CN105368294B - 一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料及其制备方法，该水性涂料由改性水性聚氨酯、纳米氨基POSS、聚四氟乙烯微粉蜡、去离子水、颜填料、助剂、交联剂按一定重量份通过机械共混的方法制备而成，其中改性水性聚氨酯由二氧化钛前驱体、二氧化硅前驱体通过原位改性的方法引入水性聚氨酯中，使纳米粒子定向排列均匀分散于聚氨酯乳液中，涂料流平性好、纳米颗粒对制备的汽车漆膜外观没有任何不良影响，制得的汽车涂料漆膜平整光亮、附着力好，耐刮擦、光泽度高、耐老化抗紫外线性能优异；另外，本发明将抗冲击成分氨基POSS引入涂料中，使得漆层的牢度大大增强，且本发明制得的水性涂料VOC含量低，符合汽车涂料的环保要求。

Description

一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽车涂料，尤其是涉及一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料及其制备方法。

背景技术

汽车车身涂有一层漆膜，起到保护和装饰作用，但在使用期间，车身常会与硬质物体接触碰撞，例如，汽车在行驶过程中，受到路上碎石子的撞击；在洗刷车身时，水中杂质对漆膜的冲刷，还要受到金属、树脂等物体的刮伤，从而影响了汽车车身的美观。另外，汽车长期暴露在各种恶劣的环境中，汽车表面容易老化、腐蚀、充满细菌，造成光泽度降低。同时，由于近年来人们对环境的日益重视，挥发性有机物(VOC)的排放正受到越来越严格的限制，国内大部分大巴、客车厂所使用的中涂漆，属于溶剂型油漆，含有大量有害物质成分，其VOC排放量为100g/m²，不符合绿色环保的要求，而且在喷涂过程中，产生大量挥发有害物质，影响工人健康，这些都是汽车在使用过程中面临的挑战。涂料作为汽车的外衣，在汽车的使用过程中起着至关重要的作用，但是传统汽车涂料很难全面满足汽车使用的复杂恶劣环境，因此，开发具有高光泽度、耐刮擦、抗冲击性、耐久性的环保水性汽车涂料成为汽车涂料科研人员的一项重要课题。

授权公告号为CN100554352C的专利公开了一种耐刮擦的纳米水性汽车涂料的制备方法，以聚氨酯为主体成膜树脂，引入纳米粉体，包括二氧化硅、二氧化钛等，利用机械物理分散的方法在交联剂的作用下制备得到纳米水性汽车涂料，但是该方法不能实现将二氧化硅、二氧化钛纳米均匀分散在树脂基体中，纳米粉体容易团聚，难以长期稳定分散，最终影响汽车的表观质量，且该汽车涂料抗冲击性能不强；授权公告号为CN101696321B的专利公开了一种纳米改性水性聚氨酯分散体的合成方法，在搅拌及一定温度条件下，将上述水合钛离子溶液缓慢加入到新制备的水性聚氨酯分散体中，反应一段时间后，获得纳米二氧化钛原位改性的水性聚氨酯分散体，但该方法制备得到的水性聚氨酯分散体在喷涂于汽车表面时，流平性差，容易造成外观不良，且该分散体力学性能有待提高；授权公告号为CN101067069B的专利公开了一种水性涂料组合物、复层涂膜的形成方法及涂装物、申请公布号为CN103013314A的专利公开了一种纳米水性汽车涂料及制备方法，这些专利制备得到的水性涂料同样存在上述缺陷，因此没有很好的应用前景。

综上所述，开发综合性能优异例如具有高光泽度、耐刮擦、抗冲击性、耐久性且投入少、制备工艺简单、加工过程绿色环保的水性汽车涂料及其制备方法势在必行。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料以及适合工业化生产、对环境友好的制备该环保水性汽车涂料的方法。

为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究，获得了如下技术方案：

一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：所述涂料由如下重量份的各组分制备而成：

优选地，所述八聚(γ-丙基氨基POSS)粒径为1～10nm。

优选地，所述聚四氟乙烯微粉蜡粒径为5～8μm。

优选地，所述助剂包括增稠剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂中的水性汽车涂料三种或者三种以上。

优选地，所述交联剂为丁基化三聚氰胺、甲基化三聚氰胺、异丁基化三聚氰胺中的一种或两种。

优选地，所述改性水性聚氨酯由如下方法制备，步骤如下：

(1)将150份去离子水加入装有搅拌器、冷凝器、温度计的反应釜中，控制反应釜的温度为20～30℃，在750～1500r/min速率搅拌条件下，加入氨基丙烯酸酯60～70份、甲基丙烯酸甲酯50～60份、六亚甲基二异氰酸酯2～10份、环氧乙烷二醇2～4份、纯丙乳液0.5～1份、乙二醇0.2～0.5份、2,2-二羟甲基丙酸1～2份；

(2)在500～1000r/min速率搅拌条件下，将1～2份壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应釜中，再加入过硫酸钾4～6份，升温至80～90℃后，保温3～4小时后冷却至20～45℃，调节反应釜内液体pH为7～8，得到水性聚氨酯。

(3)在500～1000r/min速率搅拌条件下，分别将10～20份二氧化钛前驱体、10～20份二氧化硅前驱体与20～60份无水乙醇混合，搅拌均匀后，缓慢加入30～40份水，继续搅拌，向溶液中加入酸性水溶液，调节溶液的PH值为5～6，得到水合钛、硅离子溶液；

(4)在500～1000r/min速率搅拌条件下，将步骤(3)所述的水合钛、硅离子溶液缓慢加入到步骤(2)所述的水性聚氨酯中，在30～60℃条件下反应2～15h，得到纳米二氧化钛、纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯。

进一步优选地，步骤(3)中所述的二氧化钛前驱体选自如下的一种或多种：钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸丙酯和四氯化钛。

进一步优选地，步骤(3)中所述的二氧化硅前驱体为四乙氧基硅烷。

进一步优选地，步骤(3)中所述酸性水溶液为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或几种。

本发明的第二个目的在于提供一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料制备方法，包括如下步骤：

(1)将所述重量份的八聚(γ-丙基氨基POSS)、聚四氟乙烯微粉蜡、颜填料放入烧杯中，加入部分去离子水、消泡剂、分散剂，在1000～2000r/min速率搅拌条件下，搅拌15～30min，然后用高速震荡机震荡30～60min，得到分散添加液；

(2)在750～1500r/min速率搅拌条件下，将步骤(1)所述制得的分散添加液加入到所述重量份的改性水性聚氨酯中，随后加入所述重量份的成膜助剂和余下的消泡剂，搅拌30～60min，制得复合乳液；

(3)在1000～1500r/min速率搅拌条件下，将所述重量份的交联剂加入到步骤(2)所述的复合乳液中，在室温下搅拌混合，并随时加入余下的去离子水，调节液体粘度为18～25s，得到所述高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料。

与现有技术相比，本发明涉及的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料及其制备方法具有如下优点和进步：(1)本发明通过将抗冲击成分八聚(γ-丙基氨基POSS)引入涂料中，当将涂料作为面漆喷涂于汽车表面时，使得烘干后的汽车表面漆层的牢度大大增强；(2)本发明将纳米二氧化钛、纳米二氧化硅通过原位改性的方法引入水性聚氨酯主体树脂中，使纳米粒子定向排列均匀分散于聚氨酯乳液中，涂料流平性好、纳米颗粒对制备的汽车漆膜外观没有任何不良影响，制得的汽车涂料漆膜平整光亮、附着力好，光泽度高、耐老化抗紫外线性能优异；(3)本发明方法采用聚氨酯作为汽车涂料主体成膜树脂，制得的汽车涂料具有优异的耐刮擦性，其耐刮擦性用保光率表示，可高达99％；(4)本发明制得的水性涂料VOC含量低，大大降低了对环境的污染程度，且无有机溶剂残留，符合汽车涂料的环保要求，具有很好的工业应用前景。

具体实施方式

实施例1

(1)将150份去离子水加入装有搅拌器、冷凝器、温度计的反应釜中，控制反应釜的温度为30℃，在1000r/min速率搅拌条件下，加入氨基丙烯酸酯70份、甲基丙烯酸甲酯55份、六亚甲基二异氰酸酯10份、环氧乙烷二醇2份、纯丙乳液1份、乙二醇0.5份、2,2-二羟甲基丙酸1份；

(2)在1000r/min速率搅拌条件下，将1份壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应釜中，再加入过硫酸钾6份，升温至90℃后，保温3小时后冷却至45℃，调节反应釜内液体pH为7，得到水性聚氨酯。

(3)在1000r/min速率搅拌条件下，分别将10份二氧化钛前驱体、20份二氧化硅前驱体与50份无水乙醇混合，搅拌均匀后，缓慢加入40份水，继续搅拌，向溶液中加入酸性水溶液，调节溶液的PH值为5，得到水合钛、硅离子溶液；

(4)在500r/min速率搅拌条件下，将步骤(3)所述的水合钛、硅离子溶液缓慢加入到步骤(2)所述的水性聚氨酯中，在50℃条件下反应10h，得到纳米二氧化钛、纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯；

(5)将所述重量份的八聚(γ-丙基氨基POSS)、聚四氟乙烯微粉蜡、颜填料放入烧杯中，加入部分去离子水、消泡剂、分散剂，在1000r/min速率搅拌条件下，搅拌30min，然后用高速震荡机震荡60min，得到分散添加液；

(6)在1500r/min速率搅拌条件下，将步骤(1)所述制得的分散添加液加入到所述重量份的改性水性聚氨酯中，随后加入所述重量份的成膜助剂和余下的消泡剂，搅拌60min，制得复合乳液；

(7)在1000r/min速率搅拌条件下，将所述重量份的交联剂加入到步骤(2)所述的复合乳液中，在室温下搅拌混合，并随时加入余下的去离子水，调节液体粘度为25s，得到所述高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料。

实施例2

(1)将150份去离子水加入装有搅拌器、冷凝器、温度计的反应釜中，控制反应釜的温度为20℃，在1500r/min速率搅拌条件下，加入氨基丙烯酸酯60份、甲基丙烯酸甲酯60份、六亚甲基二异氰酸酯2份、环氧乙烷二醇4份、纯丙乳液0.8份、乙二醇0.3份、2,2-二羟甲基丙酸2份；

(2)在500r/min速率搅拌条件下，将2份壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应釜中，再加入过硫酸钾5份，升温至90℃后，保温4小时后冷却至20℃，调节反应釜内液体pH为7.5，得到水性聚氨酯。

(3)在500r/min速率搅拌条件下，分别将15份二氧化钛前驱体、15份二氧化硅前驱体与50份无水乙醇混合，搅拌均匀后，缓慢加入30份水，继续搅拌，向溶液中加入酸性水溶液，调节溶液的PH值为6，得到水合钛、硅离子溶液；

(4)在1000r/min速率搅拌条件下，将步骤(3)所述的水合钛、硅离子溶液缓慢加入到步骤(2)所述的水性聚氨酯中，在50℃条件下反应15h，得到纳米二氧化钛、纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯；

(5)将所述重量份的八聚(γ-丙基氨基POSS)、聚四氟乙烯微粉蜡、颜填料放入烧杯中，加入部分去离子水、消泡剂、分散剂，在1500r/min速率搅拌条件下，搅拌25min，然后用高速震荡机震荡45min，得到分散添加液；

(6)在1500r/min速率搅拌条件下，将步骤(1)所述制得的分散添加液加入到所述重量份的改性水性聚氨酯中，随后加入所述重量份的成膜助剂和余下的消泡剂，搅拌30min，制得复合乳液；

(7)在1500r/min速率搅拌条件下，将所述重量份的交联剂加入到步骤(2)所述的复合乳液中，在室温下搅拌混合，并随时加入余下的去离子水，调节液体粘度为18s，得到所述高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料。

实施例3

(1)将150份去离子水加入装有搅拌器、冷凝器、温度计的反应釜中，控制反应釜的温度为25℃，在1000r/min速率搅拌条件下，加入氨基丙烯酸酯65份、甲基丙烯酸甲酯60份、六亚甲基二异氰酸酯5份、环氧乙烷二醇4份、纯丙乳液1份、乙二醇0.5份、2,2-二羟甲基丙酸1份；

(2)在1000r/min速率搅拌条件下，将1份壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应釜中，再加入过硫酸钾4份，升温至80℃后，保温4小时后冷却至40℃，调节反应釜内液体pH为8，得到水性聚氨酯。

(3)在1000r/min速率搅拌条件下，分别将20份二氧化钛前驱体、10份二氧化硅前驱体与60份无水乙醇混合，搅拌均匀后，缓慢加入35份水，继续搅拌，向溶液中加入酸性水溶液，调节溶液的PH值为5，得到水合钛、硅离子溶液；

(4)在1000r/min速率搅拌条件下，将步骤(3)所述的水合钛、硅离子溶液缓慢加入到步骤(2)所述的水性聚氨酯中，在60℃条件下反应2h，得到纳米二氧化钛、纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯；

(5)将所述重量份的八聚(γ-丙基氨基POSS)、聚四氟乙烯微粉蜡、颜填料放入烧杯中，加入部分去离子水、消泡剂、分散剂，在2000r/min速率搅拌条件下，搅拌15min，然后用高速震荡机震荡60min，得到分散添加液；

(6)在1500r/min速率搅拌条件下，将步骤(1)所述制得的分散添加液加入到所述重量份的改性水性聚氨酯中，随后加入所述重量份的成膜助剂和余下的消泡剂，搅拌40min，制得复合乳液；

(7)在1200r/min速率搅拌条件下，将所述重量份的交联剂加入到步骤(2)所述的复合乳液中，在室温下搅拌混合，并随时加入余下的去离子水，调节液体粘度为22s，得到所述高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料。

实施例4

(1)将150份去离子水加入装有搅拌器、冷凝器、温度计的反应釜中，控制反应釜的温度为30℃，在750r/min速率搅拌条件下，加入氨基丙烯酸酯70份、甲基丙烯酸甲酯50份、六亚甲基二异氰酸酯5份、环氧乙烷二醇3份、纯丙乳液0.5份、乙二醇0.2份、2,2-二羟甲基丙酸2份；

(2)在1000r/min速率搅拌条件下，将2份壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应釜中，再加入过硫酸钾6份，升温至90℃后，保温3小时后冷却至45℃，调节反应釜内液体pH为8，得到水性聚氨酯。

(3)在1000r/min速率搅拌条件下，分别将20份二氧化钛前驱体、20份二氧化硅前驱体与20份无水乙醇混合，搅拌均匀后，缓慢加入40份水，继续搅拌，向溶液中加入酸性水溶液，调节溶液的PH值为6，得到水合钛、硅离子溶液；

(4)在1000r/min速率搅拌条件下，将步骤(3)所述的水合钛、硅离子溶液缓慢加入到步骤(2)所述的水性聚氨酯中，在30℃条件下反应12h，得到纳米二氧化钛、纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯；

(5)将所述重量份的八聚(γ-丙基氨基POSS)、聚四氟乙烯微粉蜡、颜填料放入烧杯中，加入部分去离子水、消泡剂、分散剂，在2000r/min速率搅拌条件下，搅拌30min，然后用高速震荡机震荡30min，得到分散添加液；

(6)在750r/min速率搅拌条件下，将步骤(1)所述制得的分散添加液加入到所述重量份的改性水性聚氨酯中，随后加入所述重量份的成膜助剂和余下的消泡剂，搅拌60min，制得复合乳液；

(7)在1500r/min速率搅拌条件下，将所述重量份的交联剂加入到步骤(2)所述的复合乳液中，在室温下搅拌混合，并随时加入余下的去离子水，调节液体粘度为18s，得到所述高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料。

分别将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备得到的水性汽车涂料喷涂于汽车前盖板上，涂膜厚度为25±5μm，在140℃烘烤20min，得到涂料板试样A、B、C、D，试样留作性能评价试验。性能评价试验采用以下方法测试其汽车面漆的性能，测试项目、测试方法和测试结果入表1所示。

表1

通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的实验结果，可以看出制得的汽车涂料漆膜光泽度高、平整光亮、附着力好，耐老化抗紫外线性能好，漆膜的抗冲击性能优异，且汽车涂料的VOC含量很低。

Claims (9)

1.一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：所述涂料由如下重量份的各组分制备而成：

其中，所述的改性水性聚氨酯由如下方法制备：

(1)将150份去离子水加入装有搅拌器、冷凝器、温度计的反应釜中，控制反应釜的温度为20～30℃，在750～1500r/min速率搅拌条件下，加入氨基丙烯酸酯60～70份、甲基丙烯酸甲酯50～60份、六亚甲基二异氰酸酯2～10份、环氧乙烷二醇2～4份、纯丙乳液0.5～1份、乙二醇0.2～0.5份、2,2-二羟甲基丙酸1～2份；

(2)在500～1000r/min速率搅拌条件下，将1～2份壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应釜中，再加入过硫酸钾4～6份，升温至80～90℃后，保温3～4小时后冷却至20～45℃，调节反应釜内液体pH 为7～8，得到水性聚氨酯；

(3)在500～1000r/min速率搅拌条件下，分别将10～20份二氧化钛前驱体、10～20份二氧化硅前驱体与20～60份无水乙醇混合，搅拌均匀后，缓慢加入30～40份水，继续搅拌，向溶液中加入酸性水溶液，调节溶液的pH 值为5～6，得到水合钛、硅离子溶液；

(4)在500～1000r/min速率搅拌条件下，将步骤(3)所述的水合钛、硅离子溶液缓慢加入到步骤(2)所述的水性聚氨酯中，在30～60℃条件下反应2～15h，得到改性水性聚氨酯。

2.根据权利要求1所述的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：所述氨基POSS为八聚(γ-丙基氨基POSS)，粒径为1～10nm。

3.根据权利要求1所述的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：所述聚四氟乙烯微粉蜡粒径为5～8μm。

4.根据权利要求1所述的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：所述助剂包括增稠剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂中的三种或者三种以上。

5.根据权利要求1所述的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：所述交联剂为丁基化三聚氰胺、甲基化三聚氰胺、异丁基化三聚氰胺中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：改性水性聚氨酯制备步骤(3)中所述的二氧化钛前驱体选自如下的一种或多种：钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸丙酯和四氯化钛。

7.根据权利要求1所述的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：改性水性聚氨酯制备步骤(3)中所述的二氧化硅前驱体为四乙氧基硅烷。

8.根据权利要求1所述的一种高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料，其特征在于：改性水性聚氨酯制备步骤(3)中所述酸性水溶液为硫酸水溶液、盐酸水溶液、硝酸水溶液中的一种或几种。

9.一种制备权利要求1所述的高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料的方法，包含如下步骤：

(1)将所述重量份的纳米氨基POSS、聚四氟乙烯微粉蜡、颜填料放入烧杯中，加入部分去离子水、消泡剂、分散剂，在1000～2000r/min速率搅拌条件下，搅拌15～30min，然后用高速震荡机震荡30～60min，得到分散添加液；

(2)在750～1500r/min速率搅拌条件下，将步骤(1)所述制得的分散添加液加入到所述重量份的改性水性聚氨酯中，随后加入所述重量份的成膜助剂和余下的消泡剂，搅拌30～60min，制得复合乳液；

(3)在1000～1500r/min速率搅拌条件下，将所述重量份的交联剂加入到步骤(2)所述的复合乳液中，在室温下搅拌混合，并随时加入余下的去离子水，调节液体粘度为18～25s，得到所述高光泽度抗冲击性环保水性汽车涂料。