CN103184002A - 水溶性涂料组合物及用其形成外观良好涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽车用水溶性涂料组合物，基于涂料组合物的总量该水溶性涂料组合物包含：2～15重量％的聚酯树脂、20～55重量％的聚酯分散体树脂(其包含具有第一颗粒的第一聚酯分散体树脂和具有粒径不同于第一颗粒的第二颗粒的第二聚酯分散体树脂)、5～15重量％的固化剂、0.5～10重量％的分散剂、10～25重量％的颜料、和余量的水。可形成具有良好外观和良好物理性质的涂层。

Description

水溶性涂料组合物及用其形成外观良好涂层的方法
技术领域
本发明涉及汽车用水溶性涂料组合物及使用该组合物形成涂层的方法。更具体地，本发明涉及具有良好外观、良好机械性质和良好环境亲和性的水溶性涂料组合物以及使用该组合物形成涂层的方法。
背景技术
汽车在现代社会中是必不可少的并且随着技术进步处于大规模生产状态。因此，从汽车中排放出的挥发性有机化合物(VOC)迅速增加。
由于针对挥发性有机化合物排放的管理法规实施了若干年，因而与汽车有关的涂装工艺已发生很大变化。特别是，欧洲国家和发达国家十分关注挥发性有机化合物的限制使用，因此积极地限制挥发性有机化合物的使用并对产生挥发性有机化合物的产品施加处罚。
一般而言，挥发性有机化合物于室温下可容易地挥发并且自然地以气体状态扩散入大气中从而变成污染大气的主要因素。此外，挥发性有机化合物具有生物毒性和化学反应性，并且成为破坏臭氧层的因素从而引起温室效应并且产生不良气味。
除了挥发性有机化合物的环境问题外，涂料组合物还对国民经济和国内市场具有很大的波及效应。因此，鉴于环境保护和工作环境的因素，业界广泛积极地进行了对汽车用水溶性涂料组合物制备的研究。
一般而言，可采用许多涂布工艺来实施汽车涂装，汽车涂装主要包括底漆涂布、二道底漆涂布和顶涂层涂布。至于用于实施底漆涂布的电化学沉积的涂料组合物和用于顶涂层的底层涂料组合物，已广泛使用水溶性涂料组合物。然而，至于用于二道底漆层涂布的涂料组合物，仍然广泛使用油基涂料组合物。油基涂料组合物可包含聚酯树脂、聚氨酯树脂、有机溶剂等。油基涂料组合物可具有良好的外观和良好的物理性质(包括粘附性、稳定性、抗冲击性能、耐崩裂性等)。然而，包含有机溶剂的油基涂料组合物如上所述会排放出挥发性有机化合物，而成为污染环境的主要因素。因此，急需开发出用来代替油基二道底漆层涂料组合物的具有环境亲和性的水溶性涂料组合物。
发明内容
一些实施方式提供新型水溶性涂料组合物，其具有良好的外观(包括光泽度)、良好的机械性质、良好的可加工性(包括耐爆孔性和环境亲和性)。
一些其它实施方式提供利用上述水溶性涂料组合物形成具有良好外观的涂层的方法。
根据一些实施方式，基于涂料组合物的总量，所述水溶性涂料组合物包含：2～15重量％的聚酯树脂、20～55重量％的聚酯分散体树脂(其包含具有第一颗粒的第一聚酯分散体树脂、和具有粒径不同于第一颗粒的第二颗粒的第二聚酯分散体树脂)、5～15重量％的固化剂、0.5～10重量％的分散剂、10～25重量％的颜料、和余量的水。
在一些实施方式中，所述聚酯树脂可具有在30～80nm范围内的粒径、在50～80重量％范围内的固含量、在20～50mgKOH/g范围内的酸值、和在2,000～6,000范围内的数均分子量。
在一些实施方式中，第一颗粒和第二颗粒的粒径可在100～300nm的范围内。
在一些实施方式中，第一颗粒与第二颗粒的粒径比可在1∶1.1～3的范围内。
在一些实施方式中，所述聚酯分散体树脂可具有在30～60重量％范围内的固含量、在20～50mgKOH/g范围内的酸值、和在3,000～9,000范围内的数均分子量。
在一些实施方式中，所述固化剂可以是甲基化三聚氰胺固化剂和甲基丁基混合三聚氰胺固化剂中的至少一种。
在一些实施方式中，所述涂料组合物还可包含中和剂、增稠剂、共溶剂、防泡剂、去泡剂、流平剂、和湿润剂中的至少一种。
在一些实施例中，所述涂料组合物还可包含封闭聚异氰酸酯化合物。
根据一些实施方式，在形成涂层的方法中，将所述水溶性涂料组合物涂布在一个物体上。基于涂料组合物的总量，所述水溶性涂料组合物包含：2～15重量％的聚酯树脂、20～55重量％的聚酯分散体树脂(其包含具有第一颗粒的第一聚酯分散体树脂、和具有粒径不同于第一颗粒的第二颗粒的第二聚酯分散体树脂)、5～15重量％的固化剂、0.5～10重量％的分散剂、10～25重量％的颜料、和余量的水。然后，使经涂布涂料组合物发生固化。
在一些实施方式中，可通过喷雾涂布和静电喷涂中的一种方法实施涂布。
在一些实施方式中，所述涂料组合物可用作汽车用二道底漆层涂料组合物。
如上所述，根据示例性实施例，因为汽车用水溶性涂料组合物不包含有害的有机溶剂，所以可改善工作环境并且可解决涉及到由于挥发性有机化合物排放所造成环境污染的问题。此外，如此形成的涂层可具有良好的外观和良好的机械性质。
具体实施方式
下面将更全面地描述各种示例性实施例，其中图示了一些示例性实施例。然而，可采用许多不同的形式来实施本发明，并且不应解释成本发明局限于本文中陈述的示例性实施例。相反，通过提供这些示例性实施例而使得本说明是彻底且完全的并且将本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。在附图中，为清楚起见，各层和各区域的大小和相对大小可放大。
本文中使用的术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个的任意组合和所有组合。
应理解的是，尽管本文中使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件和/或成分，但这些元件和/或成分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件或成分与另一个元件或成分区别开。因此，在不背离本发明的教导的情况下，下面所描述的第一元件或成分可以称为第二元件或成分。
本文中使用的术语仅以说明具体示例性实施例为目的而并非意图限制本发明。本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文中明确地指出。还应理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“包括”时，具体是指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或成分的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、成分、和/或其组合的存在或添加。
除非另有规定，本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。还应理解的是，诸如常用词典中所定义的术语应被看作具有它们在本说明书上下文中及相关领域中的含义一致的含义，并且将不被看作是理想化的含义或者过度正式的含义，除非本文中明确地如此定义。
在下文中，将对根据本发明的涂料组合物的示例性实施例以及使用该涂料组合物形成涂层的方法加以详细说明。
基于涂料组合物的总量，所述水溶性涂料组合物包含：2～15重量％的聚酯树脂、20～55重量％的聚酯分散体树脂(其包含具有第一颗粒的第一聚酯分散体树脂、和具有粒径不同于第一颗粒的第二颗粒的第二聚酯分散体树脂)、5～15重量％的固化剂、0.5～10重量％的分散剂、10～25重量％的颜料、和余量的水。
聚氨酯树脂已广泛用于水溶性涂料组合物的制备。当把聚氨酯树脂用于制备水溶性涂料组合物时，稳定地制备具有均匀产品品质(包括贮藏稳定性和均匀粒径)的组合物会是困难的，甚至是由于水分散的工艺更改。此外，为了制备聚氨酯树脂，需使用昂贵的异氰酸酯单体。
在示例性实施例中，可使用聚酯树脂来代替聚氨酯树脂用于制备水溶性涂料组合物。
根据示例性实施例的水溶性涂料组合物可包含聚酯树脂。该聚酯树脂可具有在大约30～80nm范围内的粒径、在大约50～80重量％范围内的固含量、在大约20～50mgKOH/g范围内的酸值、和在大约2,000～6,000范围内的数均分子量。优选的聚酯树脂是具有高水化程度的水溶型树脂。当聚酯树脂引入疏水基团时，可发生与颜料的疏水性反应，可提高颜料吸附性质从而改善外观和光泽度。
可利用该聚酯树脂来提高颜料的分散性能、外观和光泽度。聚酯树脂的主链可包括疏水基团，用以提高与具有疏水性的颜料的亲和性并且提高颜料的分散性能。此外，聚酯树脂的主链也可通过接枝反应而包含具有亲水性基团的单体。因此，聚酯树脂可与水溶性二道底漆层涂料组合物中所包含的其它成分均匀混合，从而显示良好外观和良好光泽度。通过应用该聚酯树脂，可改善颜料的分散性能并且可实现期望程度的光泽度和外观。
基于涂料组合物的总量，聚酯树脂的量可为2～15重量％。当聚酯树脂的量小于2重量％时，分散颜料的粒径会增大从而使外观和色泽变差。当聚酯树脂的量超过15重量％时，亲水性成分的量会减小并且防水性能、干燥性能和抗冲击性能会降低。特别是，可将购自Noroo Holdings Co.公司的Noruster 8270用作聚酯树脂。
聚酯树脂的固含量可在50～80重量％的范围内。当聚酯树脂的固含量小于50重量％时，所述涂料组合物的粘度和分散性能会降低并且其物理性质会变差。当聚酯树脂的固含量超过80重量％时，粘度控制能力会降低。在此情况下，实施分散时的温度控制会变难并且涂布可加工性会降低。
聚酯树脂可具有在20～50mgKOH/g范围内的酸值。当该树脂的酸值小于20mgKOH/g时，与水溶性树脂的相容性会降低并且颜料的分散性能及光泽度会降低。当该树脂的酸值超过50mgKOH/g时，可加强亲水性并且防水性质、粘附性和耐化学性会降低。
聚酯树脂的数均分子量可以在2,000～6,000的范围内。当聚酯树脂的数均分子量小于2,000时颜料的分散稳定性和粘附性会变差，当聚酯树脂的数均分子量超过6,000时干燥性会提高并且可加工性会降低。
可通过二醇与酸的脱水缩合而合成聚酯树脂。聚酯树脂中的二醇成分可包括：乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、甲基丙二醇、环己烷二甲醇等。这些化合物可以单独使用或者以其组合的方式使用。用于在聚酯树脂中形成酯键并且用于使亲水性成分发生接枝反应的酸可包括：己二酸、间苯二甲酸、壬二酸、癸二酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐等。这些化合物可以单独使用或者以其组合的形式使用。
根据示例性实施例的水溶性涂料组合物中所包含的第二组分可以是聚酯分散体树脂。
聚酯分散体树脂可具有在大约30～60重量％范围内的固含量，在大约20～50mgKOH/g范围内的酸值、和在大约3,000～9,000范围内的数均分子量。通过使用聚酯分散体树脂，涂料组合物对底漆层组合物电化学沉积后的粗糙度的遮盖性会降低并且可防止流平性和爆孔现象的产生。
分别包含在第一聚酯分散体和第二聚酯分散体中的第一颗粒和第二颗粒的粒径可在100～300nm的范围内。当第一和第二颗粒的粒径小于100nm时，颗粒会难以在涂层中均匀分散，并且低温下的抗冲击性能和耐崩裂性会降低。当第一和第二颗粒的粒径超过300nm时，第一和第二聚酯分散体树脂的粘性行为会变得不合适并且各成分的共混会变难从而降低流平性。因此，第一和第二颗粒的优选粒径是在100～300nm的范围内。
第一颗粒与第二颗粒的粒径比可在1∶1.1～3的范围内。第一和第二颗粒均可具有在100～300nm范围内的粒径。可将所述颗粒和聚酯分散体树脂指定为“第一”和“第二”，但并非限制所述颗粒和聚酯树脂，而只是对颗粒和聚酯树脂进行分类。“第一”和“第二”可选择性地用于各颗粒和聚酯分散体并且可交换。
基于水溶性涂料组合物的总量，聚酯分散树脂的量可在20～55重量％的范围内。当聚酯分散树脂的量小于20重量％时，涂料组合物的稳定性和机械性质会变差并且涂料层的形成会变难。当聚酯分散体树脂的量超过55重量％时，颜料的量可相对地减少并且对利用电化学沉积所形成涂层的粗糙度的遮盖效果会变差。
聚酯分散体树脂的固含量可在30～60重量％的范围内。当固含量小于30重量％时，涂料组合物的粘度会降低并且涂层的形成性和组合物的机械性质会降低。当固含量超过60重量％时，粘度控制能力会降低并且涂布可加工性会变差。
聚酯分散体树脂的酸值可在20～50mgKOH/g的范围内。当聚酯分散体树脂的酸值小于20mgKOH/g时，与水溶性树脂的相容性以及可加工性会降低并且涂料层会变得不透明。当聚酯分散体树脂的酸值超过50mgKOH/g时，亲水性会增强并且防水性和粘附性会降低。
聚酯分散体树脂的数均分子量可在3,000～9,000的范围内。当聚酯分散体树脂的数均分子量小于3,000时，涂料组合物的稳定性和粘附性会降低。当聚酯分散体树脂数量的平均分子量超过9,000时，涂料组合物的加工性会变差。
聚酯分散体树脂可包含具有第一颗粒的第一聚酯分散体树脂、和具有粒径不同于第一颗粒的第二颗粒的第二聚酯分散体树脂，可通过二醇化合物与酸的脱水缩合反应来制备该聚酯分散体树脂。
聚酯分散体树脂中所包含的二醇化合物可包括：乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、甲基丙二醇、环己烷二甲醇等。这些化合物可以单独使用或者以其组合的形式使用。聚酯分散体树脂中所包含的酸可包括：己二酸、间苯二甲酸、壬二酸、癸二酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐等。这些化合物可单独使用或者以其组合的形式使用。
水溶性涂料组合物中所包含的固化剂可以是基于三聚氰胺的固化剂。基于三聚氰胺的固化剂可包括甲基化三聚氰胺固化剂和甲基丁基混合三聚氰胺固化剂中的至少一种。甲基化三聚氰胺固化剂具有良好的反应性和硬度，但具有不好的外观。甲基丁基混合三聚氰胺固化剂具有慢反应性以及良好的外观和粘附性，然而硬度低。通过使用甲基化三聚氰胺固化剂和甲基丁基混合三聚氰胺固化剂，可改善硬度、反应性和外观。
甲基丁基混合三聚氰胺固化剂可称为甲基/丁基混合醚化三聚氰胺树脂并且包含甲基和丁基这两者。在水溶性树脂中，甲基/丁基的适当混合比可为从95/5到40/60。
丁基三聚氰胺是疏水性的并且不溶于水，丁基三聚氰胺不单独地用于水溶性涂料组合物。然而，甲基丁基混合型三聚氰胺树脂可容易地应用于水溶性涂料组合物。
甲基化三聚氰胺是低分子量三聚氰胺树脂并且可用来改善涂层的外观。甲基化三聚氰胺可降低熔融粘度的热传递从而制造具有高度平滑外观的涂料层。当使用具有低反应性和疏水性的甲基丁基混合三聚氰胺时，可进一步降低热熔融树脂的粘度并且可改善对利用电化学沉积所形成涂层的粗糙度的遮蔽性。
甲基化三聚氰胺可包括：Cymel 202、Cymel 303、Cymel 325、Cymel 327、Cymel 328、Luwipal 063、Luwipal 066、Luwipal 068、Luwipal 073、MaprenalMF 900、Maprenal MF 915、Resimene 717、Resimene 718等。甲基丁基混合型三聚氰胺可包括：Cymel 1123、Cymel 1130、Luwipal 8955、Luwipal052、Maprenal VMF 3924、Maprenal 3935、Resimene MF 905等。
基于涂料组合物的总量，固化剂的量可在5～15重量％的范围内。当固化剂的量小于5重量％时，硬度和反应性会降低。当固化剂的量超过15重量％时，高温下贮藏性质及粘附性会降低。
水溶性涂料组合物可包括分散剂。分散剂可包括各种类型的分散剂，诸如脂肪族分散剂、聚氨酯分散剂、聚丙烯酸酯分散剂、磷酸酯分散剂、CPT-丙烯酸酯分散剂等。分散剂可分类成低分子量型(Mw＝8,000～2,000)和高分子量型(Mw＝5,000～30,000)。根据化学结构，低分子量型分散剂可进一步分类成阴离子、阳离子、电中性离子、和非离子型分散剂。
分散剂中的极性基可被吸附到颜料表面部分上，或者分散剂中的非极性链可包围颜料的表面部分，从而使颜料稳定。高分子量型分散剂可以是具有聚氨酯结构或聚丙烯酸酯结构的线性或网络型分子。高分子量型分散剂可包含具有被吸附到颜料表面部分上的链的吸附基团。可通过氢键、偶极力和范德华力而使分散剂中包含相当多的颜料吸附基团。
基于涂料组合物的总量，分散剂的量可以在0.5～10重量％的范围内。当分散剂的量小于0.5重量％时，分散效率会降低并且外观会变差。当分散剂的量超过10重量％时，可产生涉及到初步粘接性和防水粘附性的问题。
根据示例性实施例的涂料组合物中所包含的颜料可包括无机颜料、有机颜料等。基于涂料组合物的总量，颜料的量可在10～25重量％的范围内。当颜料的量小于10重量％时，二道底漆层的外观和最终完成涂层的外观会变差。当颜料的量超过25重量％时，涂料组合物的稳定性、颜料的分散性、和涂料组合物的流平性会降低。
水溶性涂料组合物中所包含的中和剂可包括：二甲基乙基胺(DMEA)、2-氨基甲基-1-丙醇(AMP)、三乙胺(TEA)、二异丙醇胺(DIPA)、氨等。基于涂料组合物的总量，中和剂的量可在0.1～10重量％的范围内，优选在0.5～5重量％的范围内。当中和剂的量小于0.1重量％时，贮藏性质会降低并且会发生涂料组合物的凝胶化。当中和剂的量超过10重量％时，涂料组合物的粘度可增加，非挥发性成分的量可减小并且包括流挂性在内的可加工性会变差。
根据示例性实施例的水溶性涂料组合物还可包含封闭异氰酸酯化合物。通过将封闭剂加入到具有异氰酸酯基的聚异氰酸酯化合物中，可获得该封闭异氰酸酯化合物。通过加入所获得的该封闭异氰酸酯化合物在室温下是稳定的，然而优选的封闭剂在涂料层的干燥温度(通常在大约100～200℃)下会发生解离，以再次获得游离的异氰酸酯基。通过将具有活性氢的封闭剂加入到聚异氰酸酯(如三亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯等)中，可获得该封闭异氰酸酯化合物。通过加热，封闭剂会发生解离从而产生异氰酸酯基。如此产生的异氰酸酯基可与树脂中的官能团发生反应而使树脂固化。
水溶性涂料组合物还可包含固化催化剂。固化催化剂可包括酸催化剂，例如对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、二壬基萘磺酸、及它们用胺中和的化合物等。基于100重量％的多元醇化合物，酸催化剂的量可在1～5重量％的范围内。当酸催化剂的量小于1重量％时，固化会不充分并且涂层的硬度和物理性质会降低。当酸催化剂的量超过5重量％时，会发生黄变，涂层的贮藏性会变差并且制备涂料组合物的成本会增加。
水溶性涂料组合物中所包含的水可以是代替有机溶剂的主要使用溶剂，并且可制造环境友好的水溶性涂料组合物。无例外地，水可包括去离子水、纯水等。
涂料组合物还可包含至少一种添加剂，例如增稠剂、共溶剂、防泡剂、去泡剂、流平剂、和湿润剂。这些添加剂可进一步改善水溶性涂料组合物的外观和物理性质。
特别是，增稠剂可增加涂料组合物的粘度并且可防止涂料组合物的流动。增稠剂可包括缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂以及碱性增稠剂，用以解决垂直方向上的流动问题。
共溶剂可以是亲水性溶剂，包括乙二醇单丁醚、正丁醇、异丙醇等。
防泡剂和去泡剂可抑制有害泡沫的产生。特别是，可使用购自AirProduct公司的S-104E、购自Tego公司的Airex 901、和Byketol AQ等。
湿润剂可防止取决于温度和湿度的由于使用水作为主要溶剂所可能产生的影响。特别是，湿润剂可包括购自BYK-Chemie公司的BYK-346。
可使用根据示例性实施例的水溶性涂料组合物来形成涂层，如上所述。
首先，基于涂料组合物的总量，水溶性涂料组合物包含：2～15重量％的聚酯树脂、20～55重量％的聚酯分散体树脂(其包含具有第一颗粒的第一聚酯分散体树脂、和具有粒径不同于第一颗粒的第二颗粒的第二聚酯分散体树脂)、5～15重量％的固化剂、0.5～10重量％的分散剂、10～25重量％的颜料、和余量的水。然后，可将涂料组合物以均匀厚度涂布在一个物体上。可利用喷涂法实施涂布。可使经涂布的涂料组合物固化。可形成具有良好外观和良好物理性质(包括低温下的稳定性、粘附性和耐崩裂性)的涂层。
在下文中，将对根据示例性实施例的优选实施例加以详细说明。
实施例1
将30g去离子水、100g作为聚酯树脂的NORUSTER 8270、30g作为分散剂的Disperbyk 190、5g作为防泡剂的Airex 901W、5g作为去泡剂的ByketolAQ、180g作为颜料的Blancfix IT Extra、TiO2 R-706、Talkum IT Extra和MA-100、和10g作为共溶剂的乙二醇单丁酯投入容器中，然后使用砂磨机进行2小时分散和搅拌。确认如此获得的混合物的最终粒径小于5微米。然后，加入100g通过新戊二醇与己二酸的缩合反应所制备的第一聚酯分散体树脂、300g通过新戊二醇与间苯二甲酸的缩合反应所制备的第二聚酯分散体树脂、90g作为固化剂的Cymel 328和Luwipal 8955、和70g去离子水，并充分搅拌。其后，加入30g作为共溶剂的正丁醇和异丙醇、50g作为湿润剂的BYK 346、和50g缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂和碱性增稠剂。加入余量的水以调整粘度到0～60秒(利用4号福特杯(Ford Cup))，由此制备根据示例性实施例的水溶性涂料组合物。
实施例2
将30g去离子水、100g作为聚酯树脂的NORUSTER 8270、30g作为分散剂的Di sperbyk 190、5g作为防泡剂的Airex 901W、5g作为去泡剂的ByketolAQ、180g作为颜料的Blancfix IT Extra、TiO2 R-706、Talkum IT Extra和MA-100、和10g作为共溶剂的乙二醇单丁醚投入容器中，然后使用砂磨机进行2小时分散和搅拌。确认如此获得的混合物的最终粒径小于5微米。然后，加入200g通过新戊二醇与己二酸的缩合反应所制备的第一聚酯分散体树脂、200g通过新戊二醇与间苯二甲酸的缩合反应所制备的第二聚酯分散体树脂、90g作为固化剂的Cymel 328和Luwipal 8955、和70g去离子水，并充分搅拌。其后，加入30g作为共溶剂的正丁醇和异丙醇、50g作为湿润剂的BYK 346、和50g缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂和碱性增稠剂。加入余量的水调整粘度到0～60秒(4号Ford Cup)，由此制备根据示例性实施例的水溶性涂料组合物。
实施例3
将30g去离子水、100g作为聚酯树脂的NORUSTER 8270、30g作为分散剂的Disperbyk 190、5g作为防泡剂的Airex 901W、5g作为去泡剂的ByketolAQ、180g作为颜料的Blancfix IT Extra、TiO2R-706、Talkum IT Extra和MA-100、和10g作为共溶剂的乙二醇单丁醚投入容器中，然后使用砂磨机进行2小时的分散和搅拌。确认如此获得的混合物的最终粒径小于5微米。然后，加入300g通过新戊二醇与己二酸的缩合反应所制备的第一聚酯分散体树脂、100g通过新戊二醇与间苯二甲酸的缩合反应所制备的第二聚酯分散体树脂、90g作为固化剂的Cymel 328和Luwipal 8955、和70g去离子水，并充分搅拌。其后，加入30g作为共溶剂的正丁醇和异丙醇、50g作为湿润剂的BYK 346、和50g缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂和碱性增稠剂。加入余量的水调整粘度到0～60秒(4号Ford Cup)，由此制备根据示例性实施例的水溶性涂料组合物。
实施例4
将30g去离子水、100g作为聚酯树脂的NORUSTER 8270、30g作为分散剂的Disperbyk 190、5g作为防泡剂(antifoaming agent)的Airex 901W、5g作为去泡剂(defoaming agent)的Byketol AQ、180g作为颜料的BlancfixIT Extra、TiO2 R-706、Talkum IT Extra和MA-100、和10g作为共溶剂的乙二醇单丁醚投入容器中，然后使用砂磨机进行2小时分散和搅拌。确认如此获得的混合物的最终粒径小于5微米。然后，加入200g通过新戊二醇与己二酸的缩合反应所制备的第一聚酯分散体树脂、200g通过新戊二醇与间苯二甲酸的缩合反应所制备的第二聚酯分散体树脂、90g作为固化剂的Cymel 328、和70g去离子水，并充分搅拌。其后，加入30g作为共溶剂的正丁醇和异丙醇、50g作为湿润剂的BYK 346、和50g缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂和碱性增稠剂。加入余量的水调整粘度到0～60秒(利用4号FordCup)，由此制备根据示例性实施例的水溶性涂料组合物。
实施例5
将30g去离子水、100g作为聚酯树脂的NORUSTER 8270、30g作为分散剂的Di sperbyk 190、5g作为防泡剂的Airex 901W、5g作为防泡剂的ByketolAQ、180g作为颜料的Blancfix IT Extra、TiO2 R-706、Talkum IT Extra和MA-100、和10g作为共溶剂的乙二醇单丁醚投入容器中，然后使用砂磨机进行2小时分散和搅拌。确认如此获得的混合物的最终粒径小于5微米。然后，加入200g通过新戊二醇与己二酸的缩合反应所制备的第一聚酯分散体树脂、200g通过新戊二醇与间苯二甲酸的缩合反应所制备的第二聚酯分散体树脂、90g作为固化剂的Cymel 328和Luwipal 8955、和70g去离子水，并充分搅拌。其后，加入30g作为共溶剂的正丁醇和异丙醇、50g作为湿润剂的BYK 346、和50g缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂和碱性增稠剂。加入余量的水调整粘度到0～60秒(利用4号Ford Cup)，由此制备根据示例性实施例的水溶性涂料组合物。
实施例6
将30g去离子水、100g作为聚酯树脂的NORUSTER 8270、30g作为分散剂的Di sperbyk 190、5g作为防泡剂的Airex 901W、5g作为去泡剂的ByketolAQ、180g作为颜料的Blancfix IT Extra、TiO2 R-706、Talkum IT Extra和MA-100、和10g作为共溶剂的乙二醇单丁醚投入容器中，然后使用砂磨机进行2小时分散和搅拌。确认如此获得的混合物的最终粒径小于5微米。然后，加入200g通过新戊二醇与己二酸的缩合反应所制备的第一聚酯分散体树脂、200g通过新戊二醇与间苯二甲酸的缩合反应所制备的第二聚酯分散体树脂、90g作为固化剂的Cymel 328和Luwipal 8955、和70g的去离子水，并充分搅拌。其后，加入30g作为共溶剂的正丁醇和异丙醇、50g作为湿润剂的BYK 346、和50g缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂和碱性增稠剂。加入余量的水调整粘度到0～60秒(利用4号Ford Cup)，由此制备根据示例性实施例的水溶性涂料组合物。
下面将对各示例性实施例中所使用各成分的详细性质加以说明。
聚酯树脂：使用购自Noroo公司的NORUSTER 8270。数均分子量为4,000，酸值为35～40mgKOH/g，粒径是在30～60nm的范围内。
第一聚酯分散体树脂：数均分子量为5,000，酸值为35～40mgKOH/g，粒径在150～200nm的范围内。
第二聚酯分散体树脂：数均分子量为6,000，酸值为45～50mgKOH/g，粒径在180～240nm的范围内。
甲基化三聚氰胺：使用购自CYTEC公司的Cymel 328。是普通的包含甲基的三聚氰胺树脂。
甲基丁基混合三聚氰胺：购自BASF公司的Luwipal 8955，是普通的包含甲基和丁基的混合型三聚氰胺树脂。
颜料：使用普通的有机颜料以及二氧化钛、炭黑、钡和滑石的无机颜料。
分散剂：使用购自BYK-CHEMIE公司的BYK-190。是具有高分子量且包含具有颜料亲和性的基团的嵌段共聚物分散剂。
增稠剂：将购自BASF公司的Rheovis用作碱性可溶性增稠剂，将购自Evonik公司的Tego Viscoplus 3060用作缔合型氨基甲酸乙酯增稠剂。
防泡剂：使用购自Evonik公司的Tego Airex 901W。该防泡剂包含聚醚硅氧烷聚合物。
去泡剂：使用购自BYK-CHEMIE公司的BYKETOL AQ。该去泡剂具有表面活性和低分子量。
湿润剂：使用购自BYK-CHEMIE公司的BYK-346。该湿润剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷硅型湿润剂。
将各示例性实施例中所使用的成分的材料和量示于表1。
表1
Figure BSA00000746320700121
比较例
使用购自Noroo Holdings公司的商品名为DVD-8423L/gray PrimerSurfacer的油基二道底漆层涂料组合物。
为了比较物理性质，制备根据实施例1～6和比较例的涂料组合物，作为二道底漆层涂料组合物。将作为底漆层组合物的购自Noroo Holdings公司的KED-2000Gray阳离子电化学沉积型涂料组合物涂布在汽车用涂料组合物的试样上。在如此形成的底漆层上涂布作为二道底漆层涂料组合物的实施例1～6中制备的水溶性涂料组合物和比较例中的油基涂料组合物。于大约140℃下在大约70％的相对湿度下，使各试样干燥大约30分钟从而形成涂层。然后，依次涂布底涂层涂料组合物和透明涂料组合物，从而形成顶涂层。二道底漆层的干膜厚度约为20～40微米，底涂层的干膜厚度约为10～30微米，透明涂层的干膜厚度约为30～60微米。
以如下方式评估各种物理性质。
稳定性的评估：将涂料组合物于40℃下保存5天。使用4号Ford Cup评估保存前后的粘度差。评估粘度差是否在约-20％～+20％的范围内。
分散稳定性的评估：使用Hegman研磨量规测量分散粒径。评估分散粒径是否为5微米或以下。
二道底漆层外观：由工作人员观察二道底漆层的光泽度和清晰度。
最终外观：使用Wave-scan DOI对涂层表面的结构谱进行分析，以评估表面皱皮的大小及外观性质。
粘附性：形成大约100个具有大约2mm×2mm尺寸的网格，并且将胶带粘附在包括网格的涂层上。然后，剥离该胶带并且由工作人员观察涂层的分离状态。
抗冲击性能：通过使用大约300g的砝码并使用DuPont公司的冲击仪从大约40cm的高度施加冲击，由此评估抗冲击程度。
防水粘附性：将试样在大约40～50℃的温水中浸泡大约10天，然后由工作人员观察涂层的状态。
低温下的耐崩裂性：将样件于-20℃下保持3小时，然后利用崩裂石在4巴的压力下对该样件施加冲击。由工作人员观察涂层中是否产生破损部分。
可加工性：在涂布组合物时，由工作人员观察流动情况。
爆孔：在涂布后评估在涂层上产生爆孔的数量。
平整度：利用便携式光泽度识别性(PGD，portable glossdistinctiveness)测量装置来评估图像的清晰度。评估二道底漆层的PGD值在水平方向上是否大于0.9并且在垂直方向上是否大于0.7。
将物理性质的评估结果示于表2。在表2中，◎代表优秀，○代表良好，△代表一般。
表2
Figure BSA00000746320700141
如表2中所示，根据示例性实施例的水溶性涂料组合物显示良好的外观和良好的机械性质(包括粘附性、稳定性、抗冲击性能、耐崩裂性等)，正如油基涂料组合物。可通过改变第一聚酯分散体树脂和第二聚酯分散体树脂的量来制备根据实施例1～3的涂料组合物。通过使用具有不同颗粒的两种类型的聚酯分散体树脂，可容易地防止爆孔现象。
在实施例4～6中，通过改变甲基化三聚氰胺固化剂和甲基丁基混合三聚氰胺固化剂的量制备涂料组合物。该涂料组合物可显示良好的物理性质和可加工性。特别是，实施例5中的涂料组合物显示良好的外观和良好的对化学沉积的底涂层粗糙度的遮蔽性。根据示例性实施例的涂料组合物显示良好的环境亲和性和良好的功能性。因此，可用根据示例性实施例的水溶性涂料组合物来代替通常使用的油基涂料组合物。
如上所述，根据示例性实施例的水溶性涂料组合物可制造出具有良好外观和良好机械性质的涂层。此外，可显著地改善可加工性，包括爆孔和消除针孔。
此外，可通过使用根据示例性实施例的水溶性涂料组合物来解决与对化学沉积涂层的粗糙度的遮蔽效果变差有关的问题。根据示例性实施例的涂料组合物可不包含聚氨酯树脂而仅包含聚酯树脂。可提高生产率并且可降低制造成本。
上述是示例性实施例的例证而不应看作是对其的限制。尽管已公开了一些示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解在不实质性背离本发明的新教导和优点的情况下能够在示例性实施例中做出许多修改。因此，所有这种修改意图是包括在权利要求所限定的发明范围内。在权利要求中，功能限定条款意图是涵盖实施所陈述功能时本文中所描述的结构并且不仅涵盖结构等效物而且涵盖等效的结构。因此，应理解上述是各种示例性实施例的例证而不应当看作是局限于本文中公开的具体示例性实施例及对所公开示例性实施例的修改，其它示例性实施例意图也包括在所附权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种水溶性涂料组合物，基于所述涂料组合物的总量，其包含：
2～15重量％的聚酯树脂；
20～55重量％的聚酯分散体树脂，所述聚酯分散体树脂包含具有第一颗粒的第一聚酯分散体树脂、和具有粒径不同于所述第一颗粒的第二颗粒的第二聚酯分散体树脂；
5～15重量％的固化剂；
0.5～10重量％的分散剂；
10～25重量％的颜料；及
余量的水。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述聚酯树脂具有在30～80nm范围内的粒径、在50～80重量％范围内的固含量、在20～50mgKOH/g范围内的酸值、和在2,000～6,000范围内的数均分子量。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述第一颗粒和所述第二颗粒的粒径是在100～300nm的范围内。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述第一颗粒与所述第二颗粒的粒径比是在1∶1.1～3范围内。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述聚酯分散树脂具有在30～60重量％范围内的固含量、在20～50mgKOH/g范围内的酸值、和在3,000～9,000范围内的数均分子量。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述固化剂是甲基化三聚氰胺固化剂和甲基丁基混合三聚氰胺固化剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的涂料组合物，还包含中和剂、增稠剂、共溶剂、防泡剂、去泡剂、流平剂、和湿润剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的涂料组合物，还包含封闭聚异氰酸酯化合物。
9.一种形成涂层的方法，包括：
将根据权利要求1所述的水溶性涂料组合物涂布在物体上；以及
使所述经涂布的涂料组合物发生固化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过喷雾涂布和静电涂布中的一种方法实施所述涂布。
11.根据权利要求9所述的方法，其中将所述涂料组合物用作汽车用二道底漆组合物。
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