本發(fā)明屬于水性工業(yè)漆用乳液技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種高硬度水性聚氨酯分散液的制備方法。

背景技術(shù)：
從20世紀90年代初開始，世界發(fā)達國家便開始了“綠色革命”，帶動涂料產(chǎn)業(yè)向“綠色”產(chǎn)品方向大步邁進。進入21世紀以來，隨著環(huán)保法規(guī)的進一步完善，以減輕地球負荷為目的而開展的低VOC排放的水性涂料的研究，正日趨成為研發(fā)的重點。傳統(tǒng)的油性工業(yè)漆大量的排放有機物，一方面直接影響人們的身體健康；另一方面它會在空氣中與其它化學物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，形成PM2.5，造成大氣污染，每年的溶劑型涂料在使用過程中所排放有機揮發(fā)物形成的PM2.5，僅次于汽車尾氣對大氣造成的污染。而相比之下，水性工業(yè)漆具有無毒環(huán)保、無氣味、可揮發(fā)物少、不燃不爆等優(yōu)點，可以有效的解決溶劑型涂料所形成PM2.5的排放問題，因此工業(yè)漆的水性化將是大勢所趨。水性聚氨酯分散體因其漆膜豐滿、亮麗，具有優(yōu)異的耐腐性、耐化學藥品性、耐候性、耐水性、附著力好等優(yōu)點，但其硬度差、易劃傷、干燥慢等缺點，極大的限制了水性聚氨酯分散體在水性工業(yè)漆中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的無機材料與水性聚氨酯共混法，雖然能有效的解決水性聚氨酯漆膜硬度偏低的問題，但也在很大程度上影響了水性聚氨酯漆膜的耐水性能，無法從根本上解決問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高硬度水性聚氨酯分散體的制備方法，能夠在不影響漆膜耐水的前提下，有效解決水性聚氨酯分散體漆膜硬度低、易劃傷、干燥速度慢的問題。本發(fā)明的另一目的在于解決涂料生產(chǎn)過程中無機材料難于分散到水性樹脂中的問題，提高涂料的儲存穩(wěn)定性。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，其制備工藝步驟如下：1、將大分子多元醇加入到燒瓶中，在溫度100-140℃，真空度在0.01-0.04MPa的條件下脫水1-3小時，降溫到30-90℃；2、將與大分子多元醇重量比為1:1.5-50的多異氰酸酯加入燒瓶中，通氮氣保護，在60-100℃下反應(yīng)1-2小時，反應(yīng)過程中采用二正丁胺滴定法來判斷反應(yīng)終點；3、在40-70℃下向燒瓶中加入與大分子多元醇重量比為1:0.1-0.8的親水擴鏈劑、占分散體質(zhì)量分數(shù)為0.1-2%的小分子擴鏈劑和占分散體質(zhì)量分數(shù)0.01-0.1%催化劑，然后在70-85℃下反應(yīng)2-4小時；4、降溫至40-70℃，加入占分散體質(zhì)量分數(shù)20-80%溶劑降低體系粘度，繼續(xù)反應(yīng)1-2小時；5、降溫至10-40℃，加入占分散體質(zhì)量分數(shù)的0.5-5%的硅烷偶聯(lián)劑，反應(yīng)10-100分鐘，得到聚氨酯預(yù)聚體；6、在攪拌速度為300-1500rpm的攪拌條件下，在聚氨酯預(yù)聚體滴加與步驟(3)所述的親水擴鏈劑物質(zhì)的量比為1:0.8-1.2的中和劑，反應(yīng)1-10分鐘，得到中和的聚氨酯預(yù)聚體；7、在攪拌速度為300-1500rpm的攪拌條件下，在中和的聚氨酯預(yù)聚體中加入占分散體質(zhì)量分數(shù)10-50%、濃度為10-60wt%的納米無機材料水溶液，反應(yīng)1-10分鐘；8、在攪拌速度為300-1500rpm的攪拌條件下，繼續(xù)在上述的聚氨酯預(yù)聚體中，緩慢滴加占分散體質(zhì)量分數(shù)為60～70%的去離子水，最后再加入占分散體質(zhì)量分數(shù)的0.5-5%的后擴鏈劑反應(yīng)10-60分鐘，形成聚氨酯分散體；9、在真空度為0.01-0.04MPa條件下，于40-80℃反應(yīng)20-80分鐘，脫除反應(yīng)過程中所添加的溶劑，便可得到一種高硬度水性聚氨酯分散體。步驟(1)所述的大分子多元醇選自分子量為600-5000的聚醚多元醇、聚酯多元醇、磺化聚醚多元醇、磺化聚酯多元醇以及低支化度聚酯多元醇中的一種或多種量。步驟(2)所述的多異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯(TDI)、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、4,4'-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、六次甲基二異氰酸酯(HDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)和多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)中一種或多種。步驟(3)所述的親水擴鏈劑選自二羥甲基丙酸(DMPA)、二羥甲基丁酸(DMBA)、乙二胺基乙磺酸鈉和1,4-丁二醇-2-磺酸鈉中的一種或多種。步驟(3)所述的小分子擴鏈劑選自一縮二乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、己二醇、三羥甲基丙烷中的一種或多種。步驟(3)所述的催化劑選自二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、N,N一二甲基環(huán)已胺、三亞乙基二胺中的一種或多種。步驟(4)所述的溶劑選自丙酮、丁酮或甲苯中的一種或多種。步驟(5)所述的硅烷偶聯(lián)劑選自甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、苯胺甲基三甲氧基硅烷、苯胺基三乙氧基硅烷中的一種。步驟(6)所述的中和劑選自氫氧化鈉、氨水、三乙氨中的一種。步驟(7)所述的納米無機材料水溶液選自硅溶膠、納米二氧化硅水溶液、納米二氧化鋁水溶液、納米碳酸鈣水溶液中的一種。步驟(8)所述的后擴鏈劑選自乙二胺、已二胺、二亞乙基三胺和異佛爾酮二胺中的一種。本發(fā)明專利，通過原位聚合法，將納米無機材料與水性聚氨酯進行接枝反應(yīng)，利用納米無機材料水溶液中納米無機材料粒子表面的羥基與聚氨酯預(yù)聚體的異氰酸根的反應(yīng)活性，強于水與聚氨酯預(yù)聚體的異氰酸根的反應(yīng)活性，從而將納米無機材料接枝到水性聚氨酯分子鏈上，很好的實現(xiàn)了無機-有機材料的雜化反應(yīng)，既保證了漆膜的耐水性和附著力，又有效解決了水性聚氨酯漆膜硬度低、易劃傷和干燥速度慢等問題。因無機材料與有機材料的成膜機理不同，無機材料接枝到有機樹脂的分子鏈上，能有效提高水性工業(yè)漆的干燥速度。無機材料具有硬度高、耐老化、耐化學品好等優(yōu)勢，而有機材料具有耐水性好、光澤度高、附著力優(yōu)等優(yōu)勢，二者互相取長補短，達到有效的性能互補，從而能形成性能優(yōu)異的水性工業(yè)漆。本發(fā)明采用合理完善的操作步驟和工藝參數(shù)，使無機材料有效分散到水性樹脂中，提高了涂料的儲存穩(wěn)定性。具體實施方式下面通過實施例進一步描述本發(fā)明，但所述實施例僅用于說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。實施例1將分子量為2000的聚酯多元醇加入四頸燒瓶中，在溫度為120℃，真空度為0.02MPa的條件下，脫水2小時，降溫到60℃?zhèn)溆谩⒓妆蕉惽杷狨?TDI)和聚酯多元醇按重量比1:3脫水加入四頸燒瓶中，通氮氣保護，70℃下反應(yīng)2小時，降溫至60℃下加入與聚酯多元醇質(zhì)量比為1：0.2的二羥甲基丁酸、占分散體質(zhì)量分數(shù)4%的1,4丁二醇和占分散體質(zhì)量分數(shù)0.05%的二月桂酸二丁基錫，然后在80℃下反應(yīng)4小時；降溫到60℃，加入占分散體質(zhì)量分數(shù)20%的丙酮降低體系粘度，反應(yīng)1小時。繼續(xù)降溫至30℃，加入占分散體質(zhì)量分數(shù)1%的KH550，反應(yīng)20分鐘，在500rpm攪拌下迅速加入與二羥甲基丁酸的物質(zhì)的量比為1：1的三乙氨，隨后在攪拌速度為500rpm，依次加入占分散體質(zhì)量分數(shù)10%，濃度為30wt%納米二氧化硅水溶液以及占分散體質(zhì)量分數(shù)為70%的去離子水，再加入占分散體質(zhì)量分數(shù)為0.5%的乙二胺反應(yīng)10分鐘，形成聚氨酯分散體，最后將上述分散體在真空度為0.02MPa，溫度為60℃的條件下反應(yīng)60分鐘，脫除丙酮，得到水性聚氨酯分散體。將其涂于玻璃板上，漆膜厚度為20微米，其硬度≥2H，耐水120小時不發(fā)白，耐沸水15分鐘不發(fā)白，耐堿、耐醇1小時無異常，涂層透光率無變化。實施例2將分子量為2000的磺化聚酯多元醇加入四頸燒瓶中，在溫度為120℃，真空度為0.02MPa的條件下，脫水2小時，降溫到60℃?zhèn)溆?。將二苯基甲烷二異氰酸?MDI)和分子量為2000的聚酯多元醇按重量比1:4脫水加入四頸燒瓶中，通氮氣保護，70℃下反應(yīng)1小時，降溫至60℃加入與磺化聚酯多元醇質(zhì)量比為1：0.1二羥甲基丁酸、加入占分散體質(zhì)量分數(shù)為2%的一縮二乙二醇和占分散體質(zhì)量分數(shù)為0.02%的二月桂酸二丁基錫，然后在80℃下反應(yīng)4小時；加入占分散體質(zhì)量分數(shù)為45%的丙酮反應(yīng)30分鐘，降溫至30℃，加入占分散體質(zhì)量分數(shù)為2.5%硅烷偶聯(lián)劑KH560，反應(yīng)30分鐘，在攪拌速度為1300rpm，迅速加入與二羥甲基丁酸物質(zhì)的量比為1：1的三乙氨，隨后依次加入濃度為20wt%，占分散體質(zhì)量分數(shù)為10%的納米二氧化鈣水溶液以及占分散體質(zhì)量分數(shù)為60%的去離子水再加入占分散體質(zhì)量分數(shù)為1.5%的異佛爾酮二胺，反應(yīng)20分鐘，形成聚氨酯分散體，將上述分散體在真空度為0.02MPa，溫度為60℃條件下，反應(yīng)30分鐘脫除丁酮，得到水性聚氨酯分散體。將其涂于玻璃板上，漆膜厚度為10微米，其硬度達≥2H，耐水120小時不發(fā)白，耐沸水15分鐘不發(fā)白，耐堿、耐醇1小時無異常，涂層透光率無變化。