸氢钠和2-6份十二烷基二苯醚二磺酸钠；

步骤S2、将过硫酸铵加入30％去离子水中，使过硫酸铵完全溶解，得到过硫酸铵溶液；

步骤S3、将甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、50％去离子水和十二烷基二苯醚二磺酸钠加入烧杯中，磁力搅拌30-50min，得到预乳化单体；

步骤S4、在装有搅拌棒、冷凝管、温度计和蠕动泵的四口烧瓶加入碳酸氢钠和20％去离子水，控制温度为80-90℃，向四口烧瓶中加入1/3过硫酸铵溶液和1/10预乳化单体，得到种子乳液；

步骤S5、将剩余的预乳化单体和过硫酸铵溶液在3h内滴加至种子乳液中，滴加完毕后，在温度80℃下保温反应30-50min，然后冷却至室温，用氨水调节pH值为7-8，即得水性羟基丙烯酸乳液。

4.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述助溶剂为丙二醇丁醚，所述消泡剂为聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷任意比例混合的混合物，所述紫外光吸收剂为受阻胺型光稳定剂AQ4。

5.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述二氧化硅纳米微球的制备方法包括以下步骤：

步骤S11、向100mL三口烧瓶中依次加入10mL蒸馏水、30mL无水乙醇和4mL质量百分比浓度40％的氨水，转速50-100r/min条件下，搅拌10-15min，然后向三口烧瓶内加入2.5mL正硅酸乙酯，在室温条件下，转速100-200r/min搅拌3-5h，经离心分离后得到二氧化硅微球，依次用蒸馏水和无水乙醇进行超声漂洗至离心上清液为中性，然后过滤，在温度120-150℃条件下干燥12-24h，得微球白色固体；

步骤S12、将步骤S11得到的微球白色固体研磨至粒度≤80μm，称取0.6g研磨过的微球白色固体放入至100mL的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入27mL无水乙醇和3mL蒸馏水，超声处理10-20min，制得分散液a；

步骤S13、向50mL烧杯中加入5-10g的L-谷氨酸和20-30mL的去离子水，控制温度80-100℃，超声分散15-30min，制得溶液b；

步骤S14、将溶液b滴入分散液a中，控制反应温度70-80℃，转速300-500r/min搅拌20-40min，静置10-12h，然后抽滤，滤渣依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，直至洗涤液为中性，在温度150-200℃条件下烘干5-8h，即得二氧化硅纳米微球。

6.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性蒙脱土的制备方法为：

将3-5重量份的钠基蒙脱土加入100重量份的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，且无水乙醇与去离子水的体积比为1:3，在温度70-80℃下，转速500-800r/min搅拌30-50min，得到分散均匀的蒙脱土悬浮液，用浓度1mol/L的盐酸溶液调节体系pH＝3-5，然后滴加20-30重量份的KH570，保持温度不变，转速200-300r/min搅拌4-6h，然后抽滤，滤渣用去离子水洗涤多次，直至洗涤液为中性，然后60-70℃下真空干燥10-12h，即得改性蒙脱土。

7.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述抗菌剂为吡啶硫酮锌和纳米氧化锌组成的混合物，且吡啶硫酮锌和纳米氧化锌的质量比为1:1-3。

8.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:

第一步、将60％去离子水、20％助溶剂、消泡剂、紫外光吸收剂、二氧化硅纳米微球、改性蒙脱土和复合抗菌剂加入到搅拌罐中，在室温条件下，转速600-800r/min下搅拌20-40min，得混合料，将混合料转移至球磨机内进行球磨，研磨细度≤20μm，得前期浆料；

第二步、将水性羟基丙烯酸乳液、剩余去离子水和剩余助溶剂依次加入调漆罐中，室温条件下，转速300-600r/min搅拌10-20min，备用；

第三步、将第一步制备的前期浆料加入调漆罐中，将转速调整至500-800r/min，搅拌30-40min；

第四步、向调漆罐中加入增稠剂，保持第三步中的转速不变，搅拌30-40min，得到A组分；

第五步、将异氰酸酯类固化剂和丙二醇二乙酸酯加入混合罐中，转速200-300r/min搅拌30-60min，得到B组分。