本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料及其制备、使用方法。
背景技术：
聚氨酯涂料是以聚氨酯树脂为成膜物质的一种涂料，可以分为单组分聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料。单组分聚氨酯涂料施工方便，但由于其储存时间短、对固化条件要求较高(如潮固化性的单组重量份聚氨酯涂料，要求在高湿度环境下干燥成膜，仅局限于阴雨天和潮湿环境使用；封闭型的单组分聚氨酯涂料，需在热烘烤下固化结膜)且固化时间长等问题致使该类涂料应用面不如双组分涂料广，目前主要用于地板涂料、防腐涂料、预卷材涂料等。双组分聚氨酯涂料一般是由异氰酸酯预聚物和含羟基树脂两部分组成，通常称为固化剂组分和主剂组分。双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度大以及耐化学品、耐候性好等优越性能，广泛作为工业防护、木器家具和汽车涂料。
脂肪族二异氰酸酯合成的聚氨酯，由于不含苯环，在紫外光照射下，不会发生氧化变黄，可用于制作耐黄变的聚氨酯透明涂料。但现有的聚氨酯透明涂料很难长久地保持良好的附着力，尤其在恶劣环境下容易有开裂、脱皮等情况发生。因此，亟需开发出一种恶劣环境下依然能保持高附着力聚氨酯透明涂料。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有的聚氨酯透明涂料在自然环境侵蚀下很难保持良好的附着力的问题，而提供一种高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料及其制备、使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下。
本发明提供一种高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料，包括涂料a剂和涂料b剂；
所述涂料a剂包括8-14重量份聚多元醇、6-15重量份扩链剂、0.1-0.2重量份催化剂、1-2.5重量份双酚a型环氧树脂、40-60重量份溶剂、0.01-0.05重量份流平剂、0.1-0.5重量份润湿剂、0.4-0.8重量份纳米二氧化钛和0.5-1.5重量份抗菌剂；
所述涂料b剂包括20-40重量份脂肪族二异氰酸酯；
该聚氨酯透明涂料固化后，聚氨酯硬段含量在70％-95％。
优选的是，所述聚多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或几种的混合物，聚酯多元醇和聚醚多元醇的分子量均为400-2000g/mol。
优选的是，所述脂肪族二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、异氟尔酮二异氰酸酯(ipdi)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、六亚甲基二异氰酸酯二聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的一种或几种的混合物。
优选的是，所述扩链剂为乙二醇、二甘醇、1，3-丙二醇、乙二胺、2-甲基1，5-戊二胺、乙醇胺、1,4-丁二醇、1,2,4-丁三醇中的一种或几种的混合物。
优选的是，所述双酚a型环氧树脂的分子量≤500g/mol，环氧值＞0.42。
优选的是，所述催化剂为叔胺类催化剂或有机锡类催化剂。
优选的是，所述流平剂为改性硅烷类流平剂或丙烯酸酯类流平剂。
优选的是，所述润湿剂为改性硅烷类润湿剂或丙烯酸酯类润湿剂。
优选的是，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、甲苯、二甲苯、二异丁基酮、二乙二醇醚、n,n二甲基甲酰胺、n,n二甲基乙酰胺中的一种或几种的混合物。
优选的是，所述纳米二氧化钛的粒径为20nm。
优选的是，所述抗菌剂为lf-1194。
本发明还提供一种高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料的制备方法，包括以下步骤；
步骤一、按照组成和重量份，称取聚多元醇、扩链剂、催化剂、双酚a型环氧树脂、流平剂、润湿剂、纳米二氧化钛、抗菌剂和溶剂，混合均匀，得到涂料a剂；
步骤二、按照组成和重量份，取脂肪族二异氰酸酯，得到涂料b剂。
本发明还提供一种高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料的使用方法，将涂料a剂和涂料b剂倒入搅拌反应釜中，控温24-26℃反应1.5-2.5h，静置20-30min除气泡，涂覆后固化，得到高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料，一方面，通过引入双酚a型环氧树脂作为附着力促进剂增强了涂料固化后的涂层的附着力；另一方面，通过控制聚氨酯硬段含量来调控聚氨酯硬度(硬段含量70％-95％)，进一步提高涂层的附着力，同时保证了涂层的力学性能和耐环境侵蚀性。
本发明提供的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料，采用异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯，涂料固化后的涂层在紫外光照射下，不会发生氧化变黄，同时，本发明的涂料中添加纳米二氧化钛作为防晒剂，可提高涂料耐老化能力的同时，又不影响涂层透明的性质。
本发明提供的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料，通过各组分配合，使涂料固化后的聚氨酯涂层在具有优异的力学性能的同时，具有良好的附着力，能够抵抗各种环境侵蚀，例如高温、低温、高低温冲击、湿热、太阳辐照、霉菌等，提高产品的使用效果及保护功效，可用于恶劣环境下玻璃(或有机玻璃)的保护膜。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面对本发明的实施方案进行详细描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明的高附着力耐环境侵蚀的聚氨酯透明涂料，包括涂料a剂和涂料b剂，也可以仅由涂料a剂和涂料b剂组成。其中，
涂料a剂包括8-14重量份聚多元醇、6-15重量份扩链剂、0.1-0.2重量份催化剂、1-2.5重量份双酚a型环氧树脂、40-60重量份溶剂、0.01-0.05重量份流平剂、0.1-0.5重量份润湿剂、0.4-0.8重量份防晒剂和0.5-1.5重量份抗菌剂；涂料a剂也可以仅由上述组分组成；
涂料b剂包括20-40重量份脂肪族二异氰酸酯(涂料a剂和涂料b剂中的重量份的标准统一)；涂料b剂也可以仅由上述组分组成。
上述技术方案中，聚氨酯透明涂料固化后，聚氨酯硬段含量在70％-95％，此时的聚氨酯涂层具有良好的附着力、力学性能和耐环境侵蚀性。附着力是由涂层中聚合物的极性基团与基材表面的极性基团相互作用而形成的，聚氨酯涂层中的极性基团数量随硬段含量增加而增加，所以高硬段含量聚氨酯涂层的附着力更高；但是随着硬段含量的继续增加，涂层的模量增加，侵蚀过程会产生应力集中，涂层被破坏的可能增大；同时，硬段含量高，涂层密度大，可防止水汽侵袭，可更好的抵抗湿热环境。
上述技术方案中，聚多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或几种的混合物，聚酯多元醇和聚醚多元醇的分子量均为400-2000g/mol。聚酯多元醇优选为聚碳酸酯多元醇或聚己内酯多元醇，聚醚多元醇优选为聚氧化丙烯二醇或聚氧四亚甲基二醇。
上述技术方案中，脂肪族二异氰酸酯与聚多元醇聚合生成聚氨酯。脂肪族二异氰酸酯没有特殊限制，为本领域技术人员熟知物质，优选为六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、异氟尔酮二异氰酸酯(ipdi)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、六亚甲基二异氰酸酯二聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的一种或几种的混合物。
上述技术方案中，扩链剂与聚氨酯分子链上的官能团反应而使聚氨酯分子链扩展、分子量增大。扩链剂没有特殊限制，为本领域技术人员熟知物质，优选为乙二醇、二甘醇、1，3-丙二醇、乙二胺、2-甲基1，5-戊二胺、乙醇胺、1,4-丁二醇、1,2,4-丁三醇中的一种或几种的混合物。
上述技术方案中，催化剂加速聚合反应的进行。催化剂没有特殊限制，为本领域技术人员熟知物质，如叔胺类催化剂或有机锡类催化剂，叔胺类催化剂优选为三乙胺或四甲基丁二胺，有机锡类催化剂优选为辛酸亚锡或二丁基锡二月桂酸酯。
上述技术方案中，双酚a型环氧树脂是附着力促进剂，优选分子量≤500g/mol，环氧值＞0.42。双酚a型环氧树脂能与脂肪族二异氰酸酯形成高粘结强度的固化物，从而增强了涂层的附着力。
上述技术方案中，溶剂用于溶解各原料。催化剂没有特殊限制，能起到相应作用即可，溶剂优选为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、甲苯、二甲苯、二异丁基酮、二乙二醇醚、n,n二甲基甲酰胺、n,n二甲基乙酰胺中的一种或几种的混合物。
上述技术方案中，流平剂能促使涂料在固化后形成一个平整、光滑、均匀的涂层。流平剂没有特殊限制，为本领域技术人员熟知物质，可以为改性硅烷类流平剂，也可以为丙烯酸酯类流平剂。改性硅烷类流平剂优选为聚醚改性聚二甲基硅氧烷。丙烯酸酯类流平剂优选为聚丙烯酸酯均聚物流平剂。
上述技术方案中，润湿剂降低原料表面张力，增加分散性。润滑剂没有特殊限制，为本领域技术人员熟知物质，润湿剂可以为改性硅烷类润湿剂，也可以为丙烯酸酯类润湿剂。改性硅烷类润湿剂优选为聚醚改性聚有机硅氧烷润湿剂。非硅烷类润湿剂优选为聚丙烯酸酯润湿剂。
上述技术方案中，采用纳米二氧化钛为防晒剂，纳米二氧化钛的粒径优选为20nm，二氧化钛纳米粒子由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有很强的阻隔能力，可提高涂料耐老化能力的同时，又不影响涂层透明的性质。
上述技术方案中，抗菌剂优选为lf-1194。lf-1194可以缓慢释放“正电纳米银”，牢牢吸附并穿透细菌、霉菌的细胞壁，破坏微生物电子传输系统、呼吸系统、物质传输系统从而迅速杀死菌体，当细菌体失去活性后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动。
本发明的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料的制备方法，为本领域常用方法，优选为：
步骤一、按照组成和重量份，称取聚多元醇、扩链剂、催化剂、附着力促进剂、流平剂、润湿剂、防晒剂、抗菌剂和溶剂，混合均匀，得到涂料a剂；
步骤二、按照组成和重量份，取脂肪族二异氰酸酯，得到涂料b剂。
本发明的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料在使用时，将涂料a剂和涂料b剂倒入搅拌反应釜中，控温24-26℃反应2-3h，优选25℃反应2h，静置20-30min除气泡，涂覆后，固化，得到高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂层。
在本发明中所使用的术语，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，除非另有说明。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、装置、仪器、设备等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料，组成为：聚氧四亚甲基二醇(ptmg、分子量650)11.09重量份、1,2,4-丁三醇8.87重量份、辛酸亚锡0.13重量份、双酚a型环氧树脂2.06重量份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷0.03重量份、聚醚改性聚有机硅氧烷0.26重量份、纳米二氧化钛0.50重量份(粒径为20nm)、抗菌剂1.03重量份、n,n二甲基甲酰胺44.36重量份、异佛尔酮二异氰酸酯31.66重量份；该聚氨酯透明涂料固化后，聚氨酯硬段含量为78.52％。
实施例2
本高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料，组成为：聚氧化丙烯二醇(ppg分子量400)12.96重量份、1,2,4-丁三醇7.78重量份、二丁基锡二月桂酸酯0.11重量份、双酚a型环氧树脂1.79重量份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷0.02重量份、聚醚改性聚有机硅氧烷0.22重量份、纳米二氧化钛0.45重量份(粒径为20nm)、抗菌剂0.89重量份、n,n二甲基甲酰胺51.84重量份、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)23.94重量份。该聚氨酯透明涂料固化后，聚氨酯硬段含量为70.99％。
实施例3
高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料，组成为：聚碳酸酯多元醇(pcdl，分子量550)11.51重量份、1,2,4-丁三醇6.91重量份、三乙胺0.13重量份、双酚a型环氧树脂2.00重量份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷0.03重量份、聚醚改性聚有机硅氧烷0.25重量份、纳米二氧化钛0.50重量份(粒径为20nm)、抗菌剂1.00重量份、n,n二甲基甲酰胺46.02重量份、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)31.65重量份。该聚氨酯透明涂料固化后，聚氨酯硬段含量为77.01％。
实施例4
高附着力耐环境侵蚀的聚氨酯透明涂料，组成为：聚己内酯多元醇(pcl,分子量850)8.33重量份、乙二醇13.32重量份、四甲基丁二胺0.14重量份、双酚a型环氧树脂2.17重量份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷0.03重量份、聚醚改性聚有机硅氧烷0.27重量份、纳米二氧化钛(粒径为20nm)0.54重量份、抗菌剂1.08重量份、n,n二甲基甲酰胺41.63重量份、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)32.50重量份。该聚氨酯透明涂料固化后，聚氨酯硬段含量为84.62％。
实施例1-4的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料的制备方法参照具体实施方式。
将实施例1-4的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料的涂料a剂和涂料b剂倒入搅拌反应釜中，控温25℃反应2h，静置30min除气泡，涂覆在聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)板上后，固化，得到高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂层。对得到的聚氨酯透明涂层进行附着力检测，检测标准为astmd3359-17，检测结果如表1所示。
表1实施例1-4的高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料固化后的性能
从表1可以看出，本发明高附着力耐环境侵蚀聚氨酯透明涂料固化后得到的涂层在高温、低温、湿热环境、冷热冲击、淋雨、盐雾、太阳辐照、霉菌处理等条件下附着力均没有下降，依然保持5b。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的的技术方案，均应在本发明的保护范围内。