一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，以重量份数计，包括：有机硅改性聚氨酯乳液100‑200份；氟碳乳液40‑80份；纳米弹性体粒子20‑60份；硅烷偶联剂5‑20份；辅助成膜剂10‑20份；助剂5‑15份；水40‑100份。本发明专利技术还提供一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料的制备方法。本发明专利技术通过有机硅改性聚氨酯乳液、氟碳乳液和纳米弹性体粒子的三重效果，降低表面能的同时，在涂层表面构筑了粗糙的纳米结构，使涂料具备超疏水性能和抗污自清洁效果，同时，该引入的纳米弹性体粒子使得该超疏水涂层具备高耐磨的性能。

Highly abrasion resistant waterborne antifouling self-cleaning polyurethane paint and preparation method thereof

The invention relates to a high abrasion resistance water resistant self-cleaning polyurethane coatings, by weight, including: silicone modified polyurethane emulsion 100 200; 40 80 fluorocarbon emulsion; nano elastomer particles 20 60; silane coupling agent 5 20; 10 auxiliary film-forming agent 20 copies of 15 copies; 5 additives; 40 water 100. The invention also provides a preparation method of a high abrasion resistant waterborne antifouling self-cleaning polyurethane coating. Three effect of the invention by silicone modified polyurethane emulsion, emulsion and nano fluorocarbon elastomer particles, reduce the surface energy at the same time, the nano structure of rough structures on the surface of the coating, the coating with super hydrophobic properties and anti fouling self-cleaning effect, at the same time, the introduction of the elastomeric nano particle makes the super hydrophobic coating have the properties of high abrasion resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料及其制备方法
本专利技术涉及水性聚氨酯涂料领域，更具体地涉及一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有许多重复的氨基甲酸酯基团的一类聚合物，它是由异氰酸酯和含活泼氢的化合物(如醇、胺等)反应而成，具有很多优良的特性，如高弹性、耐磨性、耐低温性、耐溶剂性以及良好的电绝缘性等，因此具有十分广泛的用途。聚氨酯涂料具有优异的耐磨性、柔韧性、耐化学品性和其它的一些机械性能，因而被广泛地应用于各个领域。然而，随着各国环保意识和法规的增强，传统的溶剂型聚氨酯涂料体系中挥发性有机物(VOC)的排放受到了更多的限制，因此无毒无污染的水性聚氨酯涂料体系逐渐成为主要的发展方向。我国已有超半数以上的城市面临着中度以上的污染，常见的污染如油性烟雾、工业废气、汽车尾气、酸雨等，这些污染源给建筑物外墙带来不少的问题，而近几年愈发恶劣的雾霾天气更是加重了这种情况，这给建筑物外墙的日常清洁带来很大的难题。自清洁涂料的提出是始于德国波恩大学植物学教授研究发现荷叶表面的纳米微晶和微观粗糙的乳突结构，这种结构使得荷叶表面能够不被水浸湿，即使附着污染物颗粒也能被水流冲刷掉，从而具有自清洁效果。一直以来，科学家们都试图模仿荷叶的表面结构，来制造出一种能够实现耐沾污和自清洁功能的涂层，使污染物不易粘附在涂层的表面或即使附着后也会因为在表面粘附不牢，而很容易在雨水等外力作用下脱落，使漆膜保持洁净。超疏水外墙涂料涂覆在墙面上，由于涂层低的表面能和表面的微观粗糙结构，因此水和其它污染物很难在涂层表面附着，或者污染物一旦附着，也很容易地就被水流冲刷而携带走，留下干净清洁的涂层表面，于是涂层表面就具有了优良的自清洁效果。然而，超疏水涂层表面的微观粗糙结构十分精细，尺度比较小并且较脆弱，常常会因为外界的冲击或摩擦等机械作用而受到破坏，导致涂层丧失超疏水的性能，失去自清洁的效果，从而大大地限制了超疏水涂料的使用。现有技术中，公开号为CN104277696A的中国专利中，使用原料聚氨酯乳液、氟硅共聚物树脂乳液、水性二氧化硅溶胶、自清洁浆料等制备了一种高耐候自清洁防水涂料，但使用的二氧化硅粒子在涂层表面易脱落，超疏水涂层耐磨性不佳。因此，急需寻找简单有效的方法来提高超疏水涂层表面的耐磨性能。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料及其制备方法，通过有机硅改性聚氨酯乳液、氟碳乳液和纳米弹性体粒子的三重效果，降低表面能的同时，在涂层表面构筑了粗糙的纳米结构，从而具有超疏水性和抗污自清洁效果，同时，该引入的纳米弹性体粒子使得该超疏水涂层具备高耐磨的性能。本专利技术提供一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，以重量份数计，包括：有机硅改性聚氨酯乳液100-200份；氟碳乳液40-80份；纳米弹性体粒子20-60份；硅烷偶联剂5-20份；辅助成膜剂10-20份；助剂5-15份；水40-100份。所述有机硅改性聚氨酯乳液为有机硅改性脂肪族聚氨酯乳液。该聚氨酯由脂肪族异氰酸酯、聚合物多元醇和氨基硅氧烷反应而成，乳液粒子呈单峰分布，粒子的粒径小于100nm，应该理解，脂肪族异氰酸酯耐紫外线，不黄变，以其为原料合成的聚氨酯乳液可作为户外建筑物涂料，增加了涂料的耐候性。其中，所述脂肪族异氰酸酯是异佛尔酮二异氰酸酯、六甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。以异佛尔酮二异氰酸酯合成的聚氨酯性能优良，保光性好、涂膜柔韧性佳，所以本专利技术优选异佛尔酮二异氰酸酯。所述聚合物多元醇是聚己二酸己二醇酯二醇、聚丁二酸丁二醇酯二醇、聚丁二酸乙二醇酯二醇中的一种或多种。以聚己二酸己二醇酯二醇为原料合成的聚氨酯涂膜耐低温，柔韧性好，所以本专利技术优选聚己二酸己二醇酯二醇。所述氨基硅氧烷3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种，优选3-氨丙基三乙氧基硅烷。所述氟碳乳液为含氟丙烯酸酯乳液，乳液粒子呈单峰分布，粒子的粒径小于150nm。当粒子的粒径大于150nm时，与有机硅改性聚氨酯乳液混合时易分层，乳液稳定性不好，优选，100nm～150nm。应该理解，该氟碳乳液使得形成的涂层具有低的表面能，是使涂层具备超疏水性能的条件之一。所述纳米弹性体粒子是一种纳米级核壳结构，外壳为弹性体材料，内核为无机纳米粒子，平均粒径小于100nm。所述弹性体材料是天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶中的一种或多种。丁腈橡胶极性大，以此为纳米弹性体粒子的外壳，能与极性的聚氨酯基底形成良好的物理交联，易附着在涂层表面，不易脱落，所以本专利技术优选丁腈橡胶。所述无机纳米粒子是碳化硅、二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙中的一种或多种。碳化硅硬度高、强度大、耐磨性佳，所以本专利技术优选碳化硅。所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。氨丙基三乙氧基硅烷偶联效果好，成本低、效率高，所以本专利技术优选氨丙基三乙氧基硅烷。所述辅助成膜剂为十二碳醇酯、己二酸二异丁酯、戊二酸二异丁酯、丙二醇苯醚中的一种或多种。十二碳醇酯可赋予漆膜更好的耐候性、耐擦洗性、光泽及展色性等漆膜性能，且用量少，效率高，所以本专利技术优选十二碳醇酯。应该理解，该辅助成膜剂为高聚物树脂的成膜助剂，有助于涂料内成膜物质的快速成膜，且成膜光滑平整。所述助剂中的分散剂起到润湿和稳定的作用，降低表面张力，使水相更好地润湿分散相粒子，同时防止乳液中的粒子团聚；增稠剂的作用是调节乳液的粘度，方便涂料的施工；消泡剂是减少涂料泡沫的产生；流平剂的作用是能有效降低涂料的表面张力，使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。本专利技术还提供一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料的制备方法，包括步骤：S1，将纳米弹性体粒子加入到水中，超声分散得到第一分散液；S2，将氟碳乳液、硅烷偶联剂、助剂加入到分散容器中搅拌得到第二分散液；S3，将第一分散液和第二分散液混合，再加入有机硅改性聚氨酯乳液和辅助成膜剂搅拌，得到所述的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料。所述有机硅改性聚氨酯乳液的制备包括步骤：S31，将异氰酸酯和聚酯二元醇进行高温真空干燥；S32，向反应器中依次加入步骤S31中得到的异氰酸酯和聚酯二元醇，搅拌升温预聚；S33，向反应器中加入二羟甲基丙酸、催化剂和丙酮；S34，降温后向反应器中加入1,4-丁二醇反应，然后加入适量三乙胺进行中和，反应后加入水以及氨基硅氧烷，高速搅拌，乳化，真空抽滤除去丙酮，即得到分散均匀的有机硅改性聚氨酯乳液。本专利技术的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料以有机硅改性聚氨酯乳液为基底，以氟碳乳液为低表面能物质，来降低涂料涂覆后涂层的表面张力，并且通过纳米弹性体粒子构筑表面粗糙结构，两者结合，使涂层表面具备超疏水和自清洁的性能；另外，纳米弹性体粒子的加入可以显著提高涂层的耐磨擦性能，很好地解决了超疏水涂层一直存在的表面粗糙结构脆弱、机械强度差、耐摩擦性能不理想等问题。具体实施方式下面给出本专利技术的具体实施例，并予以详细描述。实施例1S1，将丁腈橡胶包裹碳化硅纳米弹性体粒子加入到去离子水中，超声分散20min得到第一分散液；S2，将含氟丙烯酸酯乳液、3-氨丙基三乙氧基硅烷、助剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，以重量份数计，包括：有机硅改性聚氨酯乳液100‑200份氟碳乳液40‑80份纳米弹性体粒子20‑60份硅烷偶联剂5‑20份辅助成膜剂10‑20份助剂5‑15份水40‑100份。

【技术特征摘要】
2017.01.10 CN 201710016352X1.一种高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，以重量份数计，包括：有机硅改性聚氨酯乳液100-200份氟碳乳液40-80份纳米弹性体粒子20-60份硅烷偶联剂5-20份辅助成膜剂10-20份助剂5-15份水40-100份。2.根据权利要求1所述的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，所述有机硅改性聚氨酯乳液为有机硅改性脂肪族聚氨酯乳液。3.根据权利要求1所述的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，所述氟碳乳液为含氟丙烯酸酯乳液。4.根据权利要求1所述的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，所述纳米弹性体粒子是一种纳米级核壳结构，外壳为弹性体材料，内核为无机纳米粒子。5.根据权利要求4所述的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，所述弹性体材料是天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶中的一种或多种。6.根据权利要求4所述的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，所述无机纳米粒子是碳化硅、二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的高耐磨水性抗污自清洁聚氨酯涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴梦玲，陆冲，李勇锋，张俊超，
申请(专利权)人：华东理工大学，上海墨传新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31