CN117986955A - 一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法，该水性双组分聚氨酯面漆的制备方法通过在成膜过程中形成自粗糙表面来制备低光泽涂层。水性聚氨酯‑丙烯酸所形成的漆膜的低光泽效果是由乳液本身产生的，另外，通过改变丙烯酸单体的硬/软单体的重量比，可以微调膜表面的粗糙度，从而可以满足不同光泽涂料的要求。所得水性聚氨酯‑丙烯酸乳液可提供具有良好硬度、良好粘附强度，在低光泽水性涂料的应用中显示出巨大优势。之后通过调节自消光水性聚氨酯‑丙烯酸乳液，与高光水性羟基丙烯酸树脂比例，制备具有光泽稳定性高、高装饰性，且综合性能优异的水性半光内饰面漆，以解决现有半光内饰面漆的光泽稳定性差、流平差的问题。

Description

一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料领域，具体涉及一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法。

背景技术

随着环保要求的日益提高和涂料水性化技术的进步，水性轨道交通涂料替代相应的溶剂型涂料，已日益成为涂料研究人员与涂装施工人员刻不容缓的重要课题。轨道交通车辆内饰底材主要为玻璃钢复合材料，涂装配套一般为环氧底漆和聚氨酯面漆。车辆内饰涂层中，湿碰湿2道底漆涂层的干膜总厚度为60～80μm，湿碰湿2道面漆涂层的干膜总厚度为40～60μm。作为车辆内饰涂层的外表面涂层，面漆既需具备优异的阻燃性、环保性，又务必赋予突出的耐划伤性与耐磨性；哑光砂纹质感，是当前最为通用的面漆漆膜效果，其中丙烯酸聚氨酯半光面漆、氟碳聚氨酯半光面漆是其中的难点且用量非常大。由于聚氨酯半光漆对光泽的特殊要求，干膜60°光泽主要在40～60之间，且往往要求控制在10～20单位值范围以内，研发难度较大，市场上大多数厂家的丙烯酸聚氨酯半光面漆的光泽均不太稳定。此类产品主要应用在动车、高铁列车、城轨列车、地铁列车电气柜及车内其他部件中，主要起装饰和防护作用。丙烯酸聚氨酯半光面漆一直是涂料中较难开发的一种产品，采用消光粉消光的丙烯酸聚氨酯面漆其光泽很不稳定；采用填料消光的溶剂型丙烯酸聚氨酯涂料由于PVC值太高而使得漆膜变脆，导致力学性能下降、耐候性能变差等多种严重后果。

有几种方法可以制备低光泽涂层。使用粉末磨料或砂纸对涂层表面进行后处理是获得低光泽表面的最古老方法。这种方法耗时且不方便。在过去十年中，低光泽通常是通过在涂料配方中添加大量颜料、填料或两者来粗化，从而降低表面光泽。含硅化合物和聚合物，如二氧化硅、硅酸盐、硅烷和经蜡处理的二氧化硅被广泛使用。硅藻土、粘土、沸石等填料也会降低涂料的光泽。添加这些额外的添加剂后，添加剂和散装树脂之间的不相容性很容易导致涂层表面出现脆性、粉末状或多种子外观。

而当前市场上供应的轨道交通内饰用水性聚氨酯面漆，普遍存在着因涂料细度不稳定引起漆膜表面存在粗糙颗粒，因漆膜光泽不稳定导致漆膜整体或局部位置的光泽偏高或偏低，因漆膜砂纹质感不稳定带来漆膜手感与外观纹理不达标，以及漆膜干燥速度、流平效果与消泡效果等性能随季节温度而波动等问题。现有市场上供应的带有阻燃功能的轨道交通水性聚氨酯面漆，普遍存在光泽不稳定、表面存在粗糙颗粒、表面气泡难以彻底消除、漆膜耐划伤性较差、耐磨性有待提高等问题，严重制约了轨道交通车辆内饰用涂料水性化的进程。为了获得低光泽的漆膜效果，必须对粗糙的表面进行处理，以某种方式产生的。常见的水性分散聚合物乳液成膜后表面平整，光泽高，因此由水性聚合物乳液制备表面粗糙的低光泽薄膜是一项非常具有挑战性的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法，通过改变丙烯酸单体的硬/软单体的重量比，可以微调膜表面的粗糙度。制备一种自消光乳液，与高光羟基丙烯酸树脂比例，制备具有光泽稳定性高、高装饰性，且综合性能优异的水性半光内饰面漆。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，包括水性聚氨酯-丙烯酸乳液和水性聚氨酯内饰面漆，所述水性聚氨酯-丙烯酸乳液由合成的水性聚氨酯(WPU)与丙烯酸单体(AC)共聚，制成涂料；所述水性聚氨酯内饰面漆包括基漆(A组分)和固化剂(B组分)，基漆为水性聚氨酯内饰面漆，固化剂为水性聚氨酯面漆固化剂，将基漆与固化剂按照–NCO和–OH物质的量比质量比进行配比混合制成水性双组分聚氨酯面漆。

作为本发明的进一步方案，所述水性聚氨酯乳液(WPU)包括以下组分：

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，作为反应基团，用于延长聚氨酯链段长度；

聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)，作为软段形成的聚醚多元醇，用于增强聚氨酯链柔韧性；

二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，作为催化剂，用于加速异氰酸酯和多元醇之间的聚合反应；

2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)，作为水性聚氨酯中的内含水分散剂，用于提供羧酸基团以增强水分散性；

丙烯酸羟丙酯(HPA)，作为端羟基单体，与异氰酸酯反应，提供交联点和羟基团，用于后续的中和反应；

三乙胺(TEA)，作为中和剂，用于中和DMPA的羧酸基团，形成可在水中分散的盐；

去离子水，作为分散介质，用于将反应产物转化为乳液形式；

氮气，用于提供惰性气氛，防止原料和产品因接触空气中的湿气或氧气而降解。

作为本发明的进一步方案，所述水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)包括制备的水性聚氨酯乳液(WPU)组分，水性聚氨酯乳液(WPU)作为基础乳液，通过进一步的共聚合引入丙烯酸单体，提高聚合物的性能；所述水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)还包括：

乳化剂，用于帮助丙烯酸单体在水基环境中形成稳定的乳液，以便于进一步的聚合反应；

去离子水，作为反应介质和稀释剂，用于调整乳液的浓度；

丙烯酸单体，用于赋予聚合物链柔韧性、低温性能、硬度和耐化学性；

过硫酸钾(KPS)，作为引发剂，开始自由基聚合反应，催化丙烯酸单体的聚合；

氮气，用于维持惰性气氛，防止由于氧气的存在而导致的聚合反应不受控或反应物的氧化。

作为本发明的进一步方案，丙烯酸单体包括：

软段单体，软段单体为2-乙基己基丙烯酸(2-EHA)或丁基丙烯酸(BA)，用于赋予聚合物链柔韧性和低温性能。

硬段单体，硬段单体为苯乙烯(ST)或甲基丙烯酸甲酯(MMA)，用于提供硬度和耐化学性。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯内饰面漆(A组分)，包括以下组分：

水性聚氨酯乳液(WPUA3、万华2025、万华2035、湛新6515、万华2702、万华2042)，作为成膜物质，是涂料的基础，为涂层提供基本的成膜性能。

二甲基乙醇胺(DMEA)，用作中和剂，帮助乳化和稳定乳液。

乙二醇丁醚(BCS)，作为溶剂，帮助其他成分混合，调节涂料成膜过程中的干燥速度。

二丙二醇甲醚(DPM)，作为溶剂，帮助其他成分混合均匀，并调整涂料的干燥速率。

二丙二醇丁醚，作为成膜助剂，降低成膜温度，提升成膜物质的成膜性，帮助形成均匀涂层。

润湿剂，降低涂料体系表面张力，改善涂料对底材的润湿性。

消泡剂，减少或消除涂料制备或喷涂混合过程中产生的气泡。

流平剂，提升漆膜的流平性，用来改善涂层表面的光滑性和均匀性。

钛白浆，提供遮盖力，是涂料中的主要颜料。

增稠剂R299，用来调整涂料的粘度，确保涂料储存过程中的稳定性。

去离子水，作为溶剂，调节涂料的粘度。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯面漆固化剂(B组分)，包括以下质量分数的组分：

丙二醇二醋酸酯(PGDA)：29.5％

脱水剂(TI):0.5％

拜耳XP 2655(异氰酸酯固化剂)：70％。

第二方面，本发明还提供了一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆的制备方法，包括水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备以及水性聚氨酯内饰面漆的制备，其中，水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备包括水性聚氨酯乳液(WPU)的制备、水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备以及涂料的制备；水性聚氨酯内饰面漆的制备包括水性聚氨酯内饰面漆(A组分)的制备以及水性聚氨酯面漆固化剂(B组分)的制备。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯乳液(WPU)的制备，包括以下步骤：

步骤1.在一个500ml的四口圆底烧瓶中，配备机械搅拌器、温度计、带干燥管的冷凝器，并在氮气氛围下操作。

步骤2.向烧瓶中加入100mmol的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和40mmol的聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)。

步骤3.加入0.05wt％的二月桂酸二丁基锡(DBTDL)作为催化剂。

步骤4.将温度设定至60℃，在150r/min的搅拌速度下反应2小时。

步骤5.温度提升至75℃，加入19.4mmol的2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和一定量的DBTDL，继续反应3小时。

步骤6.降温至65℃，加入92.3mmol的丙烯酸羟丙酯(HPA)，继续反应2小时。

步骤7.进一步降温至45℃，加入19.4mmol的三乙胺(TEA)，搅拌30分钟，进行羧基的中和反应。

步骤8.加入适量去离子水，持续搅拌1小时，冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液(WPU)。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备，包括以下步骤：

步骤1.在一个500ml的四口圆底烧瓶中，同样配备机械搅拌器、温度计、冷凝器，并在氮气氛围下操作。

步骤2.按化学计量比，加入WPU分散液、乳化剂和一定量的去离子水。

步骤3.将烧瓶加热至45℃，在150r/min的搅拌速度下搅拌30分钟。

步骤4.添加不同重量比的软段(2-EHA:BA＝1:2)和硬段(ST:MMA＝0.35:0.65)的丙烯酸单体。

步骤5.升温至75℃，将溶解了过硫酸钾(KPS)的去离子水缓慢滴加到烧瓶中，持续2.5小时。

步骤6.在75℃下继续反应1小时，得到WPUA乳液。

作为本发明的进一步方案，涂料的制备，包括以下步骤：

步骤1.将WPU和WPUA乳液在搅拌下依次加入二丙二醇丁醚(DPNB)、润湿剂、消泡剂、防闪锈剂FA179、钛白浆和增稠剂R299等。

步骤2.搅拌均匀，确保所有成分充分混合。

步骤3.使用150mm的线棒，通过刮涂的方式在玻璃板上制备漆膜。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯内饰面漆由两个基漆(A组分)和固化剂(B组分)组分构成，其中，水性聚氨酯内饰面漆(A组分)的制备，包括以下步骤：

步骤1.按照指定配方，准确称量两种乳液，并将其加入到分散容器中。

步骤2.将分散容器固定在高速分散机上，在500r/min转速下依次加入二甲基乙醇胺(DMEA)、乙二醇丁醚(BCS)、二丙二醇甲醚(DPM)和二丙二醇丁醚(DPNB)，分散10-20分钟。

步骤3.接着依次加入润湿剂、消泡剂、流平剂和钛白浆，继续分散10-20分钟。

步骤4.通过加入增稠剂和去离子水调整涂料的粘度至70～80KU(斯托默粘度计单位)。

步骤5.使150目的滤布过滤制得的液体，然后包装，即得到水性聚氨酯内饰面漆的A组分。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯面漆固化剂(B组分)的制备，包括以下步骤：

步骤1.确保操作环境洁净，湿度控制在40％以下。

步骤2.向容器中加入丙二醇二丙酸酯(PGDA)和脱水剂(TI)。

步骤3.接着向容器中加入异氰酸酯固化剂，充分搅拌使其均匀。

步骤4.使用300目的滤布过滤制得的液体，然后包装，即得到水性聚氨酯面漆的B组分。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯内饰面漆制备时，还包括配比混合和施工，步骤为：

步骤1.将A组分(主漆)与B组分(固化剂)按照一定的--NCO和--OH摩尔当量比进行配比混合，可以手工或机械搅拌均匀。

步骤2.加入去离子水，稀释至可施工粘度(25-30秒，用涂-4粘度杯测量)。

步骤3.静置5分钟后，即可开始涂装施工。

作为本发明的进一步方案，水性聚氨酯内饰面漆喷涂前的基材处理，包括：使用320目砂纸对碳钢板基材进行打磨处理；用高压空气吹扫和干净的抹布擦拭，确保基材表面无灰尘、油污等。

水性聚氨酯内饰面漆喷涂和干燥时，包括：

1.在表面处理干净的碳钢板基材上，按照湿碰湿工艺进行2遍喷涂。

2.喷涂环境的常温应控制在20～30℃。

3.喷完两道面漆后，在常温下干燥10分钟。

4.然后将涂装过的物品置入恒温为(60±2)℃的烘房中，烘烤60～90分钟，以确保固化。

5.最终，确保干膜总厚度达到40～60微米。

与现有技术相比，本发明的种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法具有以下有益效果：

本发明的一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法，通过在成膜过程中形成粗糙表面来制备低光泽涂层。WPUA膜的低光泽效果是由乳液本身产生的，另外，通过改变丙烯酸单体的硬/软单体的重量比，可以微调膜表面的粗糙度，从而可以满足不同光泽涂料的要求。总体而言，所得WPUA乳液可提供具有良好硬度、良好粘附强度，在低光泽水性涂料的应用中显示出巨大优势。之后通过调节自消光水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)乳液，与高光羟基丙烯酸树脂比例，制备具有光泽稳定性高、高装饰性，且综合性能优异的水性半光内饰面漆，以解决现有半光内饰面漆的光泽稳定性差、流平差的问题。

本发明制备时通过在水性聚氨酯结构中引入丙烯酸软段和硬段，使得成膜过程中形成粗糙表面来制备低光泽涂层，之后将所制备的低光泽的水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)乳液，与高光羟基丙烯酸树脂进行复配实验制备双组分内饰用聚氨酯面漆。该方法制备简单，制备得到的半光面漆的光泽稳定性好，对应的漆膜的装饰性好、综合性能优异。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

本发明提出了一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法，基于水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)乳液的直接方法，通过在成膜过程中形成自粗糙表面来制备低光泽涂层。水性聚氨酯-丙烯酸酯膜的低光泽效果是由乳液本身产生的，另外，通过改变丙烯酸单体的硬/软单体的重量比，可以微调膜表面的粗糙度，从而可以满足不同光泽涂料的要求。总体而言，所得水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液可提供具有良好硬度、良好粘附强度，在低光泽水性涂料的应用中显示出巨大优势。之后通过调节自消光水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液，与高光羟基丙烯酸树脂比例，制备具有光泽稳定性高、高装饰性，且综合性能优异的水性半光内饰面漆，以解决现有半光内饰面漆的光泽稳定性差、流平差的问题。

实施例1

本发明的实施例提供了一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，包括水性聚氨酯-丙烯酸乳液和水性聚氨酯内饰面漆，所述水性聚氨酯-丙烯酸乳液由合成的水性聚氨酯(WPU)与丙烯酸单体(AC)共聚，制成涂料；所述水性聚氨酯内饰面漆包括基漆(A组分)和固化剂(B组分)，基漆为水性聚氨酯内饰面漆，固化剂为水性聚氨酯面漆固化剂，将基漆与固化剂按照–NCO和–OH物质的量比质量比进行配比混合制成水性双组分聚氨酯面漆。

本发明的实施例还提供了该轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆的制备方法，包括水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备以及水性聚氨酯内饰面漆的制备，其中，水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备包括水性聚氨酯乳液(WPU)的制备、水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备以及涂料的制备；水性聚氨酯内饰面漆的制备包括水性聚氨酯内饰面漆(A组分)的制备以及水性聚氨酯面漆固化剂(B组分)的制备。

其中，水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备时，水性聚氨酯乳液(WPU)的制备过程如下：

水性聚氨酯分散体(WPU)的制备容器为装有机械搅拌器、温度计、带干燥管的冷凝器，以及高纯氮气保护的500ml的四口圆底烧瓶。首先将100mmol异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和40mmol聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)，然后按照总质量的0.05wt％，烧瓶中加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，升温至60℃，并在150r/min的恒定搅拌速度下反应2h。之后将温度快速升高至75℃，将19.4mmol 2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和DBTDL(基于DMPA质量的0.05wt％)加入至烧瓶中，然后继续反应3h。然后，将反应温度降至65℃，再向烧瓶中加入92.3mmol丙烯酸羟丙酯(HPA)，反应继续进行2h。随后将反应温度降至45℃，在150r/min的搅拌速度条件下，向烧瓶中加入19.4mmol三乙胺(TEA)，搅拌30min用以中和DMPA分子链上的羧基基团。最后，向反应体系中加入适量去离子水，在搅拌速度为150r/min条件下搅拌1h，最后冷却至室温，成功制备出水性聚氨酯乳液(WPU)。

其中，水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)的制备，包括以下步骤：

容器为装有机械搅拌器、温度计、冷凝器，以及高纯氮气保护的500ml的四口圆底烧瓶，按照化学计量比，向烧瓶中加入上述WPU分散液、乳化剂和一定量的去离子水。首先将烧瓶加热至45℃，并在150r/min的搅拌速度下，搅拌30min，以均匀分散上述反应物。随后，将具有不同重量比的软段结构(其中wt％2-EHA:wt％BA＝1:2)和硬段结构(其中wt％ST:wt％MMA＝0.35:0.65)的丙烯酸单体(AC)添加到反应器中，随即将反应温度升高至75℃。将引发剂过硫酸钾(KPS)溶解在一定量去离子水中,然后通过滴加的方式，在2.5h内缓慢加入到的烧瓶中，然后在75℃的温度下继续反应1h，得到一系列WPUA乳液，详细的WPUA系列乳液的实验方案如表1中所示。

表1 WPUA系列乳液的实验方案

其中，涂料的制备，包括以下步骤：

将所制备的WPU和WPUA乳液，在搅拌下依次加入二丙二醇丁醚(DPNB)、润湿剂、消泡剂、防闪锈剂FA179、钛白浆和增稠剂R299等，搅拌均匀即可，采用150mm线棒，通过刮涂的方式在玻璃板上制备漆膜，WPU乳液和WPUA系列乳液所对应的涂料的基本配方如表2所示。

表2 WPU和WPUA乳液所制备的涂料基本配方

针对上述WPU/WPUA乳液所制备的涂料的性能分析，性能分析结果如下表3：

表3 WPU和WPUA系列乳液所制备的涂料的基本性能

检测项目

配方1

配方2

配方3

配方4

配方5

配方6

漆膜外观

平整光滑

平整光滑

平整光滑

平整光滑

平整光滑

不成膜

表干时间

40min

30min

28min

25min

20min

—

实干时间

20h

12h

10h

8h

6h

—

光泽(60°)

76

43

18

6

3

—

铅笔硬度

5B

4B

3B

2B

B

—

弯曲性能

1mm

1mm

1mm

1mm

2mm

—

通过表干时间和实干时间的结果，可以看出，由于丙烯酸单体的引入，表干时间和实干时间明显缩短，此外随着硬段/软段质量比的增加，表干时间和实干时间呈下降趋势，说明丙烯酸单体引入到WPU结构中后，使得漆膜的干燥速度得到明显提高。

通过对于光泽和硬度结果的分析，对于未引入任何丙烯酸单体的WPU乳液所制备的漆膜的光泽度偏高，60°的光泽数值为76，当结构中引入丙烯酸单体之后，漆膜的光泽度明显降低，而且随着丙烯酸单体硬/软单体重量比的增加，光泽度下降越明显，其原因在于水性聚氨酯组分和聚丙烯酸酯组分之间存在聚合物相分离行为，WPUA膜由于相分离的存在，使得微观粗糙度的存在，从而实现乳液自消光的目的，随着丙烯酸单体硬/软单体重量比的增加，粗糙度也增大，表现在光泽(60°)数据的结果就是光泽度降低。此外，未引入丙烯酸单体之前，漆膜硬度仅为5B，硬度偏软，引入丙烯酸单体之后，漆膜硬度提升，随着丙烯酸单体硬/软单体重量比的增加，硬度提升越明显，主要归结于带有刚性结构的硬段单体的比例的增加对于硬度的提升起到了促进的作用，但是刚性结构的增加势必会导致漆膜的柔韧性降低。

通过对于所制备的WPU和WPUA系列乳液所制备的涂料的基本性能的测试分析，丙烯酸单体的引入，使得漆膜的光泽度降低，实现自消光的目的，此外丙烯酸单体硬/软单体重量比在一定范围内，可以实现低光泽、硬度和柔韧性的平衡(也就是配方4对应的WPUA3乳液)。

在该轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆的制备方法中，水性聚氨酯内饰面漆的制备中，水性聚氨酯内饰面漆(A组分)的制备，包括以下步骤：

按照表4中基础配方所示，首先准确称量两种乳液，并将其加入到分散容器中，将分散容器固定在高速分散机上，在500r/min转速下依次加入DMEA、BCS、DPM和DPNB，分散10-20min，然后依次加入润湿剂、消泡剂、流平剂和钛白浆，继续分散10-20min，之后通过加入增稠剂和去离子水调整粘度到70～80KU之间，用200目滤布过滤包装即得双组分丙烯酸聚氨酯面漆的A组分。

表4水性聚氨酯内饰面漆基础配方

其中，水性聚氨酯面漆固化剂(B组分)的制备，包括以下步骤：

水性聚氨酯面漆固化剂配方如表5中所示，水性丙烯酸聚氨酯涂料B组分的制备要求在洁净、湿度≤40％的环境下进行操作，先向容器加入PGDA和TI，之后再向容器中加入异氰酸酯固化剂，充分搅拌均匀，用300目滤布过滤包装即得水性丙烯酸聚氨酯涂料B组分。

将A组分(主漆)与B组分(固化剂)按照一定的—NCO和—OH摩尔当量比，进行配比混合，手工或机械搅拌均匀。加入去离子水，稀释至可施工黏度(25-30s，涂-4黏度杯)。静置15min后，进入涂装施工工序。

喷涂前，先用320目砂纸对碳钢板基材进行打磨处理，再以高压风吹扫、以干净抹布擦拭，确保喷涂前基材表面无灰尘、油污等。在表面处理干净的碳钢板基材上，按照湿碰湿工艺进行2遍喷涂，涂装防护的环境常温为20～30℃。喷完2道面漆之后，常温条件下干燥10min。然后进入温度为(60±2)℃的恒温房，烘烤60～90min。2遍面漆的干膜总厚度为40～60μm。

表5水性聚氨酯面漆固化剂配方

原材料名称	丙二醇二醋酸酯(PGDA)	脱水剂(TI)	拜耳XP 2655
				质量分数(wt％)	29.5	0.5	70

针对水性聚氨酯内饰面漆性能分析，分析过程如下：

为了制备水性聚氨酯内饰面漆，我们首先合成了一款低光泽的水性聚氨酯-丙烯酸乳液(WPUA)，然后将其与高光泽的水性羟基丙烯酸乳液进行复配，搭配水性聚氨酯固化剂，从而得到相应的内饰面漆产品。首先我们选择市面上常见的5款不同羟基含量的水性羟基丙烯酸乳液，即水性羟基丙烯酸分散体1-水性羟基丙烯酸分散体5，依次对应的羟基含量为2.0％、3.0％、3.3％、3.9％和4.2％。

参照表6中水性聚氨酯面漆基础配方的配方A-配方E等5个配方进行实验，制备得到对应的水性聚氨酯面漆(A组分)，搭配固化剂1(B组分)进行性能测试，其中-OH和-NCO的摩尔当量比按照1:1.5计算固化剂配比用量，如表中所示为配方A-配方E所对应的漆膜的基本性能，对于附着力、弯曲性能、冲击性能、光泽度等常规性能，配方A-配方E均可满足相应性能指标要求，然而对于其它性能指标仍有差异性，如铅笔硬度、耐磨性、耐水性和耐老化性。

配方A-配方E均采用自制的WPUA3乳液与水性羟基丙烯酸乳液复配进行实验(树脂的份数比为30/30),对应的水性羟基丙烯酸乳液的羟基含量依次增高，分别对应的羟基含量为2.0％、3.0％、3.3％、3.9％和4.2％。从表6中可以看出随着复配水性羟基丙烯酸乳液羟基含量的提升，对应漆膜的硬度和40℃耐水性随之提升，这主要归结于羟基含量提升。使得漆膜整体的交联密度提升，致密性提高，因此漆膜硬度和耐水性也随着提升。

通过耐磨性的数据可以看出，随着复配水性羟基丙烯酸乳液的羟基含量的提高，漆膜的耐磨性得到提升(耐磨性数值越小，表示耐磨性越优异),这主要也是归结于漆膜交联密度和致密性提升。其次通过耐老化等级结果可以看出，配方A最差，配方B次之，配方C-配方E的耐老化性能相同(耐老化等级越低，耐老化性越好)，耐老化性能的差异主要取决于不同的水性羟基丙烯酸乳液自身的分子结构。

通过热储前后光泽数值的变化，可以看出热储前配方A-配方E的面漆所对应漆膜的60°角光泽都在50左右，上下相差也就1-3个数值，而经过50℃热储30天后，配方A-配方E的面漆所对应漆膜的光泽虽然出现一定变化，但是整体变化不大，变化值保持在5以内，光泽依然在半光范围内(50±5/60°)，说明采用低光泽乳液WPUA3和水性羟基丙烯酸乳液复配所制备的半光面漆的光泽稳定好。通过分析可以发现，随着复配水性羟基丙烯酸乳液的羟基含量的提升，漆膜的整体综合性能提升，但是与之相对应的固化剂的用量也增大，成本也随之提升，考虑实际应用中的性能要求和性价比，故而选择万华2702与WPUA3乳液复配为最佳选择，也就是所对应的配方D，即最优方案。

表6配方A-配方E所对应的漆膜的基本性能

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本发明提出的一种基于水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)乳液的制备方法，通过在水性聚氨酯结构中引入丙烯酸软段和硬段，使得成膜过程中形成粗糙表面来制备低光泽涂层，之后将所制备的低光泽的水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)乳液，与高光羟基丙烯酸树脂进行复配实验制备双组分内饰用聚氨酯面漆。该方法制备简单，制备得到的半光面漆的光泽稳定性好，对应的漆膜的装饰性好、综合性能优异。

其中，需要说明的是，本发明中原材料名称、规格及生产厂家如下表7：

表7原材料名称、规格及生产厂家

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本发明中所涉及的测试标准如下：

涂膜颜色和外观按照GB/T 9761—2008检测；细度按照GB/T 6753.1—2007测试；干燥时间按照GB/T 1728—1979测试；光泽按照GB/T 9754—2007测试；弯曲性能(圆柱轴)按照GB/T 1748—1979测试；附着力按照GB/T 9286—1998测试；铅笔硬度按照GB/T 6739—2006测试；耐水性按照GB/T 1733漆膜耐水性测定法；丁酮擦拭试验按照ASTM D 5402—2019美国材料于试验标准测试；耐人工气候加速老化试验按照GB/T 14522机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯，试验至规定时间后，按GB/T1766—2008中装饰性漆膜综合老化性能等级的评定规定进行评价；耐磨性测试按照GB/T1768色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法测试按照TB/T 2393铁路机车车辆用面漆供货技术条件。

综上所述，本发明的一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法，通过在成膜过程中形成粗糙表面来制备低光泽涂层。WPUA膜的低光泽效果是由乳液本身产生的，另外，通过改变丙烯酸单体的硬/软单体的重量比，可以微调膜表面的粗糙度，从而可以满足不同光泽涂料的要求。总体而言，所得WPUA乳液可提供具有良好硬度、良好粘附强度，在低光泽水性涂料的应用中显示出巨大优势。之后通过调节自消光水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)乳液，与高光羟基丙烯酸树脂比例，制备具有光泽稳定性高、高装饰性，且综合性能优异的水性半光内饰面漆，以解决现有半光内饰面漆的光泽稳定性差、流平差的问题。

本发明制备时通过在水性聚氨酯结构中引入丙烯酸软段和硬段，使得成膜过程中形成粗糙表面来制备低光泽涂层，之后将所制备的低光泽的水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)乳液，与高光羟基丙烯酸树脂进行复配实验制备双组分内饰用聚氨酯面漆。该方法制备简单，制备得到的半光面漆的光泽稳定性好，对应的漆膜的装饰性好、综合性能优异。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，其特征在于，包括水性聚氨酯-丙烯酸乳液和水性聚氨酯内饰面漆，所述水性聚氨酯-丙烯酸乳液由合成的水性聚氨酯乳液与不同比例的软/硬丙烯酸单体共聚制得；所述水性聚氨酯内饰面漆包括基漆和固化剂，基漆为水性聚氨酯内饰面漆，通过将水性聚氨酯-丙烯酸乳液与高光水性羟基丙烯酸树脂进行物理复配得到；固化剂为水性聚氨酯面漆固化剂，将基漆与固化剂按照一定的–NCO和–OH摩尔当量比进行配比混合制成水性双组分聚氨酯面漆。

2.根据权利要求1所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液包括以下组分：

异佛尔酮二异氰酸酯，作为反应基团，用于延长聚氨酯链段长度；

聚四氢呋喃醚二醇，作为软段形成的聚醚多元醇，用于增强聚氨酯链柔韧性；

二月桂酸二丁基锡，作为催化剂，用于加速异氰酸酯和多元醇之间的聚合反应；

2,2-二羟甲基丙酸，作为水性聚氨酯中的内含水分散剂，用于提供羧酸基团以增强水分散性；

丙烯酸羟丙酯，作为端羟基单体，与异氰酸酯反应，提供交联点和羟基团；

三乙胺，作为中和剂，用于中和DMPA的羧酸基团，形成可在水中分散的盐；

去离子水，作为分散介质，用于将反应产物转化为乳液形式；

氮气，用于提供惰性气氛。

3.根据权利要求2所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，其特征在于，所述水性聚氨酯-丙烯酸乳液包括制备的水性聚氨酯乳液组分，将水性聚氨酯乳液作为基础乳液，通过进一步的共聚合引入丙烯酸单体，提高聚合物的性能；所述水性聚氨酯-丙烯酸乳液还包括：

乳化剂，用于帮助丙烯酸单体在水基环境中形成稳定的乳液，以便进行聚合反应；

去离子水，作为反应介质和稀释剂，用于调整乳液的粘度；

丙烯酸单体，用于赋予聚合物链柔韧性、低温性能、硬度和耐化学性；

过硫酸钾，作为引发剂，开始自由基聚合反应，催化丙烯酸单体的聚合；

氮气，用于维持惰性气氛，防止由于氧气的存在而导致的聚合反应不受控或反应物的氧化。

4.根据权利要求3所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，其特征在于，丙烯酸单体包括：

软段单体，软段单体为2-乙基己基丙烯酸或丁基丙烯酸；

硬段单体，硬段单体为苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯。

5.根据权利要求1所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，其特征在于，水性聚氨酯内饰面漆，包括以下组分：

水性聚氨酯乳液、二甲基乙醇胺、乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、润湿剂、消泡剂、流平剂、钛白浆、增稠剂以及去离子水。

6.根据权利要求5所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆，其特征在于，水性聚氨酯面漆固化剂，包括以下质量分数的组分：

丙二醇二醋酸酯：29.5％；

脱水剂：0.5％；

异氰酸酯固化剂：70％。

7.一种如权利要求1-6任一所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆的制备方法，其特征在于，包括水性聚氨酯-丙烯酸乳液的制备以及水性聚氨酯内饰面漆的制备，其中，水性聚氨酯-丙烯酸乳液的制备包括水性聚氨酯乳液的制备、水性聚氨酯-丙烯酸乳液的制备以及涂料的制备；水性聚氨酯内饰面漆的制备包括水性聚氨酯内饰面漆的制备以及水性聚氨酯面漆固化剂的制备。

8.根据权利要求7所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆的制备方法，其特征在于，水性聚氨酯-丙烯酸乳液的制备，包括以下步骤：

1)水性聚氨酯乳液的制备

在一个500ml的四口圆底烧瓶中，配备机械搅拌器、温度计、带干燥管的冷凝器，并在氮气氛围下操作；向烧瓶中加入100mmol的异佛尔酮二异氰酸酯和40mmol的聚四氢呋喃醚二醇；加入0.05wt％的二月桂酸二丁基锡作为催化剂；将温度设定至60℃，在150r/min的搅拌速度下反应2小时；温度提升至75℃，加入19.4mmol的2,2-二羟甲基丙酸和一定量的DBTDL，继续反应3小时；降温至65℃，加入92.3mmol的丙烯酸羟丙酯，继续反应2小时；进一步降温至45℃，加入19.4mmo l的三乙胺，搅拌30分钟，进行羧基的中和反应；加入适量去离子水，持续搅拌1小时，冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液；

2)水性聚氨酯-丙烯酸乳液的制备

在一个500ml的四口圆底烧瓶中，同样配备机械搅拌器、温度计、冷凝器，并在氮气氛围下操作；按化学计量比，加入水性聚氨酯分散液、乳化剂和一定量的去离子水；将烧瓶加热至45℃，在150r/min的搅拌速度下搅拌30分钟；添加不同重量比的软段和硬段的丙烯酸单体；升温至75℃，将溶解了过硫酸钾的去离子水缓慢滴加到烧瓶中，持续2.5小时；在75℃下继续反应1小时，得到水性聚氨酯-丙烯酸乳液；

3)涂料的制备

将水性聚氨酯乳液和水性聚氨酯-丙烯酸乳液在搅拌下依次加入二丙二醇丁醚、润湿剂、消泡剂、防闪锈剂、钛白浆和增稠剂；搅拌均匀；使用150mm的线棒，通过刮涂的方式在玻璃板上制备漆膜。

9.根据权利要求8所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆的制备方法，其特征在于，水性聚氨酯内饰面漆的制备，包括以下步骤：

1)水性聚氨酯内饰面漆的制备

按照指定配方，准确称量两种乳液，并将其加入到分散容器中；将分散容器固定在高速分散机上，在500r/min转速下依次加入二甲基乙醇胺、乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚，分散10-20分钟；接着依次加入润湿剂、消泡剂、流平剂和钛白浆，继续分散10-20分钟；通过加入增稠剂和去离子水调整涂料的粘度至70～80KU；使用150目的滤布过滤制得的液体，然后包装，即得到水性聚氨酯内饰面漆的A组分；

2)水性聚氨酯面漆固化剂的制备

确保操作环境洁净，湿度控制在40％以下；向容器中加入丙二醇二丙酸酯和三异氰酸酯；接着向容器中加入异氰酸酯固化剂，充分搅拌均匀；使用300目的滤布过滤制得的液体，然后包装，即得到水性聚氨酯面漆的B组分。

10.根据权利要求9所述的轨道交通内饰用水性双组分聚氨酯面漆的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

1)配比混合和施工

将A组分与B组分按照一定的--NCO和--OH摩尔当量比进行配比混合均匀，加入去离子水，稀释至可施工粘度，静置15分钟后，即可开始涂装施工；

2)基材处理

使用320目砂纸对碳钢板基材进行打磨处理；用高压空气吹扫和干净的抹布擦拭；

3)喷涂和干燥

在表面处理干净的碳钢板基材上，按照湿碰湿工艺进行2遍喷涂，喷涂环境的常温应控制在20～30℃，喷完两道面漆后，在常温下干燥10分钟，然后将涂装过的物品置入恒温为60±2℃的烘房中，烘烤60～90分钟，固化成膜，干膜总厚度达到40～60微米。