本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种低温性能优异、耐磨的改性聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯树脂是现阶段涂料基料的主要种类之一，聚氨酯具有软硬段前段共聚物的结构，这种独特的结构使得聚氨酯制品具有优秀的综合力学性能：机械性能好、耐老化、耐油、硬度可调节范围大，这些优异的性能是其他很多材料无法比拟的。聚氨酯涂料一般使用温度均在零摄氏度以上，但是对于我国北方部分地区，冬季气温在零度甚至零下温度，这要求聚氨酯涂料具有较高的低温柔韧性能。添加特殊多元醇改性聚氨酯既不影响原聚氨酯结构，同时会使原涂料具有较好的耐低温性能，中国专利CN101033368A提供了一种使用聚醚多元醇和甲苯二氰酸酯合成超低温聚氨酯涂料的方法，聚氨酯耐低温性能较好，但成本较高，机械性能较差，限制其低温环境下应用。
使用无机微粒填充的聚氨酯体系，在固化后得到一定的韧性、强度和硬度，中国专利CN 105238253A公开了一种氯化石蜡、氧化铁红、硝化棉、碳纳米管、改性硅灰石、鳞片状铝片、云母粉和石墨粉改性耐磨聚氨酯涂料，但是碳纳米管成本较高，且改性填料种类过多，微粒材料尺寸太小，在原聚氨酯中集中分散可能出现问题，这导致涂料内应力集中，反而使得涂料力学性能降低，影响涂料使用，因此，开发一种单组份改性且分散性较好的耐低温耐磨聚氨酯涂料势在必行。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种耐低温耐磨聚氨酯涂料，其具有优异的耐低温耐磨性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供的耐低温耐磨聚氨酯涂料，按重量份计，其中各项成分包括45～60份聚氨酯基体树脂、0.5～6份耐低温聚酯多元醇、3～20份通过采用表面改性剂改性从而引入有机官能团的微米粉体、5～12份固化剂、30～50份溶剂、0.5～3份消泡剂。
优选地，所述聚氨酯基体树脂为聚葵二酸-聚丁二烯二元醇酯多元醇、聚乙二醇-1,4丁二醇己二酸酯多元醇和2-甲基-1,5-戊二醇中的一种。
优选地，所述耐低温聚酯多元醇选自聚酯多元醇BY3001、BY3011、BY3022中的一种。
优选地，所述表面改性剂为月桂酸咪唑啉、乙酸正丁醇、己二酸二丁酯和二硫化4氨基苯中的一种。
优选地，所述微米粉体为直径为13～18μm的球形铝粉、直径为5～8μm的片状铝粉、直径为10～15μm的球形铜粉和直径为8～12μm的片状铜粉中的一种。
优选地，所述固化剂为二异氰酸酯。
进一步优选地，所述二异氰酸酯为4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种。
优选地，所述溶剂为芳香烃类、醇类和脂类有机溶剂中的一种或几种。
进一步优选地，所述芳香烃类有机溶剂为二甲苯；所述醇类有机溶剂为正丁醇和异丙醇中的一种或两种；所述脂类有机溶剂醋酸甲酯或醋酸丙酯醇。
一种上述的耐低温耐磨聚氨酯涂料的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
1)将聚氨酯基体树脂、耐低温聚酯多元醇、采用表面改性剂改性的微米粉体、溶剂、消泡剂按照上述比例混合均匀得到混合物；
2)将上述比例的固化剂加入到混合物中，混合均匀即得耐低温耐磨聚氨酯涂料。
具体地，本发明提供的上述耐低温耐磨聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
将微米粉体先在0.01mol/L的盐酸溶液中浸5min，然后用蒸馏水和丙酮洗涤，室温干燥后，在0.001mol/L的表面处理剂的乙醇溶液中浸泡20min，同时搅拌，去除晒干，获得经表面处理剂处理的微米粉体；
将各组分按照质量比例45～60份聚氨酯基体树脂、0.5～6份耐低温聚酯多元醇、3～20份通过表面改性剂引入有机官能团改性的微米粉体、30～50份溶剂、0.5～3份消泡剂混合，搅拌20min使各组分混合均匀。
将5～12份固化剂加入到搅拌均匀的混合物中，继续搅拌，喷涂或滚涂于材料表面，得到耐低温耐磨聚氨酯涂层。
本发明具有的优点包括：
使用耐低温聚酯多元醇改性原聚氨酯后，对原聚氨酯结构未产生影响，保留原聚氨酯优异性能的同时提升涂料的低温性能。
通过表面改性剂处理后的微米金属粉体表面含有活性端基，使得粉体与聚氨酯之间形成化学偶联作用，界面结合更加紧密，有效避免粉体团聚，粉体的加入使得涂料低温性能和耐磨性能明显提高。
总之，本发明所得涂料在保留原聚氨酯涂料附着力强、常温下力学性能优异、稳定性好等特点的基础上，耐低温聚酯多元醇的加入使得聚氨酯涂料低温性能优异，微米粉体使得涂料硬度提高，从而具有优异的耐磨性能。本发明涂料所制备的涂层不仅具有良好的低温性能、耐磨性能，而且还保留了涂料本身所具有的良好的附着力和稳定性。这种涂料能为飞机、风电叶片等非金属材料提供低温环境下的防护。
附图说明
图1为实施例1聚氨酯涂层的表面扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但其并不限制本发明的实施。
实施例1
将50g聚葵二酸-聚丁二烯二元醇酯多元醇，2g耐低温聚酯多元醇BY3001，17g经月桂酸咪唑啉处理的直径为13～18μm的球形铝粉，30g正丁醇，0.5g消泡剂混合均匀，称取10g 4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯固化剂加入混合物中，混合均匀得到聚氨酯涂料。
将所得聚氨酯涂料涂于材料表面，常温下固化24小时，得到改性聚氨酯涂层，其表面扫描电子显微镜图如图1所示，从图1可以看出，经月桂酸咪唑啉处理的球形铝粉在图层中分散均匀，未出现明显的相分离现象。
实施例2
将45g聚葵二酸-聚丁二烯二元醇酯多元醇，0.5g耐低温聚酯多元醇BY3001，10g经乙酸正丁醇处理的直径为5～8μm的片状铝粉，50g复合溶剂(二甲苯和醋酸甲酯以2:1比例混合)，1g消泡剂混合均匀，称取5g甲基环己基二异氰酸酯固化剂加入混合物中，混合均匀得到聚氨酯涂料。
将所得聚氨酯涂料，涂于材料表面，常温下固化24小时，得到改性聚氨酯涂层。
实施例3
将60g 2-甲基-1，5-戊二醇中的一种，6g耐低温聚酯多元醇BY3022，20g经己二酸二丁酯处理的直径为10～15μm的球形铜粉，35g复合溶剂(异丙醇和正丁醇以1:2比例混合)，1.5g消泡剂混合均匀，称取10.8g苯二亚甲基二异氰酸酯固化剂加入混合物中，混合均匀得到聚氨酯涂料。
将所得聚氨酯涂料，涂于材料表面，常温下固化24小时，得到改性聚氨酯涂层。
实施例4
将55g聚葵二酸-聚丁二烯二元醇酯多元醇，3g耐低温聚酯多元醇BY3011，3g经二硫化4氨基苯处理的直径为8～12μm的片状铜粉，40g复合溶剂(二甲苯和醋酸丙酯醇以5:1比例混合)，3g消泡剂混合均匀，称取12g甲基环己基二异氰酸酯固化剂加入混合物中，混合均匀得到聚氨酯涂料。
将所得聚氨酯涂料，涂于材料表面，常温下固化24小时，得到改性聚氨酯涂层。
按照标准GB/T1731-1993测试材料柔韧性，按照标准GB/T 5210-2006测试材料附着力，按照标准ISO 523-2003测得材料拉伸性能，按照标准GB/T 6739-2006测试材料硬度。
各实施例得到的涂层附着力、低温(-30℃)柔韧性、拉伸性能及硬度见表1；
表1实施例中得到的涂层综合性能对比
从表1可以看出，本发明所得涂料在低温下柔韧性能优异，涂料力学性能较好，改性后硬度提升。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。