CN108690414A - 一种车用水性涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，具体公开一种车用水性涂料及其制备方法。所述车用水性涂料包括以下重量份的组分：有机氟有机硅互穿网络结构乳液25‑30份、水性羟基丙烯酸乳液20‑30份、固化剂5‑20份、有机硅酮粉1‑5份、纳米氧化铝1‑5份、纳米二氧化钛0.05‑1份、纳米氧化锆1‑3份、颜料10‑15份、纳米氧化锌0.05‑0.5份、PH调节剂0.1‑0.2份、消泡剂0.1‑0.2份、成膜助剂2‑5份、分散剂0.3‑0.5份、基材润湿剂0.3‑0.5份、增稠剂0.5‑1.0份、助溶剂2‑5份和去离子水5‑10份。本发明所制备的车用水性涂料为常温自干涂料，具有防腐性能优异、安全无毒、施工方便的优点，特别适合于特种车等不宜烘烤的大型户外作业车用。

Description

一种车用水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种车用水性涂料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的持续高速发展，我国汽车工业近几年来得到了迅猛的发展，我国汽车生产量已跃居世界前列。但是随着中国汽车工业的快速发展，面临的环保压力也越来越大，目前国内汽车行业在汽车喷漆中普遍使用的是传统的溶剂型涂料，有机挥发物(VOC)含量高，在生产和涂装过程中造成严重的环境污染，危害人类的健康。与传统溶剂型涂料相比，水性涂料以大量的水代替有机溶剂，在生产和施工过程中有机溶剂的挥发量大为减少。随着全社会对低碳环保理念的不断推进，水性汽车涂料或将成为汽车涂料产业未来发展的一个必然趋势。
各种特种车如扫水车、扫地车、吸污车、油气运输车等，由于使用过程中经常要接触各种化学品，且长期处于暴晒、雨淋、高湿热的环境，对涂层要求极为严格。并且由于特种车多为大件喷涂，需要达到快速干燥和厚涂防护的要求。但是目前现有的水性涂料抗腐蚀性能较差，不能满足特种车的防腐要求，且现有水性涂料干燥时间过长、施工工艺复杂，严重影响了施工效率，所以研制防腐性能优异、安全无毒、干燥速度快、施工方便的新型环保水性防腐涂料具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种车用水性涂料及其制备方法，旨在解决现有水性涂料防腐性能差、干燥时间长、施工工艺复杂的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案是：
一种车用水性涂料，所述车用水性涂料包括以下重量份的组分：有机氟有机硅互穿网络结构乳液25-30份、水性羟基丙烯酸乳液20-30份、固化剂5-20份、有机硅酮粉1-5份、纳米氧化铝1-5份、纳米二氧化钛0.05-1份、纳米氧化锆1-3份、颜料10-15份、纳米氧化锌0.05-0.5份、PH调节剂0.1-0.2份、消泡剂0.1-0.2份、成膜助剂2-5份、分散剂0.3-0.5份、基材润湿剂0.3-0.5份、增稠剂0.5-1.0份、助溶剂2-5份和去离子水5-10份。
本发明选用高性能的有机氟有机硅互穿网络结构乳液，其具有独特的贯穿缠结结构，有机硅和有机氟在分子水平上进行互穿，形成互穿聚合物网络结构，产生协同效应，使涂料形成网络具有附着力强、柔韧性好、耐酸、碱、盐等腐蚀介质的优异性能；水性羟基丙烯酸乳液和固化剂相互交联，可以提高漆膜的干燥速度和漆膜的致密性；通过加入纳米材料可以屏蔽紫外线，保护涂层中的乳液分子免受紫外线的侵害，同时进一步提高涂料的耐冲击性和耐腐蚀性；不同组分之间相互协同作用进一步提高了涂层的韧性、强度、附着力、抗渗透性以及化学惰性，使涂膜具有更好的性能。本发明所制备的车用水性涂料为常温自干涂料，也可以低温(60-80℃)烘烤，具有防腐性能优异、安全无毒、施工方便的优点，特别适合于特种车等不宜烘烤的大型户外作业车用。
本发明还提供一种车用水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤a，按设计配比称取各组分；将称取的40％-60％wt的去离子水、40％-60％wt的pH值调节剂、分散剂、40％-60％wt的消泡剂、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、有机硅酮粉和颜料搅拌均匀，研磨，得细度≤15μm的浆料；
步骤b，将称取的有机氟有机硅互穿网络结构乳液、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的pH值调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂混合均匀，加入步骤a中所述浆料，搅拌混合均匀，加入增稠剂，调整粘度至25℃的涂-4杯粘度为60-90s，得A组份；
步骤c、在干燥条件下将称取的固化剂溶解在助溶剂中，得B组份；
步骤d、将A、B组份混合，得车用水性涂料。
上述技术方案中，所述制备方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种车用水性涂料，所述车用水性涂料包括以下重量份的组分：有机氟有机硅互穿网络结构乳液25-30份、水性羟基丙烯酸乳液20-30份、固化剂5-20份、有机硅酮粉1-5份、纳米氧化铝1-5份、纳米二氧化钛0.05-1份、纳米氧化锆1-3份、颜料10-15份、纳米氧化锌0.05-0.5份、PH调节剂0.1-0.2份、消泡剂0.1-0.2份、成膜助剂2-5份、分散剂0.3-0.5份、基材润湿剂0.3-0.5份、增稠剂0.5-1.0份、助溶剂2-5份和去离子水5-10份。
所述有机氟有机硅互穿网络结构乳液其含量优选为26-28份，更优选为27份。互穿网络结构(IPN)聚合物是将两种线性聚合物交联成互穿网络，具有特殊空间结构的独特高分子聚合物。IPN的特点在于含有能起到"强迫相容"作用的互穿网络，不同聚合物分子相互缠结形成一个整体，不能解脱。与简单的聚合物混合物、嵌段共聚物和接枝共聚物不同，IPN在溶剂中仅溶胀而不溶解，不蠕动，不流动。有机硅有机氟聚合物网络相互缠结，互穿而不失去原聚合物固有的特性，从而获得其他聚合物无法比拟的独特性能。有机氟有机硅互穿网络结构乳液含有大量F-C键的存在，决定了其涂层超强的稳定性，不粉化、不褪色，且赋予涂料免维护、自清洁的功能。
所述水性羟基丙烯酸乳液其含量优选为23-28份，更优选为25份，其对钢铁表面具有优异的附着力同时具有较好的抗腐蚀性及优良的物理机械性能。水性羟基丙烯酸分子链带有数量可观的羧基、羟基等基团，可以作为反应基团与固化剂发生交联反应，在提高漆膜干燥速度的同时，还可以提高漆膜的交联密度，从而提高漆膜的耐水性和防腐性能。
所述固化剂为脂肪族聚异氰酸酯，其含量优选为10-15份，更优选的为12份，如拜耳的DesmodurN3900，即基于六亚甲基二异氰酸酯(HDI)的低粘度脂肪族聚异氰酸酯树脂，其与体系相容性好，容易搅拌，其加入使得制备的涂膜具有良好的光泽和致密性。
所述有机硅酮粉为聚甲基硅倍半氧烷，其含量优选为2-4份，更优选为3份，如广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉，该有机硅铜粉为采用特殊工艺技术制成的真球形结构聚硅氧烷聚合物类的高性能有机无机杂化材料，具有不溶不熔的热固性，集无机粉体和有机粉体的优点为一体，具有良好的润滑性，还能促进颜料分散，防止颜料和粉粒结块。有机硅铜粉的加入可以使涂料的使用温度增加，提高涂料的力学性能，还可以防止金属粉等沉降团聚，提高涂料的耐水、耐污效果，具有自清洁和耐擦洗性能。
所述纳米氧化铝含量优选为3-5份，更优选为5份，如南京保克特新材料有限公司生产的纳米氧化铝，其具有优异的耐磨、增硬、耐高温及绝缘等性能。
所述纳米二氧化钛含量优选为0.1-0.6份，更优选为0.5份，其屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性，可以提高涂料的耐紫外线照射和耐化学品性。
所述纳米二氧化锆含量优选为0.5-2份，更优选为1份，其具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的性能，可以提高涂料的耐磨性和耐腐蚀性。纳米氧化铝和纳米氧化锆共同作用提高了涂料的硬度和致密性。
所述颜料其含量优选为12-14份，更优选为13份，可选用市售任意水性涂颜料。
所述纳米氧化锌其含量优选为0.1-0.4份，更优选为0.3份，纳米氧化锌具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，同时具备优异的抑菌灭菌性能，即使在光和水存在的条件下依然可以起到很好的抑菌灭菌效果。
所述pH调节剂为二甲基乙醇胺、多功能助剂AMP-95中的一种或两种，这两种PH值调节剂不但具有调节PH值的效果，而且本身是有机物质，具有一定的辅助成膜的特性。
所述消泡剂为磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的混合物，且所述磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和所述有机硅类消泡剂的质量比为1:0.8～1.2，其含量优选为0.1-0.2份，更优选为0.2份。两种消泡剂混合使用，可以获得持久的消泡抑泡效果，且对漆膜外观和均匀性没有副作用，不会引起鱼眼、火山口等对漆膜外观有影响的现象。
所述成膜助剂为丙二醇苯醚类成膜助剂和醇酯类成膜助剂的混合物，且所述丙二醇苯醚类成膜助剂和所述醇酯类成膜助剂的质量比为1:1～2，其含量优选为3-5份，更优选为5份。两种成膜助剂混合使用，可以有效降低涂料的最低成膜温度，提高涂料的耐擦洗性，提高漆膜的光泽度、强度以及抗粉化性能和增进流平性，使得制备的涂料具有优异的耐候性及展色性。
所述分散剂为聚酯改性聚磷酸酯类分散剂，其含量优选为0.3-0.4份，更优选为0.3份，如埃夫科纳的AFCONA-5010，该分散剂专为无机粒子而设计，在羟基丙烯酸水性涂料中具有催化反应的作用，能够减少研磨时间，促进光泽和流平性。
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类润湿剂，其含量优选为0.4-0.5份，更优选为0.5份，如迪高的Tego-100、埃夫科纳的AFCONA-3031中的一种或两种，两种润湿剂均可以起到增滑剂、流平剂的作用，使涂料成膜后视觉效果丰满。
所述增稠剂为聚氨酯型增稠剂，其含量优选为0.6-0.9份，更优选为0.8份。
所述助溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，其含量优选为2-4份，更优选为4份。
所述去离子水其含量优选为6-9份，更优选为8份。
以上各组分相互作用，相辅相成，最终使得制备的漆膜具有良好的耐酸、耐碱、耐老化、耐水性能，且储存稳定性好，干燥速度快，VOC含量低，无刺激气味，在提高耐腐蚀性能的同时大大提高了环保性。
本发明实施例还提供了上述车用水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤a，按设计配比称取各组分；将称取的40％-60％wt的去离子水、40％-60％wt的pH值调节剂、分散剂、40％-60％wt的消泡剂、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、有机硅酮粉和颜料搅拌均匀，研磨，得细度≤15μm的浆料；
步骤b，将称取的有机氟有机硅互穿网络结构乳液、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的pH值调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂混合均匀，加入步骤a中所述浆料，搅拌混合均匀，加入增稠剂，调整粘度至25℃的涂-4杯粘度为60-90s，得A组份；
步骤c、在干燥条件下将称取的固化剂溶解在助溶剂中，得B组份；
步骤d、将A、B组份混合，得车用水性涂料。
优选的，步骤d中所述A组份和B组份混合的质量比为4～6:1。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本发明实施例提供一种车用水性涂料，所述车用水性涂料包括以下重量份的组分：
其中，有机氟有机硅互穿网络结构乳液为东莞市谷邦纳米材料有限公司的TK-3011；水性羟基丙烯酸分散体为上海源禾的Acure 915；有机硅酮粉为广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉；纳米氧化铝为南京保克特新材料有限公司生产的纳米氧化铝；纳米二氧化钛为杜邦公司R-103；纳米氧化锆为上海乃欧纳米科技有限公司的NO-O-006；颜料为廊坊市航帆贸易有限公司的颜料；纳米氧化锌为南通达西浓纳米科技有限公司的纳米氧化锌粉体；pH值调节剂为二甲基乙醇胺；消泡剂为MOUSSEX公司的941PL和毕克公司的BYK-024的混合物(941PL和BYK-028的质量比为1:1)；成膜助剂为广州宇泰化工科技有限公司的环保净味型成膜助剂AF和美国伊士曼的醇酯-12成膜助剂的混合物(AF和醇酯-12的质量比为1:1)；分散剂为埃夫科纳的AFCONA-5010；基材润湿剂为迪高的Tego-100；增稠剂为宁柏迪的聚氨酯型增稠剂PS202；固化剂为拜耳的DesmodurN3900；助溶剂为美国陶氏化工的丙二醇甲醚醋酸酯。
按照下述方法进行制备：
步骤a，按设计配比称取各组分；将称取的50％wt的去离子水、50％wt的的PH值调节剂、分散剂、50％wt的消泡剂、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、阻燃剂、荧光粉和有机硅酮粉加入配料容器内，以1000r/min的速度搅拌15分钟分散均匀，研磨，得细度≤15μm的浆料；
步骤b，在500r/min的搅拌速度下将称取的有机氟有机硅互穿网络结构乳液、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的PH值调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂进行混合，以1000r/min的速度继续搅拌10分钟使其混合均匀，然后加入步骤a中的浆料，以600r/min的速度搅拌10分钟；加入增稠剂，以500r/min的速度搅拌10分钟，调整粘度至25℃的涂-4杯粘度为60s，得A组份；
步骤3、在干燥条件下将称取的固化剂溶解在助溶剂中，得B组份；
步骤4、使用时，将A、B组份混合，且所述A组份和所述B组份的质量比为4:1。
实施例2
本发明实施例提供一种车用水性涂料，所述车用水性涂料包括以下重量份的组分：
其中，有机氟有机硅互穿网络结构乳液为深圳市夸克纳米材料有限公司的迪乐水性聚醚砜悬浮液；水性羟基丙烯酸分散体为上海源禾的Acure 915；有机硅酮粉为广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉；纳米氧化铝为南京保克特新材料有限公司生产的纳米氧化铝；纳米二氧化钛为上海江沪钛白公司的JHNM-W；纳米氧化锆为上海乃欧纳米科技有限公司的NO-O-006；颜料为廊坊市航帆贸易有限公司的颜料；纳米氧化锌为南通达西浓纳米科技有限公司的纳米氧化锌粉体；PH值调节剂为美国陶氏化工的多功能助剂AMP-95；消泡剂为MOUSSEX公司的941PL和毕克公司的BYK-028的混合物(941PL和BYK-028的质量比为1:0.8)；成膜助剂为广州宇泰化工科技有限公司的环保净味型成膜助剂AF和美国伊士曼的醇酯-12成膜助剂的混合物(AF和醇酯-12的质量比为1:2)；分散剂为埃夫科纳的AFCONA-5010；基材润湿剂为埃夫科纳的AFCONA-3031；增稠剂为宁柏迪的聚氨酯型增稠剂PS202；固化剂为拜耳的DesmodurN3900；助溶剂为美国陶氏化工的丙二醇甲醚醋酸酯。
按照下述方法进行制备：
步骤a，按设计配比称取各组分；将称取的40％wt的去离子水、40％wt的的PH值调节剂、分散剂、60％wt的消泡剂、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、阻燃剂、荧光粉和有机硅酮粉加入配料容器内，以1000r/min的速度搅拌15分钟分散均匀，研磨，得细度≤15μm的浆料；
步骤b，在500r/min的搅拌速度下将称取的有机氟有机硅互穿网络结构乳液、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的PH值调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂进行混合，以1000r/min的速度继续搅拌10分钟使其混合均匀，然后加入步骤a中的浆料，以600r/min的速度搅拌10分钟；加入增稠剂，以500r/min的速度搅拌10分钟，调整粘度至25℃的涂-4杯粘度为90s，得A组份；
步骤3、在干燥条件下将称取的固化剂溶解在助溶剂中，得B组份；
步骤4、使用时，将A、B组份混合，且所述A组份和所述B组份的质量比为6:1。
实施例3
本发明实施例提供一种车用水性涂料，所述车用水性涂料包括以下重量份的组分：
其中，有机氟有机硅互穿网络结构乳液为深圳市夸克纳米材料有限公司的迪乐水性聚醚砜悬浮液；水性羟基丙烯酸分散体为上海源禾的Acure 915；有机硅酮粉为广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉；纳米氧化铝为南京保克特新材料有限公司生产的纳米氧化铝；纳米二氧化钛为杜邦公司R-103和上海江沪钛白公司的JHNM-W的混合物(两者质量比为1：1)；纳米氧化锆为上海乃欧纳米科技有限公司的NO-O-006；颜料为廊坊市航帆贸易有限公司的颜料；纳米氧化锌为南通达西浓纳米科技有限公司的纳米氧化锌粉体；pH调节剂二甲基乙醇胺与多功能助剂AMP-95的混合物(二甲基乙醇胺和多功能助剂AMP-95的质量比为＝1:1)；消泡剂为MOUSSEX公司的941PL和毕克公司的BYK-028的混合物(941PL和BYK-028的质量比为1:1.2)；成膜助剂为广州宇泰化工科技有限公司的环保净味型成膜助剂AF和美国伊士曼的醇酯-12成膜助剂的混合物(AF和醇酯-12的质量比为1:1.5)；分散剂为埃夫科纳的AFCONA-5010；基材润湿剂为迪高的Tego-100和埃夫科纳的AFCONA-3031的混合物(两者质量比为1:2)；增稠剂为宁柏迪的聚氨酯型增稠剂PS202；固化剂为拜耳的DesmodurN3900；助溶剂为美国陶氏化工的丙二醇甲醚醋酸酯。
按照下述方法进行制备：
步骤a，按设计配比称取各组分；将称取的60％wt的去离子水、60％wt的的PH值调节剂、分散剂、40％wt的消泡剂、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、阻燃剂、荧光粉和有机硅酮粉加入配料容器内，以1000r/min的速度搅拌15分钟分散均匀，研磨，得细度≤15μm的浆料；
步骤b，在500r/min的搅拌速度下将称取的有机氟有机硅互穿网络结构乳液、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的PH值调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂进行混合，以1000r/min的速度继续搅拌10分钟使其混合均匀，然后加入步骤a中的浆料，以600r/min的速度搅拌10分钟；加入增稠剂，以500r/min的速度搅拌10分钟，调整粘度至25℃的涂-4杯粘度为80s，得A组份；
步骤3、在干燥条件下将称取的固化剂溶解在助溶剂中，得B组份；
步骤4、使用时，将A、B组份混合，且所述A组份和所述B组份的质量比为5:1。
对以上各实施例中的车用水性涂料进行性能测试，结果见表1。
表1实施例1-3制备的车用水性涂料的性能测试结果
由表1的结果可以看出，各实施例制备的车用水性涂料，其硬度、附着力、柔韧性、耐候性均良好，且VOC含量低、流平时间短。以上试验结果说明，按照本发明实施例中的原料配比及制备方法，可制得硬度高、VOC含量低、并且防腐性能优异、干燥时间短的车用水性涂料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用水性涂料，其特征在于，所述车用水性涂料包括以下重量份的组分：有机氟有机硅互穿网络结构乳液25-30份、水性羟基丙烯酸乳液20-30份、固化剂5-20份、有机硅酮粉1-5份、纳米氧化铝1-5份、纳米二氧化钛0.05-1份、纳米氧化锆1-3份、颜料10-15份、纳米氧化锌0.05-0.5份、pH调节剂0.1-0.2份、消泡剂0.1-0.2份、成膜助剂2-5份、分散剂0.3-0.5份、基材润湿剂0.3-0.5份、增稠剂0.5-1.0份、助溶剂2-5份和去离子水5-10份。
2.如权利要求1所述的车用水性涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇苯醚类成膜助剂和醇酯类成膜助剂的混合物，且所述丙二醇苯醚类成膜助剂和所述醇酯类成膜助剂的质量比为1:1～2。
3.如权利要求1所述的车用水性涂料，其特征在于，所述pH值调节剂为二甲基乙醇胺、多功能助剂AMP-95中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的车用水性涂料，其特征在于，所述固化剂为脂肪族聚异氰酸酯。
5.如权利要求1所述的车用水性涂料，其特征在于，所述有机硅酮粉为聚甲基硅倍半氧烷。
6.如权利要求1所述的车用水性涂料，其特征在于，所述消泡剂为磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的混合物，且所述磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和所述有机硅类消泡剂的质量比为1:0.8～1.2。
7.如权利要求1所述的车用水性涂料，其特征在于，所述分散剂为聚酯改性聚磷酸酯类分散剂；和/或所述增稠剂为聚氨酯型增稠剂。
8.如权利要求1所述的车用水性涂料，其特征在于，所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类润湿剂；和/或所述助溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。
9.如权利要求1-8中任一项所述车用水性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a，按设计配比称取各组分；将称取的40％-60％wt的去离子水、40％-60％wt的pH值调节剂、分散剂、40％-60％wt的消泡剂、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、有机硅酮粉和颜料搅拌均匀，研磨，得细度≤15μm的浆料；
步骤b，将称取的有机氟有机硅互穿网络结构乳液、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的pH值调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂混合均匀，加入步骤a中所述浆料，搅拌混合均匀，加入增稠剂，调整粘度至25℃的涂-4杯粘度为60-90s，得A组份；
步骤c、在干燥条件下将称取的固化剂溶解在助溶剂中，得B组份；
步骤d、将A、B组份混合，得车用水性涂料。
10.如权利要求9所述车用水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤d中所述A组份和B组份混合的质量比为4～6:1。
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