[发明专利]一种水性聚氨酯结构色防水涂料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种水性聚氨酯结构色防水涂料及其制备方法与应用，水性聚氨酯结构色防水涂料包括以下组分：单分散性亚微米级微球、碳黑、水性聚氨酯乳液，通过单分散性亚微米级微球与水性聚氨酯乳液复配，再加入碳黑抑制白色背景散射，从而得到所述高强度、具有无角度依赖性结构色的水性聚氨酯涂料。本发明的涂料制备工艺简单，成本低廉，环境友好；所述涂料可作为防水、无重金属的有色环保型水性涂料，易于涂抹，附着力强，强度高，耐腐蚀，适用性广，在水性聚氨酯行业具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯结构色防水涂料及其制备方法与应用，属于结构色领域。

背景技术

随着社会的发展和环境的逐渐恶化，含有VOC的涂料正在逐渐被市场淘汰，转而被水性涂料所代替。水性聚氨酯具有韧性好、耐高温、耐低温、抗紫外线性能优异的特点，并且不具有易挥发、易燃、易爆、有毒等缺点，目前已成为涂料应用较多的成膜物质。

传统涂料存在两大污染物质：挥发性有机物(如甲苯、甲醛)以及重金属颜料物质(如镉黄PbCrO₄)。尽管现在已经产业化的工业技术已经可以实现完全水性的室内涂料生产(如水性环氧、水性聚氨酯等)，但对于重金属颜料物质仍没有很好的替代物，其替代物通常为有机染料，但往往也具有较高的毒性。

而与色素生色相比，结构生色具有高亮度，高饱和度，永不褪色等优点。结构生色源自可见光与物质的微纳米结构的相互作用，例如散射，干涉或衍射等。目前，人工构筑结构色的研究中，主要通过光子晶体和非晶光子结构来实现。通过光子晶体结构实现结构色构筑是最常见的方式，可以产生亮丽的结构色(参见专利CN200710064245.0；X.Wang,Z.Wang,L.Bai,H.Wang,L.Kang,D.H.Werner,M.Xu,B.Li,J.Li and X.-F.Yu,Opt.Express,2018,26,27001-27013)。而无角度依存的结构色可以通过具有特征尺寸为可见光波长量级的非晶光子结构实现，其微观结构单元呈短程有序、长程无序排列(参见W.Yuan,N.Zhou,L.ShiandK.-Q.Zhang,ACSAppliedMaterialsInterfaces,2015,7,14064-14071；Q.Li,Y.Zhang,L.Shi,H.Qiu,S.Zhang,N.Qi,J.Hu,W.Yuan,X.Zhang and K.-Q.Zhang,ACS Nano,2018,12,3095-3102)。由于结构的无序性，散射光会在整个空间向各个方向散开，短程有序性又会使散射光发生相干叠加，因此就会产生无角度依赖性的结构色。

专利CN110079171A公开了基于高折射率微球Mie散射的结构色涂料，制备得到的涂料具有较鲜艳的结构色，但是制备过程复杂，并且由于所用粘结剂与纳米微球的本身性质导致其防水性能不够突出。

因此，构筑一种具不含重金属物质的有色环保型涂料对于高分子涂料、颜料、油漆以及基于此类应用的行业具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种易于重复制备、物理结构色连续可调，适用范围广，低生产成本实现高强度防水的结构色涂料及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种水性聚氨酯结构色防水涂料，包括以下组分：单分散性亚微米级微球、碳黑、水性聚氨酯乳液；

所述单分散性亚微米级微球、碳黑、水性聚氨酯乳液的质量比为单分散性亚微米级微球：碳黑：水性聚氨酯乳液＝1：0.01～0.05：1～5；

所述单分散性亚微米级微球的平均直径为100～400nm；

所述单分散性亚微米级微球为二氧化硅、二氧化钛、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种。