本发明涉及轨道交通涂料技术领域，具体地，涉及一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法。
背景技术：
伴随全球经济发展和工业复苏，轨道交通行业得到快速发展。轨道交通是由轨道及在轨道上运行的车辆形成的一种运输系统。各国大力发展铁路轨道交通，城际市域轨道交通和城市轨道交通等基础设施建设无疑将带动沿线区域经济的快速发展。轨道车辆长年累月遭受日晒、雨淋、风沙、雾雪及各种有害气体的侵蚀，防腐涂料是解决这一问题的关键环节之一。目前在涂装工艺上，大多数还在使用传统的溶剂型中低固体系涂料，随着人们对环境保护的日益重视，传统的高voc溶剂型涂料逐步被环保型涂料所替代，其中水性涂料作为环保型涂料的代表之一在欧美等发到国家已成功应用于轨道交通等行业。轨道交通涂料不仅要有一定的防腐能力，还要有一定的环保型、装饰效果、优良的机械强度和耐化学性，如：抗冲击强度、耐磨性、漆膜硬度、附着力、耐水性、耐油性、遮盖力、柔韧性等。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆及其制备方法，制备出的水性丙烯酸聚氨酯面漆不仅voc含量低，更是兼具优异的柔韧性、耐化学性、耐磨性、耐化学性，耐人工老化达到3000h。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆，由a组分和b组分按照5：1的重量比调配而成；所述a组分由以下重量份的原料组成：50～60重量份的水性羟基丙烯酸树脂、20～25重量份的颜填料、0.5～1重量份的增稠剂、1～1.5重量份的润湿分散剂、0.1～0.3重量份的消泡剂、0.1～0.5重量份的流平剂、0.1～0.3重量份的基材润湿剂、4～8重量份的助溶剂、0.1～0.5重量份的紫外线吸收剂和5～10重量份的去离子水；b组分由以下重量份的原料组成：80～90重量份的异氰酸酯固化剂和10～20重量份的开稀溶剂。
其中，所述的水性羟基丙烯酸树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按重量份分别称取下列组分原料：甲基丙烯酸甲酯40～50、丙烯酸丁酯10～14、苯乙烯10～15、丙烯酸羟乙酯5～10、单体丙烯酸1～2、全氟辛基三乙氧基硅烷4～8、复合引发剂0.5～1、复合乳化剂1～2、中和剂amp-953～5、去离子水10～20；所述复合引发剂包括质量比为1：1的过硫酸钾和亚硫酸氢钠；所述复合乳化剂包括质量比为2：1的十二烷基苯磺酸钠和聚氧乙烯辛基苯基醚；
步骤二、将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯、单体丙烯酸和全氟辛基三乙氧基硅烷混合制备单体混合液，备用；
步骤三、将计量份1/3去离子水与1/2复合乳化剂混合后搅拌溶解，再缓慢滴加单体混合液，预乳化1h制备预乳液，备用；
步骤四、将1/3去离子水和1/2复合乳化剂计入反应釜搅拌升温至70℃，搅拌状态下缓慢加入1/10的预乳液分散5min并升温至90℃，再加入1/4的引发剂溶液，保温1h；缓慢滴加9/10预乳液和2/4引发剂溶液，滴加时间控制在3h完成，保温1h；降温至75℃滴加1/4引发剂溶液，继续保温30min后冷却降温，用中和剂amp-30调节ph至8，得到固含量41～43％的改性羟基丙烯酸乳液；其中，所述引发剂溶液由复合引发剂和计量份为1/3去离子水混合组成。
所述的颜填料为钼铬红、钛白粉、炭黑、沉淀硫酸钡中的一种或多种；
所述的增稠剂为tego3030或byk-420中的一种或两种；
所述的润湿分散剂为efka4550、tego760w或byk-184中的一种或多种；
所述的消泡剂为tego825或byk-011中的一种或两种；
所述的流平剂为tego-410或byk-381中的一种或两种；
所述的基材润湿剂为tego270或byk-346中的一种或两种；
所述助溶剂为丙二醇丁醚或丙二醇甲醚中的一种或两种。
所述紫外线吸收剂的制备方法为：将苯甲酸、水和edci/hobt混合溶液搅拌混合均匀，中速搅拌2h，搅拌状态下，升温至60℃，缓慢滴加间苯二酚，滴加时间控制在5h，之后冷却，结晶，过滤得到间苯二酚单苯甲酸酯紫外线吸收剂，再将干燥后的间苯二酚单苯甲酸酯经过球磨机粉碎，得到粒径均匀(粒径＜5μm)的超微粒子粉料。进一步地，所述苯甲酸为45重量份、水为5重量份水、edci/hobt混合溶液为10重量份和间苯二酚为40重量份；所述edci/hobt混合溶液中edci和hobt的体积比为1：1。
所述异氰酸酯固化剂为拜耳2593-1或帕斯托xd803中的一种或两种；
所述开稀溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯(pma)或丙二醇二乙酸酯(pgda)中的一种或两种。
本发明还请求保护一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、所述a组分的制备方法为：
将1/2去离子水、润湿分散剂加入分散釜中，低速分散3～5分钟；在搅拌下，加入1/3消泡剂；在搅拌下，缓慢加入1/2助溶剂，900r/min搅拌10分钟，搅拌下加入颜填料、紫外线吸收剂，900r/min搅拌10-20分钟，细度砂磨至10μm；将水性羟基丙烯酸树脂加入调漆釜中，300r/min搅拌均匀，搅拌中慢慢加入上磨料。在500r/min搅拌下，缓慢加入2/3的消泡剂、流平剂、基材润湿剂、1/2助溶剂和1/2去离子水，在搅拌下缓慢加入增稠剂，500r/min搅拌10min-15min。待各项检验项目合格后，用振动筛120目网过滤装桶，得到a组分；
步骤二、所述b组份的制备方法为：
将水性异氰酸酯固化剂与开稀溶剂按比例混合分散均匀后按包装规格分装，得到b组分；
步骤三、将a组分与b组分按照5：1的重量比进行勾兑，制备出轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆。
本发明采用自制的改性羟基丙烯酸乳液和紫外线吸收剂，得到的一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆不仅干燥快、voc含量低，更兼具优异的机械性能，耐高低温交变、耐化学溶剂、附着力、抗冲击性、耐磨性和耐候性，满足轨道交通应用。
有益效果：(1)、本发明使用全氟辛基三乙氧基硅烷单体自制的改性羟基丙烯酸乳液，保证了该轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆同时具有有机硅改性的耐高低温交变(耐湿冷热循环，20次)、耐沾污性能，以及有机氟改性的耐候性能(搭配自制的紫外线吸收剂使用，耐人工老化3000小时，无龟裂、粉化、褪色，色差值≤1.5，失光率≤10％)。
(2)、本发明使用苯甲酸和间苯二酚自制的间苯二酚单苯甲酸酯作为紫外线吸收剂，其对300～400nm波段的紫外线吸收很少，但在光作用下分子发生重排，生成2,4-二羟基二苯甲酮，从而发挥光稳定的作用；此外，由于粒径的降低增加了紫外线吸收剂的表面积，作用面积增加，进一步提高光稳定的作用。
(3)、本发明制备的一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆相比于现有的水性丙烯酸聚氨酯面漆，光泽(＞80，20°角)和硬度(6h)均优于现有技术。
(4)、本发明制备的一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆具有体积固含高、干燥快等优点。单道涂装干膜厚度120μm没有暗泡、针眼等弊病，同时活化期长达4h。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆，由a组分和b组分按照5：1的重量比调配而成，其中，a组分由以下重量份的原料组成：
50～60重量份的水性羟基丙烯酸树脂、20～25重量份的颜填料、0.5～1重量份的增稠剂、1～1.5重量份的润湿分散剂、0.1～0.3重量份的消泡剂、0.1～0.5重量份的流平剂、0.1～0.3重量份的基材润湿剂、4～8重量份的助溶剂、0.1～0.5重量份的紫外线吸收剂和5～10重量份的去离子水；b组分由以下重量份的原料组成：80～90重量份的异氰酸酯固化剂和10～20重量份的开稀溶剂。
一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、所述a组分的制备方法为：
将1/2去离子水、润湿分散剂加入分散釜中，低速(500r/min)分散3～5分钟；在搅拌下，加入1/3消泡剂；在搅拌下，缓慢加入1/2助溶剂，900r/min搅拌10分钟，搅拌下加入颜填料、紫外线吸收剂，900r/min搅拌10-20分钟，细度砂磨至10μm；将水性羟基丙烯酸树脂加入调漆釜中，300r/min搅拌均匀，搅拌中慢慢加入上磨料。在500r/min搅拌下，缓慢加入2/3的消泡剂、流平剂、基材润湿剂、1/2助溶剂和1/2去离子水(每种助剂间隔3-5分钟)，在搅拌下缓慢加入增稠剂，500r/min搅拌10min-15min。待各项检验项目合格后，用振动筛120目网过滤装桶，得到a组分；
步骤二、所述b组份的制备方法为：
将水性异氰酸酯固化剂与开稀溶剂按比例混合分散均匀后按包装规格分装，得到b组分；
步骤三、将a组分与b组分按照5：1的重量比进行勾兑，制备出轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆。
施工时将一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆中加入5～15％的去离子水进行稀释，搅拌均匀即可用于施工，施工方式采用喷涂、滚涂或刷涂。
下面根据本发明的技术方案列举三个实施例，三个实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。
实施例1
一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆的制备方法，包括以下步骤：
一、a组分的制备：
1、水性羟基丙烯酸树脂的制备：
将5重量份去离子水与1重量份复合乳化剂混合后搅拌溶解，再缓慢滴加46重量份甲基丙烯酸甲酯、10重量份丙烯酸丁酯、12重量份苯乙烯、5重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份单体丙烯酸、5重量份全氟辛基三乙氧基硅烷组成的单体混合液，预乳化1h制的预乳液备用。将5重量份去离子水和1重量份复合乳化剂计入反应釜搅拌升温至70℃，搅拌状态下缓慢加入1/10重量份的预乳液分散5min并升温至90℃，再加入1.5重量份的引发剂溶液(5重量份去离子水和1重量份复合引发剂混合溶液)，保温1h。缓慢滴加9/10重量份预乳液和3重量份引发剂溶液，滴加时间控制在3h完成，保温1h；降温至75℃滴加1.5重量份引发剂溶液，继续保温30min后冷却降温，用3重量份中和剂amp-30调节ph至8，得到固含量42％的改性羟基丙烯酸乳液。
2、紫外线吸收剂的制备：
将45重量份苯甲酸、5重量份水和10重量份edci/hobt(1：1)混合溶液搅拌混合均匀，中速搅拌2h，搅拌状态下，升温至60℃，缓慢滴加40重量份间苯二酚，滴加时间控制在5h，之后冷却，结晶，过滤得到间苯二酚单苯甲酸酯紫外吸收剂备用。
3、将5重量份去离子水、1重量份润湿分散剂加入分散釜中，低速(500r/min)分散3～5分钟；在搅拌下，加入0.1重量份消泡剂；在搅拌下，缓慢加入4重量份助溶剂，900r/min搅拌10分钟，搅拌下加入24重量份颜填料、0.3重量份紫外线吸收剂，900r/min搅拌10-20分钟，细度砂磨至10μm；将55重量份水性羟基丙烯酸树脂加入调漆釜中，300r/min搅拌均匀，搅拌中慢慢加入上磨料。在500r/min搅拌下，缓慢加入0.2重量份的消泡剂、0.2重量份流平剂、0.2重量份基材润湿剂、4重量份助溶剂和5重量份去离子水(每种助剂间隔3-5分钟)，在搅拌下缓慢加入1重量份增稠剂，500r/min搅拌10min-15min。待各项检验项目合格后，用振动筛120目网过滤装桶，得到a组分。
二、b组分的制备：
将80重量份的水性异氰酸酯固化剂及20重量份的开稀溶剂一同放进分散搅拌机中分散均匀，出料并经过滤包装，制备得b组分。
三、将a组分与b组分按照5：1的重量比进行勾兑，制备出轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆，施工时用轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆中加入5％～15％的去离子水进行稀释，稀释搅拌均匀即可用于施工，施工方式采用喷涂、滚涂或刷涂。不同施工方式添加稀释剂量不同。
本发明中，颜填料采用钛白粉；增稠剂采用tego3030；润湿分散剂采用efka4550；消泡剂采用tego825；流平剂采用tego-410；基材润湿剂采用tego270；助溶剂采用丙二醇丁醚。水性异氰酸酯固化剂采用拜耳2593-1；开稀溶剂采用丙二醇甲醚醋酸酯(pma)。
实施例2
一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆的制备方法，包括以下步骤：
一、a组分的制备：
1、水性羟基丙烯酸树脂的制备：
将5重量份去离子水与1重量份复合乳化剂混合后搅拌溶解，再缓慢滴加46重量份甲基丙烯酸甲酯、10重量份丙烯酸丁酯、12重量份苯乙烯、5重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份单体丙烯酸、5重量份全氟辛基三乙氧基硅烷组成的单体混合液，预乳化1h制的预乳液备用。将5重量份去离子水和1重量份复合乳化剂计入反应釜搅拌升温至70℃，搅拌状态下缓慢加入9重量份的预乳液分散5min并升温至90℃，再加入1.5重量份的引发剂溶液(5重量份去离子水和1重量份复合引发剂混合溶液)，保温1h。缓慢滴加76重量份预乳液和3重量份引发剂溶液，滴加时间控制在3h完成，保温1h；降温至75℃滴加1.5重量份引发剂溶液，继续保温30min后冷却降温，用3重量份中和剂amp-30调节ph至8，得到固含量42％的改性羟基丙烯酸乳液。
2、紫外线吸收剂的制备：
将45重量份苯甲酸、5重量份水和10重量份edci/hobt(1：1)混合溶液搅拌混合均匀，中速搅拌2h，搅拌状态下，升温至60℃，缓慢滴加40重量份间苯二酚，滴加时间控制在5h，之后冷却，结晶，过滤得到间苯二酚单苯甲酸酯紫外吸收剂备用。
3、将4重量份去离子水、1.5重量份润湿分散剂加入分散釜中，低速(500r/min)分散3～5分钟；在搅拌下，加入0.1重量份消泡剂；在搅拌下，缓慢加入3重量份助溶剂，900r/min搅拌10分钟，搅拌下加入22.5重量份颜填料、0.3重量份紫外线吸收剂，900r/min搅拌10-20分钟，细度砂磨至10μm；将60重量份水性羟基丙烯酸树脂加入调漆釜中，300r/min搅拌均匀，搅拌中慢慢加入上磨料。在500r/min搅拌下，缓慢加入0.2重量份的消泡剂、0.4重量份流平剂、0.3重量份基材润湿剂、3重量份助溶剂和4重量份去离子水(每种助剂间隔3-5分钟)，在搅拌下缓慢加入0.7重量份增稠剂，500r/min搅拌10min-15min。待各项检验项目合格后，用振动筛120目网过滤装桶，得到a组分。
二、b组分的制备：
将90重量份的水性异氰酸酯固化剂及100重量份的开稀溶剂一同放进分散搅拌机中分散均匀，出料并经过滤包装，制备得b组分。
三、将a组分与b组分按照5：1的重量比进行勾兑，制备出轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆，施工时用轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆中加入5％～15％的去离子水进行稀释，稀释搅拌均匀即可用于施工，施工方式采用喷涂、滚涂或刷涂。不同施工方式添加稀释剂量不同。
本发明中，颜填料由15重量份钛白粉、0.5重量份钼铬红、1重量份碳黑和6重量份沉淀硫酸钡组成；增稠剂采用byk-420；润湿分散剂采用tego760w；消泡剂采用tego825；流平剂采用byk-381；基材润湿剂采用byk-346；助溶剂采用丙二醇甲醚。水性异氰酸酯固化剂采用帕斯托xd803；开稀溶剂采用丙二醇二醋酸酯(pgda)。
实施例3
一种轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆的制备方法，包括以下步骤：
一、a组分的制备：
1、水性羟基丙烯酸树脂的制备：
将5重量份去离子水与1重量份复合乳化剂混合后搅拌溶解，再缓慢滴加46重量份甲基丙烯酸甲酯、10重量份丙烯酸丁酯、12重量份苯乙烯、5重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份单体丙烯酸、5重量份全氟辛基三乙氧基硅烷组成的单体混合液，预乳化1h制的预乳液备用。将5重量份去离子水和1重量份复合乳化剂计入反应釜搅拌升温至70℃，搅拌状态下缓慢加入9重量份的预乳液分散5min并升温至90℃，再加入1.5重量份的引发剂溶液(5重量份去离子水和1重量份复合引发剂混合溶液)，保温1h。缓慢滴加76重量份预乳液和3重量份引发剂溶液，滴加时间控制在3h完成，保温1h；降温至75℃滴加1.5重量份引发剂溶液，继续保温30min后冷却降温，用3重量份中和剂amp-30调节ph至8，得到固含量42％的改性羟基丙烯酸乳液。
2、紫外线吸收剂的制备：
将45重量份苯甲酸、5重量份水和10重量份edci/hobt(1：1)混合溶液搅拌混合均匀，中速搅拌2h，搅拌状态下，升温至60℃，缓慢滴加40重量份间苯二酚，滴加时间控制在5h，之后冷却，结晶，过滤得到间苯二酚单苯甲酸酯紫外吸收剂备用。
3、将4重量份去离子水、1.2重量份润湿分散剂加入分散釜中，低速(500r/min)分散3～5分钟；在搅拌下，加入0.1重量份消泡剂a；在搅拌下，缓慢加入4重量份助溶剂，900r/min搅拌10分钟，搅拌下加入23.7重量份颜填料、0.3重量份紫外线吸收剂，900r/min搅拌10-20分钟，细度砂磨至10μm；将57重量份水性羟基丙烯酸树脂加入调漆釜中，300r/min搅拌均匀，搅拌中慢慢加入上磨料。在500r/min搅拌下，缓慢加入0.2重量份的消泡剂b、0.3重量份流平剂、0.2重量份基材润湿剂、4重量份助溶剂和4重量份去离子水(每种助剂间隔3-5分钟)，在搅拌下缓慢加入1重量份增稠剂，500r/min搅拌10min-15min。待各项检验项目合格后，用振动筛120目网过滤装桶，得到a组分。
二、b组分的制备：
将87重量份的水性异氰酸酯固化剂及13重量份的开稀溶剂一同放进分散搅拌机中分散均匀，出料并经过滤包装，制备得b组分。
三、将a组分与b组分按照5：1的重量比进行勾兑，制备出轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆，施工时用轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆中加入5％～15％的去离子水进行稀释，稀释搅拌均匀即可用于施工，施工方式采用喷涂、滚涂或刷涂。不同施工方式添加稀释剂量不同。
本发明中，颜填料由15重量份钛白粉、1.7重量份碳黑和7重量份沉淀硫酸钡组成；增稠剂采用byk-420；润湿分散剂采用byk-184；消泡剂a采用tego825；消泡剂b采用byk-011；流平剂采用tego-410；基材润湿剂采用tego-270；助溶剂采用丙二醇丁醚。水性异氰酸酯固化剂采用帕斯托xd803；开稀溶剂采用丙二醇二醋酸酯(pgda)。
对比例是某市售厂家丙烯酸聚氨酯面漆的性能参数，三个实施例与对比例的性能指标比对，参考hg/t5367-2018《轨道交通车辆用涂料第一部分：水性涂料》结果见下表。
通过上表可以明显看出：本发明具有低voc和很好的耐化学腐蚀、耐高低温、耐沾污及耐人工老化性能，有效避免使用过程中出现的起泡、脱落、龟裂、褪色等问题，且漆膜硬度远远超过对比例，由此可见本发明是一种实用的轨道交通用水性丙烯酸聚氨酯面漆的制备方法，适用于各种轨道交通产品的涂装。
需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。