CN108148494A - 一种城轨及动车车体用双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种城轨及动车车体用双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆及其制备方法，它包括基础涂料和交联剂两部分，基础涂料由水性树脂为成膜物，颜料，助剂，水组成；交联剂为水溶性的多异氰酸酯。该涂料主要用途对轨道交通动车的外表涂层起装饰性作用，其最重要的特点光泽高，丰满度好，附着力好，用水做稀释剂，相对溶剂型涂料在喷涂时需加30％～40％的有机溶剂，而本涂料用水做稀释剂，在喷涂过程中大大降低VOC的排放量，是一种环境友好型涂料。同时，该涂料对于轻微的划伤，刮擦伤具有自修复能力。在涂膜表面用硬物划过后，经过4h或更久时间，涂膜会产生不同程度肉眼可见的修复。划痕会有明显减轻，轻微划痕甚至会消失不见。

Description

一种城轨及动车车体用双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光 清漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种城轨及动车车体用双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆及其制备方法，该涂料的主要作用是对城轨及动车外表起防腐和装饰的作用。用水代替有机溶剂做稀释剂，减少涂料在施工过程中对环境的污染，节约资源。
背景技术
传统的溶剂型涂料中的溶剂含量常在40﹪以上，有的涂料如硝基漆在施工时的溶剂含量高达80％，汽车涂装的溶剂型金属色漆溶剂含量高达85％，据统计，由于有机溶剂造成的大气污染的90％来源于涂料和油墨中使用的溶剂，我国2010年溶剂型涂料的产量为700多万吨，其中VOC的排量在300万吨左右。VOC在太阳光的作用下会发生许多化学反应，形成毒性更大的二次污染物，如臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯等。有这些氮氧化合物、烃类化合物及其光化学反应的中间产物等所组成的特殊混合物即为光化学烟雾，臭氧的产生是光化学烟雾的标志。由此可见涂料中VOC的排放已成为迫切需要解决的重要污染物。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种用水来代替有机溶剂，降低VOC的排放量的城轨及动车车体用双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的制备方法。为轨道交通用清漆的环境友好化提供了解决方案。它包括基础涂料和交联剂两部分，基础涂料由聚丙烯酸多元醇分散体为成膜物，颜料，助剂，水组成；交联剂为水溶性的多异氰酸酯。本水性涂料是一种低VOC和低毒性的涂料，施工无火灾危险，通过基础涂料和交联剂两部分混合交联成膜，能够对钢铁，铝材等金属起到很好保护作用，该涂料主要用途对轨道交通动车的外表涂层起装饰性作用，其最重要的特点光泽高，丰满度好，附着力好，用水做稀释剂，相对溶剂型涂料在喷涂时需加30％～40％的有机溶剂，而本涂料用水做稀释剂，在喷涂过程中大大降低VOC的排放量，是一种环境友好型涂料。同时，该涂料对于轻微的划伤，刮擦伤具有自修复能力。在涂膜表面用硬物划过后，经过4h或更久时间，涂膜会产生不同程度肉眼可见的修复。划痕会有明显减轻，轻微划痕甚至会消失不见。
本发明的技术方案：一种双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆制备方法，其主要特征在于所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆包括基础涂料和交联剂两部分，它由以下原料和步骤制成：
(1)所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：
上述各组份两端点之间任意取值；
其中：
成膜物为两种水性树脂，成膜物为两种水性树脂：
水性树脂1为水性聚丙烯酸多元醇分散体(固含量42％,固态羟基含量3.9％)；羟值较高；水性树脂2为水性聚丙烯酸多元醇分散体 (固含量49％，固态羟基含量3.8％)；羟值较低用于提供自修复性能及良好的流平性。
助溶剂为助溶剂为PGDA(丙二醇二醋酸酯)，对主体树脂有溶胀作用溶剂，改善流平。
消泡剂聚醚硅氧烷共聚物乳液，消除大泡和微泡。
润湿剂为非离子表面活性剂，润湿底材及帮助流平。
流变助剂为非离子聚氨酯增稠剂，改善流平，防止涂膜流挂。
流平剂为水性丙烯酸流平剂，帮助流平。
附着力促进剂为偶联剂，增强对基材的附着，增强涂膜耐水性。
稀释剂为去离子水，对涂料起稀释作用，调整涂料粘度。
pH值调节剂为胺类化合物，调节涂料的pH值，改善涂料储储存稳定性
(2)所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂为水溶性的多异氰酸酯树脂，该交联剂的重量配比为：
多异氰酸酯60～90份；
助溶剂10-40份
其中：
多异氰酸酯可由下列3种异氰酸酯按25︰25︰30混合而成或下列任一多异氰酸酯构成。
多异氰酸酯1(亲水性脂肪族异氰酸酯，固含量100％，NCO含量 22.2％)，多异氰酸酯2(脂肪族异氰酸酯，固含量100％，NCO含量 23.5％)，多异氰酸酯3(亲水性脂肪族异氰酸酯，固含量70％，NCO 含量9.4％)
助溶剂为低沸点或高沸点溶剂，优选PGDA(丙二醇二醋酸酯)，根据季节和施工气温的不同可以适当调节。
(3)所述的该双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100:30～40；
所述的各步骤为：
(一)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的基础涂料的制备：
(1)、搅拌：按上述重量配比，先将成膜物1投入分散机内进行高速搅拌，转速为1000转/分钟，然后将成膜物2匀速加入分散机内，加完后搅拌分散5分钟，再将消泡剂投入分散机内，搅拌分散5分钟，得到第一次混合液。再按重量配比，将流变助剂与第一次混合液进行低速搅拌分散5分钟，转速为500转/分。得到第二次混合液。然后按重量配比，将润湿剂、流平剂依次加入到第二次混合液进行低速搅拌分散均匀。转速为500转/分钟。搅拌分散时间为20分钟。得到第三次混合液。最后边搅拌边依次加入去离子水、助溶剂、附着力促进剂和pH值调节剂。调节pH值至7-9。转速为500转/分，搅拌时间为10分钟。
(2)调浆：调好的浆料静置4～6小时消除一部分气泡，用塑料桶包装待用。
(二)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的交联剂的制备：先将第一种多异氰酸酯投入分散机内进行高速搅拌，转速为1000转/ 分钟，再依次匀速加入第二种，第三种多异氰酸酯。每次加料后匀速搅拌5分钟。最后边搅拌边加入助溶剂，转速为500转/分，搅拌时间为10分钟。
(三)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的制备：在使用时，将基础涂料与水溶性的多异氰酸酯按上述重量比进行混合，即基础涂料:交联剂＝100:30～40；二组份混合均匀，即成双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆。
通过上述制备方法得到一种涂料。
它所涉及的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆主要作用机理是：聚氨酯体系的固化机理是通过水的蒸发，聚氨酯多元醇分散体粒子聚结，交联剂的扩散，聚氨酯多元醇分散体粒子与交联剂交联固化过程。
本发明所涉及的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆由去离子水代替传统的溶剂型涂料中有机溶剂作稀释剂，达到减少有机溶剂的挥发，来降低涂料施工过程中对大气的污染。
本发明双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆所涉及的采用聚氨酯多元醇分散体，通过聚氨酯多元醇分散体和水溶性的多异氰酸酯交联形成涂膜，利用聚氨酯特性:(1)改进涂膜的物理机械性能，增加交联密度，提高涂膜的致密性，增加硬度和柔韧性,(2)改进涂膜耐水性能。(3)改进涂膜阻燃性。(4)灭菌清污性。(5)改进耐候性。
综上所述,本发明是一种低VOC和低毒性的涂料，施工无火灾危险，通过基础涂料和交联剂两部分混合交联成膜，对城轨及动车的外表面有优异的保护作用和高装饰性。其特点在于其用水做稀释剂，相对溶剂型涂料在喷涂时需加30％～40％的有机溶剂，而本涂料用水做稀释剂，在喷涂过程中大大降低VOC的排放量，是一种环境友好型涂料。同时，刮涂料对于轻微刮擦拥有自修复能力，降低了维护成本。
附图说明
图1.为双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料制备工艺图。
图2为双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆交联剂制备工艺 流程图。
具体实施方式
参看上述附图，一种双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的制备方法，其主要特征在于所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆包括基础涂料和交联剂两部分，它由以下原料和步骤制成：
(1)所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：
上述各组份两端点之间任意取值；
其中：
成膜物为两种水性树脂：
水性树脂1为水性聚丙烯酸多元醇分散体(固含量42％,固态羟基含量3.9％)；羟值较高；水性树脂2为水性聚丙烯酸多元醇分散体(固含量49％，固态羟基含量3.8％)；羟值较低用于提供自修复性能及良好的流平性。
助溶剂为高沸点溶剂，对主体树脂有溶胀作用溶剂，改善流平。
消泡剂聚醚硅氧烷共聚物乳液，消除大泡和微泡。
润湿剂为非离子表面活性剂，润湿底材及帮助流平。
流变助剂为非离子聚氨酯增稠剂，改善流平，防止涂膜流挂。
流平剂为水性丙烯酸流平剂，帮助流平。
附着力促进剂为偶联剂，增强对基材的附着，增强涂膜耐水性。
稀释剂为去离子水，对涂料起稀释作用，调整涂料粘度。
pH值调节剂为胺类化合物，调节涂料的pH值，改善涂料储储存稳定性
(2)所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂为多异氰酸酯树脂，该交联剂的重量配比为：
多异氰酸酯60～90份；
助溶剂10-40份
其中：
多异氰酸酯1(亲水性脂肪族异氰酸酯，固含量100％，NCO含量 22.2％)，多异氰酸酯2(脂肪族异氰酸酯，固含量100％，NCO含量 23.5％)，多异氰酸酯3(亲水性脂肪族异氰酸酯，固含量70％，NCO 含量9.4％)
助溶剂为低沸点或高沸点溶剂，根据季节和施工气温的不同可以适当调节。
(3)所述的该双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100:30～40；
所述的各步骤为：
(一)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的基础涂料的制备：
(1)、搅拌：按上述重量配比，先将成膜物1投入分散机内进行高速搅拌，转速为1000转/分钟，然后将成膜物2匀速加入分散机内，加完后搅拌分散5分钟，再将消泡剂投入分散机内，搅拌分散5分钟，得到第一次混合液。再按重量配比，将流变助剂与第一次混合液进行低速搅拌分散5分钟，转速为500转/分。得到第二次混合液。然后按重量配比，将润湿剂、流平剂依次加入到第二次混合液进行低速搅拌分散均匀。转速为500转/分钟。搅拌分散时间为20分钟。得到第三次混合液。最后边搅拌边依次加入去离子水、助溶剂、附着力促进剂和pH值调节剂调节pH值及粘度，转速为500转/分，搅拌时间为10分钟。
(2)调浆：调好的浆料静置4～6小时消除一部分气泡，用塑料桶包装待用。
(二)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的交联剂的制备：先将第一种多异氰酸酯投入分散机内进行高速搅拌，转速为1000转/ 分钟，再依次匀速加入第二种，第三种多异氰酸酯。每次加料后匀速搅拌5分钟。最后边搅拌边加入助溶剂，转速为500转/分，搅拌时间为10分钟。
(三)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的制备：在使用时，将基础涂料与水溶性的多异氰酸酯按上述重量比进行混合，即基础涂料:(交联剂)＝100:30～40；二组份混合均匀，即成双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆。
通过上述制备方法得到一种涂料。施工时，添加去离子水稀释后喷涂在被保护的产品上。
通过上述制备方法得到一种双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆。该涂料的主要用途是代替传统的溶剂型装饰性涂料，对金属铝，铁其到隔离空气、水蒸气、酸、碱等物质，对底材的腐蚀，达到装饰保护作用。水作稀释剂，减少VOC排放，节约资源。
本发明实验达到的技术参数：
注：试验的环境条件按GB/T9278规定进行。双组份涂料的涂膜性能在喷涂后按GB/T9278规定的条件静置1h,烘干2h,再在GB/T9278规定的条件下静置24h，然后进行测定。涂膜试板的制备按GB/T 1727 的规定，试板用砂纸打磨，经清洁处理后进行涂装，涂膜厚度为50 ±5μm。底材为厚度小于0.8mm的冷轧钢板或铝板。弯曲性能测定时底材为0.2-0.3mm的马口铁板。
本双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的各原料组分基本状态如下：
所述的成膜物：水性树脂1(株洲市九华新材料涂装实业有限公司，聚丙烯酸多元醇分散体，牌号JHWR-003)水性树脂2(株洲市九华新材料涂装实业有限公司，聚丙烯酸多元醇分散体，牌号JHWR-006)。
所述的消泡剂为，聚醚硅氧烷共聚物(德国迪高，固含量100％)，聚硅氧烷混合物(毕克化学，固含量97％)。
所述的流变助剂为非离子聚氨酯缔合型增稠剂液体(德国迪高，固含量60％)。
所述的流平剂为丙烯酸酯流平剂(法国先创，固含量100％，BYK, 固含量100％)。
所述的润湿剂为非离子表面活性剂(德国迪高，固含量100％)。
所述附着力促进剂为硅烷偶联剂(上海莫尔化工，固含量100％)。
所述的稀释剂为去离子水(自产)。
所述交联剂为：市售，多异氰酸酯1(株洲市九华新材料涂装实业有限公司，牌号JHWH-002，亲水性脂肪族异氰酸酯，)，多异氰酸酯2(株洲市九华新材料涂装实业有限公司，牌号JHWH-005,脂肪族异氰酸酯)，多异氰酸酯3(株洲市九华新材料涂装实业有限公司，JHWH-010，亲水性脂肪族异氰酸酯)。
所述助溶剂为：PGDA(丙二醇二醋酸酯)。
以下给出本发明的具体实施案例：
实例一
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：100g
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂各原料的重量配比为：
以上A组份所述原料之和为100份，按生产工艺要求步骤投料，分散，研磨制成成品，过滤并用塑料桶包装。
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆交联剂的重量配比为 37份；
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100 份:37份进行混合，施工时，添加去离子水稀释均匀后，即可施工。
实例二
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂各原料的
以上A组份所述原料之和为100份，按生产工艺要求步骤投料，分散，研磨制成成品，过滤并用塑料桶包装。
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆交联剂的重量配比为39 份；
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100 份:39份进行混合，施工时，添加去离子水稀释均匀后，即可施工。
实例三
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂各原料的重量配比为：
以上A组份所述原料之和为100份，按生产工艺要求步骤投料，分散，研磨制成成品，过滤并用塑料桶包装。
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆交联剂的重量配比为 40份；
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100 份:40份进行混合，施工时，添加去离子水稀释均匀后，即可施工。
实例四
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：100g
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂各原料的重量配比为：
多异氰酸酯1 70.0份
助溶剂 30.0份
以上A组份所述原料之和为100份，按生产工艺要求步骤投料，分散，研磨制成成品，过滤并用塑料桶包装。
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆交联剂的重量配比为 34份；
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100 份:34份进行混合，施工时，添加去离子水稀释均匀后，即可施工。
实例五
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂各原料的重量配比为：
多异氰酸酯1 70.0份
助溶剂 30.0份
以上A组份所述原料之和为100份，按生产工艺要求步骤投料，分散，研磨制成成品，过滤并用塑料桶包装。
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆交联剂的重量配比为35 份；
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100 份:35份进行混合，施工时，添加去离子水稀释均匀后，即可施工。
实例六
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂各原料的重量配比为：
多异氰酸酯1 70.0份
助溶剂 30.0份
以上A组份所述原料之和为100份，按生产工艺要求步骤投料，分散，研磨制成成品，过滤并用塑料桶包装。
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆交联剂的重量配比为 37份；
双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100 份:37份进行混合，施工时，添加去离子水稀释均匀后，即可施工。

Claims (2)

1.一种城轨及动车车体用双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆及其制备方法，其主要特征在于双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆所述的包括基础涂料和交联剂两部分，它由以下原料和步骤制成：
(1)所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的基础涂料各原料的重量配比为：
上述各组份两端点之间任意取值；
其中：
成膜物为两种水性树脂：
水性树脂1为水性聚丙烯酸多元醇分散体(固含量42％,固态羟基含量3.9％)；
水性树脂2为水性聚丙烯酸多元醇分散体(固含量49％，固态羟基含量3.8％)；
助溶剂为PGDA(丙二醇二醋酸酯)；
消泡剂聚醚硅氧烷共聚物乳液；
润湿剂为非离子表面活性剂；
流变助剂为非离子聚氨酯增稠剂；
附着力促进剂为偶联剂；
稀释剂为去离子水；
pH值调节剂为胺类化合物；
(2)所述的双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆中的交联剂为多异氰酸酯树脂，该交联剂的重量配比为：
多异氰酸酯60～90份；
助溶剂10-40份
其中：
多异氰酸酯可由下列3种异氰酸酯按25︰25︰30混合而成或下列任一多异氰酸酯构成。
多异氰酸酯1(亲水性脂肪族异氰酸酯，固含量100％，NCO含量22.2％)，多异氰酸酯2(脂肪族异氰酸酯，固含量100％，NCO含量23.5％)，多异氰酸酯3(亲水性脂肪族异氰酸酯，固含量70％，NCO含量9.4％)
助溶剂为PGDA(丙二醇二醋酸酯)；
(3)所述的该双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆基础涂料:交联剂＝100:30～40；
所述的各步骤为：
(一)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的基础涂料的制备：
(1)、搅拌：按上述重量配比，先将水性树脂1投入分散机内进行高速搅拌，转速为1000转/分钟，然后将水性树脂2匀速加入分散机内，加完后搅拌分散5分钟，再将消泡剂投入分散机内，搅拌分散5分钟，得到第一次混合液。再按重量配比，将流变助剂与第一次混合液进行低速搅拌分散5分钟，转速为500转/分。得到第二次混合液。然后按重量配比，将润湿剂、流平剂依次加入到第二次混合液进行低速搅拌分散均匀。转速为500转/分钟。搅拌分散时间为20分钟。得到第三次混合液。最后边搅拌边依次加入去离子水、助溶剂、附着力促进剂和pH值调节剂调节pH值及粘度，转速为500转/分，搅拌时间为10分钟。
(2)调浆：调好的浆料静置4～6小时消除一部分气泡，用塑料桶包装待用。
(二)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的交联剂的制备：先将第一种多异氰酸酯投入分散机内进行高速搅拌，转速为1000转/分钟，再依次匀速加入第二种，第三种多异氰酸酯。每次加料后匀速搅拌5分钟。最后边搅拌边加入助溶剂，转速为500转/分，搅拌时间为10分钟。
(三)双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆的制备：在使用时，将基础涂料与水溶性的多异氰酸酯按上述重量比进行混合，即基础涂料:交联剂＝100:30～40；二组份混合均匀，即成双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆。
2.如权利要求1所述的方法制备的一种双组份水性丙烯酸聚氨酯自修复高光清漆。
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