一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料、制备方法及其应用
阅读说明：本技术 一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料、制备方法及其应用 (High-wear-resistance weather-resistant corrosion-resistant coating for locomotive, and preparation method and application thereof ) 是由 冯刚 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料、制备方法及其应用。所述机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料,包含A和B组份,按重量份数,所述A组分包含：超支化改性天门冬氨酸树脂20-40、聚氨酯丙烯酸酯5-10、聚丙烯酸酯20-30、流平剂0.1-1.5、消泡剂0.1-1,所述B组分包含：异氰酸酯50-80、核壳结构的活性纳米氧化硅10-30、光稳定剂0.5-1.5。所述制备方法包括步骤：(1)按重量份数称取、混合均匀物料,得到A组分和B组分；(2)将A组分和B组分按照体积比1：1分别装入各自的容器中,密封保存。本发明的机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料可用于机车的底漆、中漆和面漆。本发明产品降低了对于设备的磨损,也保证了涂层最终的防护性能。(The invention provides a high-wear-resistance weather-proof corrosion-resistant coating for a locomotive, a preparation method and application thereof. The high-wear-resistance weather-resistant corrosion-resistant coating for the locomotive comprises a component A and a component B, wherein the component A comprises the following components in parts by weight: 20-40 parts of hyperbranched modified aspartic acid resin, 5-10 parts of polyurethane acrylate, 20-30 parts of polyacrylate, 0.1-1.5 parts of leveling agent and 0.1-1 part of defoaming agent, wherein the component B comprises: 50-80 parts of isocyanate, 10-30 parts of active nano silicon oxide with a core-shell structure and 0.5-1.5 parts of light stabilizer. The preparation method comprises the following steps: (1) weighing and mixing the materials uniformly according to the parts by weight to obtain a component A and a component B; (2) mixing the component A and the component B according to a volume ratio of 1: 1, respectively filling the containers into respective containers, and sealing and storing the containers. The high wear-resistant weather-resistant corrosion-resistant coating for the locomotive can be used for the primer, the intermediate coat and the finish coat of the locomotive. The product of the invention reduces the abrasion to equipment and also ensures the final protective performance of the coating.)
技术领域
本发明涉及机车油漆领域，具体涉及一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料、制备方法及其应用。
背景技术
近年来，汽车成为人们生活的重要组成部分。汽车上保护用的涂料，主要保护车体表面，防止车身被雨水腐蚀以延长汽车的使用寿命。
汽车涂料的作用：(1)美化车的外观：要求漆膜丰满，具有很好的金属感；(2便于施工：汽车漆一般系多层涂装，因靠单层涂装一般达不到良好的性能，所以要求各涂层之间附着力好，无缺陷；(3)极好的机械性能：适应汽车的高速、多震和应变，要求漆膜的附着力好、坚硬柔韧、耐冲击、耐弯曲、耐划伤、耐摩擦等性能优越；(4)极好的耐擦洗性、耐污性和良好的可修补性。(5)极好的耐候性耐腐蚀性，能适用于各种温度、曝晒及风雨侵蚀，在各种气候条件下保持不失光、不变色、不起泡、不开裂、不脱落、不粉化、不锈蚀，漆膜的使用寿命一般大于10年。但是汽车车身都是金属材料制造而成，而金属材料比较难于牢固的附着涂料，从而极大降低涂料对金属的保护作用。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料、制备方法及其应用，本发明通过对天门冬氨酸树脂进行特定的超支化改性和表面改性纳米氧化硅得到的核壳结构，不仅使其物料中的主体树脂和无机填料等具有更多的反应活性点，而且反应活性更为温和，参与固化反应更为均衡或均匀，可产生较小的固化应力，与金属的粘结力也更强，而且硅在分子中嵌段的存在以及核壳结构的纳米氧化硅极大改善涂料的耐温性、耐磨性、耐腐蚀性和耐候性。
基于此，在第一方面，本发明提供了一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料，包含A和B组份，按重量份数，所述A组分包含：
所述B组分包含：
异氰酸酯 50-80
核壳结构的活性纳米氧化硅 10-30
光稳定剂 0.5-1.5
可选的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和HDI三聚体中的一种或其中多种的组合。
可选的，所述核壳结构的活性纳米氧化硅的制备方法，包括如下步骤：(1)按重量份数，将100份纳米氧化硅放入无水乙醇中，球磨后过滤，纳米氧化硅继续球磨控温，温度为110-120℃°，时间1-5h，得到预处理纳米氧化硅；(2)在预处理纳米氧化硅中继续加入10份异氰酸酯，继续球磨并控温100-110℃°，时间0.5-2h，然后保持球磨继续加入丁二胺，反应时间0.5-1h，继续逐滴加入马来酸二丁酯，滴加完毕后，球磨0.5-1h，得到核壳结构的活性纳米氧化硅。
可选的，所述超支化改性天门冬氨酸树脂的制备方法，包括如下步骤：(1)在惰性气体保护的反应釜中，加入质量浓度10-30％的三氯硅烷乙醇溶液，搅拌状态下逐滴加入去离子水，去离子水与三氯硅烷的摩尔比为1:3，在温度75-85℃的条件下反应0.5-1小时，再加入二异氰酸酯，继续反应0.5-1小时，得到预反应液；(2)水冷控制反应釜的温度在15-20℃范围内，搅拌状态下在上述预反应液中逐滴加入脂肪族伯二胺封端，得到硅嵌段支化改性有机二胺反应液；(3)在上述硅嵌段支化改性有机二胺反应液中用滴定漏斗缓慢滴加二烷基马来酸酯，滴加完毕后，升温至90-100℃恒温反应10-15h，然后去除和回收溶剂，最终得到超支化改性天门冬氨酸树脂。
可选的，所述超支化改性天门冬氨酸树脂的反应程度，用硫醇-碘滴定分析法测定。
可选的，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯以及苯二甲基二异氰酸酯中的一种或组合；所述脂肪族伯二胺为六亚甲基二胺、丁二胺、己二胺、2,2,4-三甲基-1,6-丁二胺、4,4’-二氨基二环己基甲烷和3,3-二甲基-4,4-二氨基双环己基甲烷中的一种或组合；所述二烷基马来酸酯为马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二异丁酯、马来酸二丁酯、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二丙酯和富马酸二丁酯中的一种或多种；
在第二方面，本发明提供了一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料的制备方法，包括步骤：(1)按重量份数称取、混合均匀物料，得到A组分和B组分；(2)将A组分和B组分按照体积比1：1分别装入各自的容器中，密封保存。
在第三方面，本发明提供了一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料的使用方法，包括步骤：(1)将所述A和B组分，按体积比装入混胶机，混合均匀，涂布于机车的基材上，形成未固化的漆膜；(2)固化所述漆膜，使其完全固化交联。
可选的，所述涂布为喷涂。
在第四方面，本发明的机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料可用于机车的底漆、中漆和面漆。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过三氯硅烷在乙醇溶液中的水解生成三羟基硅烷(SiH(OH)3)，SiH(OH)3与二异氰酸酯(OCN-R-NCO)反应生成SiH(O-CONH-R-NCO)3,再与脂肪族伯二胺反应生成SiH(O-CONH-R-NHCO-NH-R’-NH2)3,最终其中的伯胺基(-NH2)与二烷基马来酸酯的双键发生迈克尔加成反应，得到含有多个仲胺基(-NH-)的超支化改性天门冬氨酸树脂。该超支化改性天门冬氨酸树脂具有更多的温和的反应活性点，参与固化反应更为均衡，固化反应均匀，产生较小的固化应力、粘结力也更强。另外，硅在分子中嵌段的存在，极大改善涂料的耐温性、耐磨性、耐腐蚀性和耐候性。
2、针对机车涂料的应用要求，对纳米氧化硅进行表面改性，使其具有与主体树脂性质类似的树脂和可发生反应的双键基团，能和主体材料具有相对平衡的反应活性，能更好的参与固化反应，最终使涂料各项性能指标更为优异。
3、本发明产品是双组分，A、B组分体积比是1：1，这样喷涂设备的运转更稳定，涂料的喷涂配比更稳定，即降低了对于设备的磨损，也保证了涂层最终的防护性能。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
根据本发明的机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料包含A和B组份，按重量份数，所述A组分包含：
所述B组分包含：
异氰酸酯 50-80
核壳结构的活性纳米氧化硅 10-30
光稳定剂 0.5-1.5
在根据本发明的一实施例中，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和HDI三聚体中的一种或其中多种的组合。
在根据本发明的一实施例中，所述核壳结构的活性纳米氧化硅的制备方法，包括如下步骤：(1)按重量份数，将100份纳米氧化硅放入无水乙醇中，球磨后过滤，纳米氧化硅继续球磨控温，温度为110-120℃°，时间1-5h，得到预处理纳米氧化硅；(2)在预处理纳米氧化硅中继续加入10份异氰酸酯，继续球磨并控温100-110℃°，时间0.5-2h，然后保持球磨继续加入丁二胺，反应时间0.5-1h，继续逐滴加入马来酸二丁酯，滴加完毕后，球磨0.5-1h，得到核壳结构的活性纳米氧化硅。
在根据本发明的一实施例中，所述超支化改性天门冬氨酸树脂的制备方法，包括如下步骤：(1)在惰性气体保护的反应釜中，加入质量浓度10-30％的三氯硅烷乙醇溶液，搅拌状态下逐滴加入去离子水，去离子水与三氯硅烷的摩尔比为1:3，在温度75-85℃的条件下反应0.5-1小时，再加入二异氰酸酯，继续反应0.5-1小时，得到预反应液；(2)水冷控制反应釜的温度在15-20℃范围内，搅拌状态下在上述预反应液中逐滴加入脂肪族伯二胺封端，得到硅嵌段支化改性有机二胺反应液；(3)在上述硅嵌段支化改性有机二胺反应液中用滴定漏斗缓慢滴加二烷基马来酸酯，滴加完毕后，升温至90-100℃恒温反应10-15h，然后去除和回收溶剂，最终得到超支化改性天门冬氨酸树脂。
在根据本发明的一实施例中，所述超支化改性天门冬氨酸树脂的反应程度，用硫醇-碘滴定分析法测定。
在根据本发明的一实施例中，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯以及苯二甲基二异氰酸酯中的一种或组合；所述脂肪族伯二胺为六亚甲基二胺、丁二胺、己二胺、2,2,4-三甲基-1,6-丁二胺、4,4’-二氨基二环己基甲烷和3,3-二甲基-4,4-二氨基双环己基甲烷中的一种或组合；所述二烷基马来酸酯为马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二异丁酯、马来酸二丁酯、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二丙酯和富马酸二丁酯中的一种或多种；
根据本发明的机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料的制备方法包括步骤：(1)按重量份数称取、混合均匀物料，得到A组分和B组分；(2)将A组分和B组分按照体积比1：1分别装入各自的容器中，密封保存。
根据本发明的机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料的使用方法包括步骤：(1)将所述A和B组分，按体积比装入混胶机，混合均匀，涂布于机车的基材上，形成未固化的漆膜；(2)固化所述漆膜，使其完全固化交联。
在根据本发明的一实施例中，所述涂布为喷涂。
根据本发明的机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料可用于机车的底漆、中漆和面漆。
接下来对本发明的制备方法进行说明，本发明的制备方法具体包括以下步骤：
(一)制备超支化改性天门冬氨酸树脂：
(1)在惰性气体保护的反应釜中，加入质量浓度10-30％的三氯硅烷乙醇溶液，搅拌状态下逐滴加入去离子水，去离子水与三氯硅烷的摩尔比为1:3，在温度75-85℃的条件下反应0.5-1小时，再加入二异氰酸酯，继续反应0.5-1小时，得到预反应液；(2)水冷控制反应釜的温度在15-20℃范围内，搅拌状态下在上述预反应液中逐滴加入脂肪族伯二胺封端，得到硅嵌段支化改性有机二胺反应液；(3)在上述硅嵌段支化改性有机二胺反应液中用滴定漏斗缓慢滴加二烷基马来酸酯，滴加完毕后，升温至90-100℃恒温反应10-15h，然后去除和回收溶剂，用硫醇-碘滴定分析法测定反应程度，最终得到超支化改性天门冬氨酸树脂。
(二)制备核壳结构的活性纳米氧化硅：
(1)按重量份数，将100份纳米氧化硅放入无水乙醇中，球磨后过滤，纳米氧化硅继续球磨控温，温度为110-120℃°，时间1-5h，得到预处理纳米氧化硅；(2)在预处理纳米氧化硅中继续加入10份异氰酸酯，继续球磨并控温100-110℃°，时间0.5-2h，然后保持球磨继续加入丁二胺，反应时间0.5-1h，继续逐滴加入马来酸二丁酯，滴加完毕后，球磨0.5-1h，得到核壳结构的活性纳米氧化硅。
(三)制备涂料：
(1)按重量份数，称取并混合超支化改性天门冬氨酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、流平剂和消泡剂，得到混合物料；将上述混合物料在高速搅拌机中，常温混合均匀，得到A组分；所述A组分组成为：超支化改性天门冬氨酸树脂20-40份，聚氨酯丙烯酸酯5-10份，聚丙烯酸酯20-30份，流平剂0.1-1.5份，消泡剂0.1-1份；
(2)按重量比例称取物料异氰酸酯，二异氰酸酯预聚物、消泡剂和流平剂，混合并常温球磨均匀，得到B组份；所述B组分组成为：异氰酸酯50-80份，核壳结构的活性纳米氧化硅10-30份，光稳定剂0.5-1.5份。
以下结合具体实施例对本发明的机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料、制备方法及其应用做具体说明。
所用主要原材料及设备：在未指明情况下，各实施例和对比例的原料和设备相同；未指明具体型号或种类的物料，来源于市场采购的同一型号，例如：流平剂为BYK361，光稳定剂为292，消泡剂为氨基改性聚二甲基硅氧烷。
实施例1
(一)制备超支化改性天门冬氨酸树脂：
(1)在氮气保护的反应釜中，加入质量浓度10％的三氯硅烷乙醇溶液，搅拌状态下逐滴加入去离子水，去离子水与三氯硅烷的摩尔比为1:3，在温度75℃的条件下反应0.5小时，再加入二异氰酸酯，继续反应0.5小时，得到预反应液；(2)水冷控制反应釜的温度在15℃范围内，搅拌状态下在上述预反应液中逐滴加入脂肪族伯二胺封端，得到硅嵌段支化改性有机二胺反应液；(3)在上述硅嵌段支化改性有机二胺反应液中用滴定漏斗缓慢滴加二烷基马来酸酯，滴加完毕后，升温至90℃恒温反应10h，然后去除和回收溶剂，用硫醇-碘滴定分析法测定反应程度，最终得到超支化改性天门冬氨酸树脂。
(二)制备核壳结构的活性纳米氧化硅：
(1)按重量份数，将100份纳米氧化硅放入无水乙醇中，球磨后过滤，纳米氧化硅继续球磨控温，温度为110℃°，时间1-5h，得到预处理纳米氧化硅；(2)在预处理纳米氧化硅中继续加入10份异氰酸酯，继续球磨并控温100℃°，时间0.5-2h，然后保持球磨继续加入丁二胺，反应时间0.5h，继续逐滴加入马来酸二丁酯，滴加完毕后，球磨0.5h，得到核壳结构的活性纳米氧化硅。
(三)制备涂料：
(1)按重量份数，称取并混合超支化改性天门冬氨酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、流平剂和消泡剂，得到混合物料；将上述混合物料在高速搅拌机中，常温混合均匀，得到A组分；所述A组分组成为：超支化改性天门冬氨酸树脂20份，聚氨酯丙烯酸酯5份，聚丙烯酸酯20份，流平剂0.1份，消泡剂0.1份；
(2)按重量比例称取物料异氰酸酯，二异氰酸酯预聚物、消泡剂和流平剂，混合并常温球磨均匀，得到B组份；所述B组分组成为：异氰酸酯50份，核壳结构的活性纳米氧化硅10份，光稳定剂0.5份。
实施例2
(一)制备超支化改性天门冬氨酸树脂：
(1)在惰性气体保护的反应釜中，加入质量浓度30％的三氯硅烷乙醇溶液，搅拌状态下逐滴加入去离子水，去离子水与三氯硅烷的摩尔比为1:3，在温度85℃的条件下反应1小时，再加入二异氰酸酯，继续反应1小时，得到预反应液；(2)水冷控制反应釜的温度在20℃范围内，搅拌状态下在上述预反应液中逐滴加入脂肪族伯二胺封端，得到硅嵌段支化改性有机二胺反应液；(3)在上述硅嵌段支化改性有机二胺反应液中用滴定漏斗缓慢滴加二烷基马来酸酯，滴加完毕后，升温至100℃恒温反应15h，然后去除和回收溶剂，用硫醇-碘滴定分析法测定反应程度，最终得到超支化改性天门冬氨酸树脂。
(二)制备核壳结构的活性纳米氧化硅：
(1)按重量份数，将100份纳米氧化硅放入无水乙醇中，球磨后过滤，纳米氧化硅继续球磨控温，温度为120℃°，时间1-5h，得到预处理纳米氧化硅；(2)在预处理纳米氧化硅中继续加入10份异氰酸酯，继续球磨并控温110℃°，时间2h，然后保持球磨继续加入丁二胺，反应时间1h，继续逐滴加入马来酸二丁酯，滴加完毕后，球磨0.5-1h，得到核壳结构的活性纳米氧化硅。
(三)制备涂料：
(1)按重量份数，称取并混合超支化改性天门冬氨酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、流平剂和消泡剂，得到混合物料；将上述混合物料在高速搅拌机中，常温混合均匀，得到A组分；所述A组分组成为：超支化改性天门冬氨酸树脂40份，聚氨酯丙烯酸酯10份，聚丙烯酸酯30份，流平剂1.5份，消泡剂1份；
(2)按重量比例称取物料异氰酸酯，二异氰酸酯预聚物、消泡剂和流平剂，混合并常温球磨均匀，得到B组份；所述B组分组成为：异氰酸酯80份，核壳结构的活性纳米氧化硅30份，光稳定剂1.5份。
实施例3
(一)制备超支化改性天门冬氨酸树脂：
(1)在惰性气体保护的反应釜中，加入质量浓度20％的三氯硅烷乙醇溶液，搅拌状态下逐滴加入去离子水，去离子水与三氯硅烷的摩尔比为1:3，在温度80℃的条件下反应0.8小时，再加入二异氰酸酯，继续反应0.8小时，得到预反应液；(2)水冷控制反应釜的温度在18℃范围内，搅拌状态下在上述预反应液中逐滴加入脂肪族伯二胺封端，得到硅嵌段支化改性有机二胺反应液；(3)在上述硅嵌段支化改性有机二胺反应液中用滴定漏斗缓慢滴加二烷基马来酸酯，滴加完毕后，升温至95℃恒温反应12h，然后去除和回收溶剂，用硫醇-碘滴定分析法测定反应程度，最终得到超支化改性天门冬氨酸树脂。
(二)制备核壳结构的活性纳米氧化硅：
(1)按重量份数，将100份纳米氧化硅放入无水乙醇中，球磨后过滤，纳米氧化硅继续球磨控温，温度为115℃°，时间3h，得到预处理纳米氧化硅；(2)在预处理纳米氧化硅中继续加入10份异氰酸酯，继续球磨并控温105℃°，时间1.2h，然后保持球磨继续加入丁二胺，反应时间0.8h，继续逐滴加入马来酸二丁酯，滴加完毕后，球磨0.8h，得到核壳结构的活性纳米氧化硅。
(三)制备涂料：
(1)按重量份数，称取并混合超支化改性天门冬氨酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、流平剂和消泡剂，得到混合物料；将上述混合物料在高速搅拌机中，常温混合均匀，得到A组分；所述A组分组成为：超支化改性天门冬氨酸树脂30份，聚氨酯丙烯酸酯8份，聚丙烯酸酯25份，流平剂0.8份，消泡剂0.5份；
(2)按重量比例称取物料异氰酸酯，二异氰酸酯预聚物、消泡剂和流平剂，混合并常温球磨均匀，得到B组份；所述B组分组成为：异氰酸酯65份，核壳结构的活性纳米氧化硅20份，光稳定剂1份。
对比例1
除天门冬氨酸树脂未改性外，其他与实施例3相同。
对比例2
纳米氧化硅的改性剂为常见的KH550外，其他与实施例3相同。
对比例3
除天门冬氨酸树脂未改性以及纳米氧化硅的改性剂为常见的KH550外，其他与实施例3相同。
性能测试
样品制作：取一块马口铁，用2000#碳化硅砂纸打磨去除表面的铁锈和脏污，用无水乙醇清洗；在马口铁上涂覆上述实施例和对比例所得的涂料，保持干膜厚度达到20微米，在100℃烘烤30分钟，性能测试结果如下表所示：
由此可知，本发明制备的一种机车用高耐磨耐候耐腐蚀涂料，通过对天门冬氨酸树脂进行特定的超支化改性和纳米氧化硅的核壳结构改性，极大改善涂料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐候性。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
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