动车组车辆外表面用高耐候抗风沙自清洁水性涂料及其制备方法与流程

本发明涉及一种动车组车辆外表面用高耐候抗风沙自清洁水性涂料及其制备方法，属于水性涂料领域。

背景技术：

1、国内，各型动车组车辆在大江南北运营，服役运行环境、气候复杂多变，时常经受严寒酷暑、不良环境污染物及大颗粒沙尘的考验；为了保证车身干净美观，清洗运行过程粘附的污染物一般会使用带腐蚀性的清洗剂，这种清洗方式对车身漆膜寿命带来负面作用，清洗后的污水会影响环境，所以开发一种既满足动车组车辆外表面防护性要求又符合自清洁要求的功能型环保涂料就成为十分必要的研究课题。

2、现有水性涂料技术，不能兼顾动车组车辆外表面特殊的防护性和自清洁的双重要求，要在满足动车组车辆外表面对物理机械、耐候性、防护性等基本性能的高标准要求的条件下，同时具备出色自清洁功能的水性涂料及其涂层是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种动车组车辆外表面用高耐候抗风沙自清洁水性涂料及其制备方法，制得的水性涂料环保安全、施工性优良，涂层防护性佳、表面能低、耐玷污性好，具备动车组车辆外表面要求的耐候性、抗风沙和自清洁功能，能够降低车辆清洗频次和强度，极易达到清洁效果，还可以延长车辆使用寿命。本发明产品也可用于高温酷寒交替、风沙雨雪侵蚀等苛刻环境条件下服役的有自清洁要求装备表面。

2、本发明以特定制备工艺和预聚法自乳化制得的有机硅嵌段聚氨酯预聚体为固化剂（包括聚酯多元醇或聚醚多元醇、端羟基硅油、蓖麻油、催化剂、脂肪族异氰酸酯、扩链剂、亲水剂组分）和以羟基丙烯酸分散体为主的主剂（包括羟基丙烯酸分散体、低表面能助剂、颜料填料、助剂、去离子水组分）混合后发生固化交联反应，形成以丙烯酸聚氨酯成膜物质为连续相，以功能型组分、颜填料为分散相的混合体，是涂层防护性的基本物质基础，丙烯酸聚氨酯的固有结构特性使得涂层具备耐候性、耐磨性和耐腐蚀性等性能，提供足够的硬度，保证抗风沙性能；交联反应形成的硅氧类基团和融入良好分散体系的低表面能助剂会均匀镶嵌到水性涂料涂装后的混合体涂层表面，形成一种表面能比较低的界面，可以保证持久有效的自清洁效果。

3、本发明提供了一种动车组车辆外表面用高耐候抗风沙自清洁水性涂料，其组成为：

4、水性涂料包括a组分和b组分；a组分是由以下质量比的原料：聚酯多元醇或聚醚多元醇20-30份、端羟基硅油30-40份、蓖麻油20-30份、催化剂0.2-0.5份、脂肪族异氰酸酯40-50份、扩链剂3-5份，亲水剂5.5-6.5份，采用预聚体自乳化制备得到的有机硅嵌段聚氨酯预聚体；b组分包括以下质量比的原料：羟基丙烯酸分散体50-70份、低表面能助剂5-7份、颜料填料10-15份、助剂8.3-12.7份、余量为去离子水，b组分共计100份；所述水性涂料中a组分和b组分的质量比为1：3-6。

5、进一步地，a组分中，所述聚酯多元醇包括赢创德固赛的oxyester® t 1136或dynacoll 7250；所述聚醚多元醇包括陶氏的voranol 4000lm或voranol tm 230-112；端羟基硅油为道康宁羟基硅油pmx-0930；蓖麻油包括印度或泰国进口精制蓖麻油；催化剂为二月桂酸二丁基锡；脂肪族异氰酸酯包括拜耳公司的desmodur® n3390 或万华公司的wannate® ht-100；扩链剂为乙二胺；亲水剂包括二羟基半酯或2，2-二羟甲基丙酸。b组分中，羟基丙烯酸分散体包括仕全兴的2218或海豚新材料的h-2135；低表面能助剂包括浙江建科新材料有限公司的ld疏水性纳米界面剂或德国沃克尔的vok-66助剂；颜料填料和助剂无特定要求，颜料为各种具有高耐候性的无机颜料和有机颜料，填料为沉淀硫酸钡；助剂包括分散剂、消泡剂、润湿剂、助溶剂、流平剂和增稠剂。

6、进一步地，所述分散剂为改性聚丙烯酸酯聚合物分散剂；所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述润湿剂为非离子氟类聚合物润湿剂，所述助溶剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、丙二醇的混合物（三种的质量比为：2∶1∶1），所述流平剂为丙烯酸酯类流平剂，所述增稠剂为缔合型增稠剂。所述颜料包括3~5份二氧化钛无机颜料、4份有机颜料；所述填料包括3~6份沉淀硫酸钡填料。

7、本发明提供了上述动车组车辆外表面用高耐候抗风沙自清洁水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

8、第一步：制备a组分有机硅嵌段聚氨酯预聚体，包括下述步骤：

9、①先将20-30份聚酯多元醇或聚醚多元醇,30-40份端羟基硅油和20-30份蓖麻油加入反应容器中混合均匀，记为第一混合物；

10、②将0.2-0.5份催化剂、5.5-6.5份亲水剂和40-50份脂肪族异氰酸酯混合，记为第二混合物，充入氮气保护；

11、将第一混合物滴加到第二混合物中，升温至70-80℃反应1-1.5h，得到有机硅嵌段的聚氨酯预聚物；

12、③将上述预聚物降温至40-45℃后，分散到三乙胺的水溶液（质量浓度为33%）进行中和反应，至反应终点（ph值为7.0-8.0）后体系降温至3-8℃，加3-5份乙二胺扩链剂进行扩链反应，制备出稳定的a组分有机硅嵌段聚氨酯预聚体。

13、第二步，制备b组分，包括下述步骤：

14、①将1.0-1.5份分散剂、0.1-0.2份消泡剂、0.8-1.2份润湿剂、10-15份颜料填料和部分去离子水分散搅拌均匀为浆料；

15、②研磨浆料至细度≤10µm，研磨时浆料温度不超过40℃；

16、③加入50-70份羟基丙烯酸分散体、5-7份低表面能助剂、1.5-2.0份分散剂、0.1-0.2份消泡剂、3.0-4.0份助溶剂、0.3-0.6份流平剂、1.5-3.0份增稠剂，去离子水补足整100份，调节粘度指标符合要求：iso6#杯/25℃ 30-40s，制得b组分。

17、第三步，a组分固化剂和b组分主剂以质量比为1：3-6混合搅拌均匀，喷涂于前道涂层（本发明是配合底漆使用）后发生固化交联反应（喷涂到设备后才开始反应），制备得到高耐候抗风沙自清洁水性涂料涂层。

18、本发明提供了上述高耐候抗风沙自清洁水性涂料在动车组车辆外表面喷涂的应用。

19、用上述涂料涂装的动车组车辆外表面，不仅具备耐候性、抗风沙等基本防护性能，而且有很好的自清洁功能，运行时粘附的污染物很少，清洗时不需要清洗剂，只要高压水就可以清洗干净，这样既保护漆膜，延长使用寿命，又减少对环境的影响。

20、与现有技术相比，本发明提供了一种动车组车辆外表面用高耐候抗风沙自清洁水性涂料及其制备方法，带来的有益效果：

21、①采用特定制备工艺和预聚法自乳化制得有机硅嵌段聚氨酯预聚体树脂固化剂，和以羟基丙烯酸主剂交联固化反应得到双组分水性丙烯酸聚氨酯涂层，可用于动车组车辆外表面；

22、②聚氨酯成膜物质树脂体系和颜料填料体系提供耐候性、耐腐蚀性、耐磨性和高硬度，使得涂层具备高耐候和抗风沙的防护功能；

23、③交联反应形成的硅氧类基团和低表面能助剂均匀分散到水性涂料涂装后的涂层表面，属于一种表面能比较低的界面，可以保证涂层持久有效的自清洁效果。