脂肪族双组分化铣保护可剥涂料及其应用的制作方法

本发明涉及涂料领域，具体涉及脂肪族双组分化铣保护可剥涂料及其应用。

背景技术：

1、化学铣切（简称化铣）是一种利用化学腐蚀作用来去除金属表面材料的特种加工工艺。其基本原理是：首先将工件表面清洗干净，然后涂覆一层耐化学腐蚀的可剥性保护涂料（即化铣保护可剥涂料），接着根据加工需求将需要腐蚀区域的涂层剥离，最后将工件浸入特定的化学腐蚀溶液中，使裸露的金属表面按预定要求发生溶解，从而获得所需的形状、尺寸和精度。

2、化铣保护可剥涂料是一种专为化铣工艺设计的临时性防护涂层。在化铣加工过程中，它被涂覆在金属工件不需要被腐蚀的部位，能够像坚固的盾牌一样抵御强酸、强碱等化学溶液的侵蚀，同时防止工件在运输和施工中受到划伤或污染。当加工完成后，这层涂料可以被轻松、完整地剥离，且不会在工件表面留下任何残胶或痕迹。是化学铣切加工中控制成型的关键材料。

3、传统单组分溶剂型化铣保护可剥涂料固含量偏低，配方中大量使用高挥发性有机溶剂，voc含量可达70%以上。施工过程中挥发的有机溶剂不仅危害操作人员身体健康，还存在易燃易爆的安全隐患，且该类涂料干燥固化时间长达24h，严重制约航空构件加工生产效率，无法满足绿色环保与高效生产的行业发展需求。

4、目前，双组分异氰酸酯-胺类预聚物的合成普遍采用低温一步法制备工艺：即将多元醇、异氰酸酯等所有原料一次性投入反应容器，在70～90℃恒温、单一固定转速下长时间反应。该工艺虽操作简便，但存在显著技术缺陷：反应条件温和，反应周期长，易造成树脂分子链无规杂乱聚合，软硬段分布不均，分子量分布宽，同时一步法反应放热集中，批次间产品稳定性差，不利于工业化稳定生产。现有预聚物多采用低分子量普通聚醚多元醇进行增韧改性，制得的涂层韧性不足，化铣加工过程中难以抵抗内部应力与外部机械作用，易出现漆膜开裂、分层脱落等问题，进而造成基材腐蚀、航空零件报废。此外，现有体系常选用tdi、mdi类芳香族异氰酸酯，不仅原料毒性较高，固化后涂层易发生黄变，耐碱长效性不足；脂肪族异氰酸酯-聚天门冬氨酸酯具备常温快干、低黄变、耐化学腐蚀等优势，但现有该类体系仍存在助、溶剂选用不合理、存在挥发性组分以及组分之间匹配不合理的缺陷，易出现固化不完全、剥离效果不佳的问题。因此，开发一种快干且环保的双组分化铣保护可剥涂料是目前本领域急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，旨在克服传统单组分溶剂型化铣保护可剥涂料含有大量挥发性有机溶剂、干燥固化速度慢、环保性差的缺陷，提供一种适用于航空铝钛合金的无voc快干性脂肪族双组分化铣保护可剥涂料及其应用。本发明通过分步合成微支化中间体、反向滴加制备预聚物a组分并复配b组分，制备的涂料无挥发性有机溶剂，不产生voc排放，可在25℃常温条件下6h内深度固化，涂层耐强碱侵蚀、可完整剥离，满足航空构件化铣防护的常规使用要求。

2、本发明提供一种脂肪族双组分化铣保护可剥涂料，由a组分和b组分组成，a组分与b组分的质量比为1:0.9~1:1.2，可选地，a组分与b组分的质量比为1:0.9~1:1.1或1:0.95~1:1.1或1:0.95~1:1.2。

3、a组分为预聚物，其nco含量为14~18%，可选地，nco含量为14.1~15.2%或14~16%或14~15%。

4、a组分预聚物由以下重量百分比的原料制备：

5、异佛尔酮二异氰酸酯 12~16%

6、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯 39~45%

7、聚醚二元醇 24~32%

8、聚醚三元醇 2~4%

9、聚ε-己内酯二元醇 2~4%

10、助剂 2.0~2.5%

11、第一稀释剂 8~11%。

12、其中助剂、第一稀释剂为非挥发性物质。具体地，助剂为硅烷偶联剂，第一稀释剂为碳酸丙烯酯。更具体地，助剂为硅烷偶联剂yck-6010。

13、其中异佛尔酮二异氰酸酯为3-异氰酸酯基甲基-3,5,5-三甲基环己基二异氰酸酯，氢化二苯基甲烷二异氰酸酯为二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯。

14、其中具体地，聚醚二元醇为官能度为2、分子量为5000~6000的hsh-250和hsh-260中的一种或两种，聚醚三元醇为官能度为3、分子量为3000的ppg-3000，聚ε-己内酯二元醇为官能度为2、分子量为1000的pcl-210。

15、可选地，预聚物由以下重量百分比的原料制备：

16、异佛尔酮二异氰酸酯 12~14%

17、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯 39~42%

18、聚醚二元醇 29~32%

19、聚醚三元醇 2~3%

20、聚ε-己内酯二元醇 2%

21、助剂 2.0~2.5%

22、第一稀释剂 8~10.5%。

23、其中a组分预聚物的制备包括：

24、（1）聚醚多元醇混合脱水

25、依次将聚醚二元醇、聚醚三元醇和聚ε-己内酯二元醇投入反应容器中，升温至60℃，以转速700r/min混合搅拌10min；降低转速至400r/min，升温至120℃，在真空度≤-0.095mpa条件下恒温真空脱水1h，至体系水分含量≤0.05%；

26、（2）合成微支化中间体

27、脱水后通入氮气，降温至115℃，以转速900r/min搅拌的同时，缓慢滴入异佛尔酮二异氰酸酯，保持115℃反应45min后，降温至80℃出料制得羟基封端的微支化中间体；

28、（3）反向滴加合成目标nco预聚体

29、另取反应容器投入氢化二苯基甲烷二异氰酸酯并通入氮气，升温至115℃，以转速900r/min搅拌的同时，缓慢滴入所述微支化中间体，保持115℃反应30min后，检测nco含量达到14%~18%后，降温至40~50℃，依次加入助剂和第一稀释剂，以转速600r/min搅拌25min至体系均匀透明无分层，出料制得预聚物。

30、其中缓慢滴入异佛尔酮二异氰酸酯以及缓慢滴入微支化中间体均满足1h滴加完成，作为一个示例，采用滴液漏斗缓慢匀速滴加。

31、所述羟基封端的微支化中间体中含有氨基甲酸酯基结构，氨基甲酸酯基结构指分子链中含有-nh-coo-键的结构单元。

32、b组分由以下重量百分比的原料组成：

33、聚天门冬氨酸酯 40~50%

34、第二稀释剂 18~26%

35、超细片状滑石粉 20~30%

36、基材润湿剂 0.3~0.5%

37、消泡剂 0.4~0.8%。

38、其中第二稀释剂为非挥发性物质。具体地，第二稀释剂为对苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二异壬酯中的一种。

39、其中具体地，聚天门冬氨酸酯为f2850和f2872中的一种或两种，基材润湿剂为sn-4748a，消泡剂为yck-625、yck-670、yck-720中的一种或多种。

40、其中超细片状滑石粉为1250目。

41、可选地，b组分由以下重量百分比的原料组成：

42、聚天门冬氨酸酯 43~45%

43、第二稀释剂 25~26%

44、填料 29~30%

45、基材润湿剂 0.3~0.4%

46、消泡剂 0.6~0.7%。

47、其中b组分的制备如下：

48、在20～30℃下将聚天门冬氨酸酯和第二稀释剂以转速350 r/min搅拌10min；分批缓慢加入烘干处理后的超细片状滑石粉，提高转速至900 r/min分散50 min；降低转速至350r/min，加入基材润湿剂和消泡剂并搅拌30min；降低转速至250 r/min搅拌脱泡10min后过滤出料制得b组分。

49、本发明还涉及所述脂肪族双组分化铣保护可剥涂料在航空铝钛合金化学铣切加工中的应用。具体包括将制备的a组分与b组分按照所述质量比混合搅拌均匀，采用刮涂或喷涂方式涂覆于航空用铝钛合金基材表面，涂膜厚度控制为300~400μm，形成化铣保护涂层。

50、根据本发明，可以得到以下效果：

51、1.本发明选用高沸点无挥发性碳酸丙烯酯作为a组分稀释介质，复配无挥发非反应型增塑剂，同时基材润湿剂和消泡剂选用100%固含无溶剂型助剂；整套体系不含任何挥发性有机溶剂，涂料不挥发物含量达到100%、voc含量为 0，彻底解决传统溶剂型化铣保护可剥涂料易挥发有害气体、存在易燃易爆安全隐患的缺陷，绿色环保，完全适配航空零部件生产的环保与安全生产规范。

52、2.本发明摒弃传统低温一步法，采用分步合成微支化中间体与反向滴加相结合的工艺，精准把控分子链形态，制备出结构均一、储存稳定性优异的a组分。通过与复配的b组分交联后常温6h可完成深度固化，大幅缩短施工周期，克服了传统溶剂型涂料干燥慢、生产效率低的缺陷。

53、3.本发明采用分步合成微支化中间体与反向滴加工艺，配合各组分配料协同作用；b 组分选用超细片状滑石粉，依靠片层堆叠形成致密阻隔层，大幅提升涂层耐碱屏蔽性能，有效抑制化铣液渗透漏蚀；配方整体提升涂料耐碱性与柔韧性，防止漆膜开裂、跑边，兼顾适度附着与整膜可剥性的同时，涂料各项技术指标均能满足化铣加工使用要求。