CN102604497A - 一种水性金属闪光漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性金属闪光漆及其制备方法，该水性金属闪光漆由以下重量份的组分组成：丙烯酸共聚物水分散体-1，30-50份；氨基树脂，15-27份；BYK-028，0.1-0.9份；二甲基乙醇胺，2.0-3.6份；水，10-22份；水性铝粉，3-5份；分散剂，0.05-0.20；乙二醇丁醚，2-5；BYK-347，0.1-0.9份；BYK-425，1.7-2.8份；水性聚氨酯，2-4份；聚氨酯分散剂，1.5-2.5份；水性CAB，3.5-5.5份。该水性金属闪光漆环境污染小，具有具有良好的光泽和闪光效果。

Description

一种水性金属闪光漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种漆，更具体的说，涉及一种水性金属闪光漆及其制备方法。

技术背景

随着汽车工业的高速发展，汽车涂料的用量也在不断增长，2004年汽车新车用(OEM)涂料的总需求量将超过16万吨。目前国内汽车涂料以溶剂型漆为主，溶剂型漆的缺点是其中大量的挥发性有机物质VOC对环境很大，随着这种溶剂型漆的用量增加，挥发性有机物质VOC造成的污染也日趋严重。为了减少对环境的污染，世界各国相继制订了相关法规，以限制涂料VOC的使用量。例如1995年德国大气净化法就规定，车身被涂面积的VOC排放量应小于35g/m²。为保护人类生存环境，现今汽车涂装的发展趋势是低公害、无公害化。在严格限制VOC排放量的环保要求促使下，国际上，特别是欧美国家大力发展水性漆。水性金属闪光漆的最大优点是品种配套、涂层质量方面可与传统溶剂型漆相媲美，但VOC排放量小，其排放量约为传统溶剂型金属闪光漆的五分之一，例如我国涂装工业使用的原有普通溶剂型金属闪光漆在施工时VOC排放量都在750g/L左右，水性金属闪光漆的施工VOC排放量仅在100g/L左右，如果车身涂装全部采用水性涂料，则VOC排放量可降低至27g/m²，完全达到最严格的环保要求，同时水性金属闪光漆还具有无毒、不燃不爆的优点，因此，水性金属闪光漆的使用是实现汽车涂装低公害化的唯一途径，发展水性金属闪光漆具有重要意义。

另外，目前，欧美汽车工业发达国家均实现了汽车涂装水性化，汽车涂装普遍采用水性漆，汽车用水性漆的制备工艺及其涂装技术也已成熟，为了增强我国在涂装技术方面的国际交流与合作，提高我国汽车涂装技术水平，也迫切需要发展水性金属闪光漆。

目前，水性涂料存在的主要的技术问题是：

A.颜料分散性不好，水性金属闪光漆属于聚合物分散体系，颜料分散性不是很好。

B.分散粒子的稳定性差，溶解的分子对剪切力、热、pH等都很稳定，而分散的粒子不稳定。分散粒子受剪切力后会被破坏，因而须考虑在制造、输送水性漆过程中避免剪切力的作用。分散粒子对pH值很敏感，漆中混入酸性物质会形成酸性粒子，从而产生胶化破坏水性漆。还有水性漆在运输过程中受寒冻结后分散粒子也会被破坏，图1是分散剂在两颗颜填料表面的微观吸附状态(见图1)。

C.表面张力大，水的表面张力大，见表1，水与有机溶剂的物理性质比较，故用水做溶剂的水性漆的表面张力也较大，在施工过程中要加强管理，否则涂装时易产生下列缺陷和漆膜弊病：(a)易流挂；(b)展平性不好；(c)易产生缩孔、针孔；(d)不易伸人被涂物表面的小细缝中。

表1

D.金属颜料或珠光颜料排列差，由于水性金属漆的表干较慢，金属颜料排列容易发花，造成漆膜颜色不均。

E.对温度很敏感，如果贮存在低于冰点的温度时会改变油漆的溶解特性，由此导致油漆中活性物质沉淀，材料就不均匀。经过重新加热后，水性漆不会回到均质状态，它的特性将被破坏。

Bayer公司首次报道了水性多元醇和无水多异氰酸酯交联形成一种漆膜，对体系进行优化后开发出了工业化产品，可用于工业涂装、木材涂装、塑料涂装和汽车维修。用于汽车OEM涂装的水性双组分PU清漆是用脂肪族和脂环族多异氰酸酯与水性聚丙烯酸酯及聚氨酯多元醇配制而制得。疏水多异氰酸酯与溶剂型双组分PU清漆中的固化剂是完全一样的。该水性双组分PU清漆选用水分散型树脂及涂料，该聚酯树脂通过调节亲水链段与疏水链段的比例，可在水性介质中自乳化，酸价较低时仍达到稳定的水分散性，从而明显提高了耐水性；另外引入的长链二元醇，如羟基特戊酸新戊二醇单酯，使树脂链段基本上以线性结构为主，分子链较长，固化时采用水性氨基树脂和水性封闭型多异氰酸酯树脂组成的混合体系，使固化后涂膜具有优异的柔韧性及层间附着力。其中的水性多元醇是用有机酸来进行亲水性改性，再用胺中和。多元醇组分中，除水之外还含有特殊的添加剂和少量的有机助溶剂，以提高流平性和施工性能。

不同原材料影响漆膜性能如下：

HDI多异氰酸酯-耐划痕性，IPDI多异氰酸酯-耐化学性，聚氨酯多元醇-流平性(湿润性)和耐划痕性，聚丙烯酸酯多元醇-耐化学品性和耐候性。

聚氨基甲酸酯/聚丙烯酸酯混合物是这些水性体系最适用的组份。

根据耐划痕性和耐化学品性的需要，也可使用纯HDI/IPDI混合多异氰酸酯。图2是非离子型聚氨脂分散剂的结构示意图，其中·表示可润湿吸附的锚基，◇表示异氰酸酯残基，∨表示可水化的聚醚链段水分的挥发(见图2)。

在干燥期间的任一时刻，异氰酸基团的反应能力受该时所有反应组分浓度的控制。整个挥发过程可由气相色谱分析给出详细的数据。水性双组份PU清漆的蒸发过程中尽管水的挥发速率较低，但水作为挥发组分的主要组成部分离开漆膜仍相对较快。在室温闪蒸8分钟和80℃预干燥5分钟后，水的含量已降至0.5％以下。130℃固化5分钟后，水的含量已减少到0.2％左右。这意味着已没有水可在主交联反应过程中产生副反应了。二甲基乙醇胺(DMEA)作为中和剂时，起初浓度为1.7％，经80℃预干燥后检测，以液体清漆计，发现最多只有0.5％的中和剂。130℃固化5分钟后已降至0.1％以下。由于DMEA有可能与异氰酸酯反应，DMEA含量减少可能由于挥发或由于反应生成氨基甲酸酯所致。采用不含异氰酸酯固化剂的漆膜对此研究表明，在同样干燥条件下，约有30％的DMEA(绝对含量约0.4％)挥发掉了。这就表明在初始的双组份体系中，约有1.2％的DMEA和异氰酸酯基团反应，生成聚氨酯漆膜了。

发明内容

本发明的目的是提供一种水性金属闪光漆，以克服现有溶剂型金属闪光漆对环境污染大的技术问题，本发明的水性金属闪光漆对环境污染小，具有良好的光泽和闪光效果。

本发明的另一目的在于提供一种水性金属闪光漆的制备方法。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：

一种水性金属闪光漆，该水性金属闪光漆由以下重量份的组分组成：

丙烯酸共聚物水分散体-1        30-50份，

氨基树脂                      15-27份，

BYK-028                       0.1-0.9份，

二甲基乙醇胺                  2.0-3.6份，

水                            10-22份，

水性铝粉                      3-5份，

分散剂                        0.05-0.20份，

乙二醇丁醚                    2-5份，

BYK-347                       0.1-0.9份，

BYK-425                       1.7-2.8份，

水性聚氨酯                    2-4份，

聚氨酯分散剂                  1.5-2.5份，

水性CAB                       3.5-5.5份。

在本发明的一优选实施例中，所述水性金属闪光漆由以下重量份的组分组成：

丙烯酸共聚物水分散体-1        40份，

氨基树脂                      21份，

BYK-028                       0.5份，

二甲基乙醇胺                  2.8份，

水                            15.2份，

水性铝粉                      4份，

分散剂                        0.096份，

乙二醇丁醚                    3.66份，

BYK-347                       0.5份，

BYK-425               2.24份，

水性聚氨酯            3份，

聚氨酯分散剂          2份，

水性CAB               5份。

在本发明的一优选实施例中，所述丙烯酸共聚物水分散体-1是质量分数为24％的丙烯酸共聚物水溶液。

在本发明的一优选实施例中，所述二甲基乙醇胺是质量分数为10％的二甲基乙醇胺水溶液。

在本发明的一优选实施例中，所述水是去离子水。

在本发明的一优选实施例中，所述BYK-425是质量分数为5％的BYK-425水溶液。

在本发明的一优选实施例中，所述分散剂是Disperbyk-180。

在本发明的一优选实施例中，所述水性铝粉是Stapa Hydrolan 2154。

在本发明的一优选实施例中，所述水性CAB是质量分数为20％的CAB水溶液。

本发明的水性金属闪光漆的制备方法，包括以下步骤：

根据生产量，选择分散缸和分散机等设备和工具，选择机器的功率，原则上功率越高，越易于物料的分散，并确保其干净，无故障。

(1)室温下，将水性铝粉加入调漆桶中，然后加入乙二醇丁醚，开搅拌，转速调至100r/min，搅拌状态下加入分散剂，10min后缓慢加入BYK-425总质量10.7％的BYK-425，继续搅拌2h，制得均匀水性铝银浆，备用；

(2)将丙烯酸共聚物水分散体-1投入调漆缸中，开搅拌，转速调至400-600r/min，加入氨基树脂，10min后，加入BYK-028，10min后，加入二甲基乙醇胺，调节PH值为8.3，制得均匀溶液A；

(3)在步骤(2)所得均匀溶液A中，加入水，转速调至200r/min，然后将(1)步骤制得的水性铝银浆缓慢加入其中，搅拌10min后，按顺序加入水性聚氨酯和聚氨酯分散剂及水性CAB，制得均匀溶液B；

(4)在步骤(3)所得的均匀溶液B中按顺序缓慢加入BYK-347和剩余的BYK-425，加料完成后继续搅拌20min得均匀溶液C；

(5)在步骤(4)所得的均匀溶液C中，用二甲基乙醇胺调节PH值为8.3，用水调节粘度至80-100秒，用涂-4杯测试，控制在配方规定的粘度下，即制得水性金属闪光漆。

本发明选用伊斯曼(EASTMAM)的水性醋酸丁酸纤维素和BYK类水性助剂，使水性金属漆的流变性为不具触变性的纯假塑性流动，在低剪切速率下，粘度大，从而解决了水性金属闪光漆中金属颜料与珠光颜料排列问题；选用一种具有内部交联结构的丙烯酸核壳乳液，引入水性铝粉、珠光粉、透明颜料等各种效应颜料，得到一种具有随角异色效果的金属闪光涂层。由于粒子的内交联结构提高了涂膜的物理机械性能，也提供了抗流挂所需的假塑性；同时对于二涂一烘的施工工艺，避免了罩光清漆中强溶剂对水性底色漆的渗透所造成的回溶现象，从而使效应颜料获得良好取向，获得更好的光泽和闪光效果。

另外，本发明的水性金属闪光漆选用水性丙烯酸树脂与氨基树脂和水性聚氨酯交联反应产物，所含溶剂主要是水，树脂分散在水中形成聚合物分散体系，因此，与所含溶剂主要是有机溶剂，树脂在溶剂中形成聚合物溶液的传统溶剂型漆性比，具有环境污染少的优点。

具体实施方式

实施例1

(1)原料配方

质量分数为24％的丙烯酸共聚物水分散体-1水溶液        40份，

氨基树脂                                            21份，

BYK-028                                             0.5份，

质量分数为10％的二甲基乙醇胺水溶液                  2.8份，

水                                                  15.2份，

水性铝粉                                            4份，

分散剂                                              0.096份，

乙二醇丁醚                                          3.66份，

BYK-347                                             0.5份，

质量分数为5％的BYK-425水溶液        2.24份，

水性聚氨酯                          3份，

聚氨酯分散剂                        2份，

质量分数为20％的水性CAB             5份。

制备步骤

根据生产量，选择分散缸和分散机等设备和工具，选择机器的功率，原则上功率越高，越易于物料的分散，并确保其干净，无故障。

(1)室温下，将水性铝粉加入调漆桶中，然后加入乙二醇丁醚，开搅拌，转速调至100r/min，搅拌状态下加入分散剂，10min后缓慢加入BYK-425总质量10.7％的BYK-425，继续搅拌2h，制得均匀水性铝银浆，备用；

(2)将丙烯酸共聚物水分散体-1投入调漆缸中，开搅拌，转速调至400-600r/min，加入氨基树脂，10min后，加入BYK-028，10min后，加入二甲基乙醇胺，调节PH值为8.3，制得均匀溶液A；

(3)在步骤(2)所得均匀溶液A中，加入水，转速调至200r/min，然后将(1)步骤制得的水性铝银浆缓慢加入其中，搅拌10min后，按顺序加入水性聚氨酯和聚氨酯分散剂及水性CAB，制得均匀溶液B；

(4)在步骤(3)所得的均匀溶液B中按顺序缓慢加入BYK-347和剩余的BYK-425，加料完成后继续搅拌20min得均匀溶液C；

(5)在步骤(4)所得的均匀溶液C中，用二甲基乙醇胺调节PH值为8.3，用水调节粘度至80-100秒，用涂-4杯测试，控制在配方规定的粘度下，即制得水性金属闪光漆。

实施例2

(1)原料配方

质量分数为24％的丙烯酸共聚物水分散体-1水溶液        35份，

氨基树脂                                            26份，

BYK-028                                             0.3份，

质量分数为10％的二甲基乙醇胺水溶液                  2.8份，

水                                                  14.49份，

水性铝粉                                            4份，

分散剂                             0.096份，

乙二醇丁醚                         3.66份，

BYK-347                            0.8份，

质量分数为5％的BYK-425水溶液       1.85份，

水性聚氨酯                         4份，

聚氨酯分散剂                       2份，

质量分数为20％的水性CAB            5份。

(2)制备步骤

根据生产量，选择分散缸和分散机等设备和工具，选择机器的功率，原则上功率越高，越易于物料的分散，并确保其干净，无故障。

(1)室温下，将水性铝粉加入调漆桶中，然后加入乙二醇丁醚，开搅拌，转速调至100r/min，搅拌状态下加入分散剂，10min后缓慢加入BYK-425总质量10.7％的BYK-425，继续搅拌2h，制得均匀水性铝银浆，备用；

(2)将丙烯酸共聚物水分散体-1投入调漆缸中，开搅拌，转速调至400-600r/min，加入氨基树脂，10min后，加入BYK-028，10min后，加入二甲基乙醇胺，调节PH值为8.3，制得均匀溶液A；

(3)在步骤(2)所得均匀溶液A中，加入水，转速调至200r/min，然后将(1)步骤制得的水性铝银浆缓慢的加入其中，搅拌10min后，按顺序加入水性聚氨酯和聚氨酯分散剂及水性CAB，制得均匀溶液B；

(4)在步骤(3)所得的均匀溶液B中按顺序缓慢加入BYK-347和剩余的BYK-425，加料完成后继续搅拌20min得均匀溶液C；

(5)在步骤(4)所得的均匀溶液C中，用二甲基乙醇胺调节PH值为8.3，用水调节粘度至80-100秒，用涂-4杯测试，控制在配方规定的粘度下，即制得水性金属闪光漆。

实施例3

(1)原料配方

质量分数为24％的丙烯酸共聚物水分散体-1水溶液        45份，

氨基树脂                                            16份，

BYK-028                                             0.7份，

质量分数为10％的二甲基乙醇胺水溶液        2.8份，

水                                        15.84份，

水性铝粉                                  4份，

分散剂                                    0.096份，

乙二醇丁醚                                3.66份，

BYK-347                                   0.2份，

质量分数为5％的BYK-425水溶液              2.7份，

水性聚氨酯                                2份，

聚氨酯分散剂                              2份，

质量分数为20％的水性CAB                   5份。

(2)制备步骤

根据生产量，选择分散缸和分散机等设备和工具，选择机器的功率，原则上功率越高，越易于物料的分散，并确保其干净，无故障。

(1)室温下，将水性铝粉加入调漆桶中，然后加入乙二醇丁醚，开搅拌，转速调至100r/min，搅拌状态下加入分散剂，10min后缓慢加入BYK-425总质量10.7％的BYK-425，继续搅拌2h，制得均匀水性铝银浆，备用；

(2)将丙烯酸共聚物水分散体-1投入调漆缸中，开搅拌，转速调至400-600r/min，加入氨基树脂，10min后，加入BYK-028，10min后，加入二甲基乙醇胺，调节PH值为8.3，制得均匀溶液A；

(3)在步骤(2)所得均匀溶液A中，加入水，转速调至200r/min，然后将(1)步骤制得的水性铝银浆缓慢的加入其中，搅拌10min后，按顺序加入水性聚氨酯和聚氨酯分散剂及水性CAB，制得均匀溶液B；

(4)在步骤(3)所得的均匀溶液B中按顺序缓慢加入BYK-347和剩余的BYK-425，加料完成后继续搅拌20min得均匀溶液C；

(5)在步骤(4)所得的均匀溶液C中，用二甲基乙醇胺调节PH值为8.3，用水调节粘度至80-100秒，用涂-4杯测试，控制在配方规定的粘度下，即制得水性金属闪光漆。

上述实施例制备的水性金属闪光漆性能如下：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种水性金属闪光漆，其特征在于，该水性金属闪光漆由以下重量份的组分组成：

丙烯酸共聚物水分散体-1      30-50份，

氨基树脂                    15-27份，

BYK-028                     0.1-0.9份，

二甲基乙醇胺                2.0-3.6份，

水                          10-22份，

水性铝粉                    3-5份，

分散剂                      0.05-0.20份，

乙二醇丁醚                  2-5份，

BYK-347                     0.1-0.9份，

BYK-425                     1.7-2.8份，

水性聚氨酯                  2-4份，

聚氨酯分散剂                1.5-2.5份，

水性CAB                     3.5-5.5份。

2.根据权利要求1所述的水性金属闪光漆，其特征在于，所述水性金属闪光漆配方由以下重量份的组分组成：

丙烯酸共聚物水分散体-1      40份，

氨基树脂                    21份，

BYK-028                     0.5份，

二甲基乙醇胺                2.8份，

水                          15.2份，

水性铝粉                    4份，

分散剂                      0.096份，

乙二醇丁醚                  3.66份，

BYK-347                     0.5份，

BYK-425                     2.24份，

水性聚氨酯                  3份，

聚氨酯分散剂            2份，

水性CAB                 5份。

3.根据权利要求1或2所述的水性金属闪光漆配方，其特征在于，所述丙烯酸共聚物水分散体-1是质量分数为24％的丙烯酸共聚物水溶液。

4.根据权利要求1或2所述的水性金属闪光漆配方，其特征在于，所述二甲基乙醇胺是质量分数为10％二甲基乙醇胺水溶液。

5.根据权利要求1或2所述的水性金属闪光漆配方，其特征在于，所述水是去离子水。

6.根据权利要求1或2所述的水性金属闪光漆配方，其特征在于，所述BYK-425是质量分数为5％的BYK-425水溶液。

7.根据权利要求1或2所述的水性金属闪光漆配方，其特征在于，所述分散剂是Disperbyk-180。

8.根据权利要求1或2所述的水性金属闪光漆配方，其特征在于，所述水性铝粉是Stapa Hydrolan 2154。

9.根据权利要求1或2所述的水性金属闪光漆配方，其特征在于，所述水性CAB是质量分数为20％的CAB水溶液。

10.一种权利要求1-9任一项所述的水性金属闪光漆的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

(1)室温下，将水性铝粉加入调漆桶中，然后加入乙二醇丁醚，开搅拌，转速调至100r/min，搅拌状态下加入分散剂，10min后缓慢加入BYK-425总质量10.7％的BYK-425，继续搅拌2h，制得均匀水性铝银浆，备用；

(2)将丙烯酸共聚物水分散体-1投入调漆缸中，开搅拌，转速调至400-600r/min，加入氨基树脂，10min后，加入BYK-028，10min后，加入二甲基乙醇胺，调节PH值为8.3，制得均匀溶液A；

(3)在步骤(2)所得均匀溶液A中，加入水，转速调至200r/min，然后将(1)步骤制得的水性铝银浆缓慢的加入其中，搅拌10min后，按顺序加入水性聚氨酯和聚氨酯分散剂及水性CAB，制得均匀溶液B；

(4)在步骤(3)所得的均匀溶液B中按顺序缓慢加入BYK-347、2％的BYK-425，加料完成后继续搅拌20min得均匀溶液C；

(5)在步骤(4)所得的均匀溶液C中，用二甲基乙醇胺调节PH值为8.3，用水调节粘度至80-100秒，用涂-4杯测试，控制在配方规定的粘度下，即制得水性金属闪光漆。

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