[发明专利]耐磨双组分水性聚氨酯涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨双组分水性聚氨酯涂料的制备技术，尤其是涉及耐磨双组分水性木器涂 料及其制备方法。

背景技术

聚合物的磨损主要有以下几种形式：粘着磨损(adhesive wear)、磨粒磨损(abrasive wear)、疲劳磨损(fatigue wear)及摩擦中的化学反应(tribo-chemical reaction)等。在实际 中几种磨损会同时发生，至于那一种磨损机理起主要作用，这是由聚合物自身的性质决定的， 并且热塑体，弹性体及复合材料等磨损机理各不相同。紧密接触，塑性变形以及摩擦热的形 成都会使两物质间产生粘着。对于聚合物-聚合物的滑动组，粘着磨损是最重要的磨损机理。 粘着强烈地依赖于表面界面特性。应该指出，分子形貌决定转移层厚度及转移的程度。光滑 的分子将在对应面形成一层薄、高度取向的转移膜，因此表现为粘着磨损率较低。另外，高 度交联的材料不易在对应面形成转移膜，这说明交联聚合物具有高的抗粘着磨损特性。

由于聚合物具有包容异物的能力，所以磨粒会在各种作用力综合作用下嵌入其表层，使 其表面成为粒子增强型或弥散增强型复合材料，耐磨性显著提高。当磨粒超过聚合物的包容 能力时，聚合物表面发生显微撕裂和变形，反复作用下，由于聚合物表层及内部存在气穴、 杂质等缺陷，机械作用造成分子链与分子间键断裂，以及表层、次表层内摩擦热的积聚引起 的链取向、相组织变化，均使裂纹萌生并扩展。裂纹最终将扩展到表面，使表面材料脱落， 产生磨粒磨损。

在聚合物复合材料中，填充材料可以显著改善基体的摩擦磨损特性，提高其机械性能和 使用寿命。然而，填充材料的种类、含量和性能以及环境因素等对聚合物复合材料的摩擦磨 损性能、力学性能及使用寿命影响很大。不同的填充材料对不同基体复合材料的影响不同。 目前广泛用于聚合物复合材料的耐磨填料主要有两大类，一种是无机粉状填料，另一种是纤 维(或纤维织物)填充材料。无机粉状填料主要有石墨、二硫化钼、铜粉、云母粉、高岭土 等；纤维(或纤维织物)填充材料有碳纤维、玻璃纤维及碳化硅纤维等。填充耐磨填料的方 法有共混法、溶胶-凝胶和聚合物基体原位聚合法。

共混法制备涂料主要可归纳为三步：首先，制备纳米粒子(表面处理)；其次，合成树 脂；最后，均匀混合两种物系。这种方法的优点在于操作简便，难点在于纳米粒子的分散。 因此除采用分散剂、偶联剂或表面活性剂等处理外，还可用高速分散或超声波辅助分散。共 混法主要包括溶液共混和乳液共混法，其中溶液共混的制备过程大致为：将基体树脂溶于良 溶剂中，加入纳米粒子，充分搅拌使之均匀分散，最后成膜、固化。乳液共混法要先制备聚 合物乳液，再与纳米粒子混合，然后成膜。

目前，实木地板的表面保护层基本上采用紫外光固化漆，虽然光泽亮丽，但耐磨度较低， 如不勤加维护，表面涂层三年就被磨损褪色，直至露底，失去原有的典雅华丽的美感，造成 实木地板使用价值的极大浪费，也影响了消费者的信心。实木地板的正常使用寿命一般可达 二三十年甚至更长，因此地板产业急需耐磨表面涂料。此外，树脂镜片眼镜较玻璃镜片轻便， 不易摔碎，易超薄，眼下非常流行。但树脂镜片常用的片基材料聚碳酸酯等光学透明树脂耐 磨性差，需涂覆透明耐磨涂料，才能长期保持光洁不雾化。然而，目前市场上的罩光漆、地 板漆属于仅含极少量无机填料的聚合物树脂漆，从其化学组成上看，不可能具有良好的耐磨 性，无法满足上述需经受磨耗考验的使用场所的要求。为了解决这一问题，各国的科研人员 开始对这些基材进行表面改性的研究，提出了很多的解决方案。人们考虑到无机玻璃具有较 好的耐磨性及耐划伤性，考虑在易磨损的基材表面涂上用气相法或真空沉降法生产的无机涂 料。这些涂料具有极高的耐磨性，然而应用这种涂料除成本较高外，还会因为基材与涂层的 热膨胀系数不同引起差的粘附性，尤其无机材料韧性差，易破碎，限制了其应用。

近年来，随着纳米技术的兴起，人们考虑将纳米材料应用于涂料。由于纳米材料具有的 特异的性能，可以大大改善涂料的性能，比如，高的耐磨性、紫外线屏蔽性、高的表面活性 等。加入无机纳米粒子，在保证涂层透明的同时，大幅度提高涂层的耐磨性。尤其应用纳米 材料改性的涂料可以用极薄的涂层(5μm左右)获得很高的耐磨性，其应用前景十分诱人。