CN107459900A - 水性铝合金轮毂涂料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水性铝合金轮毂涂料组合物及其制备方法和应用，所述涂料组合物包括如下重量份的各组分：水性羟基丙烯酸分散体25‑35份，水性聚氨酯分散体13‑25份，氨基树脂3‑6份，颜料1.5‑4份，填料10‑16份，中和剂0.05‑0.4份，水2‑35份。本发明提供的水性铝合金轮毂涂料组合物涂装于铝合金轮毂所形成的漆膜具有良好的防腐蚀性能、耐水性和柔韧性。

Description

水性铝合金轮毂涂料组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及用于铝合金轮毂涂装的涂料组合物及其制备方法，特别涉及可用于摩托车铝合金轮毂涂装的涂料组合物。
背景技术
目前摩托车轮毂行业的涂装普遍采用的是溶剂型体系。而采用溶剂型涂料涂装后会排放大量的有机挥发性化合物，不仅破坏环境，危害人们的身体健康，同时也造成资源和能源的浪费。随着环保要求的提高，为了响应国家产业政策，开发水性涂料来替代溶剂型涂料用于涂装摩托车轮毂将成为一种趋势。然而，目前所开发的水性涂料往往对于铝合金摩托车轮毂的附着力不足，耐腐蚀性、耐盐雾性能、耐水性、柔韧性等均有待提高。公开号为CN106675271A的中国专利申请公开了一种铝合金轮毂用烘烤型单层水性闪光漆，该方案采用丙烯酸树脂、氨基树脂、改性环氧树脂，同时配以其他组分来制备闪光漆，获得附着力、耐盐雾性能和耐水性能良好的铝合金轮毂用涂料。公开号为CN106497276A的中国专利申请公开了一种高耐化摩托车轮毂用涂料，该方案采用重量百分比为35-55％的热固性丙烯酸树脂、5-15％的环氧改性环氧树脂和15-20％的乙醚化氨基树脂，同时搭配其他组分用以改善涂料的耐化性能。
发明内容
为改善现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有良好的防腐蚀性能、耐水性和柔韧性的水性铝合金轮毂涂料组合物。同时还提供该水性铝合金轮毂涂料组合物的制备方法和应用。
本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：
本发明第一方面提供一种水性铝合金轮毂涂料组合物，包括如下重量份的各组分：水性羟基丙烯酸分散体25-35份，水性聚氨酯分散体13-25份，氨基树脂3-6份，颜料1.5-4份，填料10-16份，中和剂0.05-0.4份，水2-35份。
优选的，所述水性羟基丙烯酸分散体的羟基含量为2.0-5.0wt％(相对于固体份)，羟基含量进一步优选为3.0-4.5wt％(相对于固体份)，更优选为水可稀释型的羟基丙烯酸分散体，例如可以采用万华化学生产的Antkote 2043。
本发明中，所述水性聚氨酯分散体优选选自聚醚型水性聚氨酯分散体、聚碳酸酯型水性聚氨酯分散体和聚酯型水性聚氨酯分散体中的一种或多种。进一步优选的，所述水性聚氨酯分散体为带羟基基团的聚酯型水性聚氨酯分散体，其中所含的羟基含量优选为1-3wt％(相对于固体份)，更优选为1.5-2.5wt％(相对于固体份)。在较佳方案中，水性聚氨酯分散体采用不含有机溶剂的水可稀释型的羟基聚氨酯分散体，例如可以采用万华化学生产的Wantipro 0336。
本发明中，所述氨基树脂优选为部分甲醚化的水性氨基树脂，例如可以是氰特公司生产的CYMEL 370。
本发明的优选实施方案中，水性铝合金轮毂涂料组合物还包括复合防锈颜料4-8重量份，所述复合防锈颜料为正磷酸锌水合物和氧化锌的混合物，正磷酸锌水合物和氧化锌的重量比优选为5:1-3:1。正磷酸锌水合物例如可以是德国凯佰(HEUBACH)生产的防腐颜料改性正磷酸锌ZINKPHOSPHAT ZP10。
本发明的优选实施方案中，水性铝合金轮毂涂料组合物还包括附着力促进剂1-3重量份，所述附着力促进剂优选为以聚酯为主链的磷酸酯，这类物质例如路博润公司产生的Lubrizol 2063，当然，也可采用其他的已知同类物质。
在本发明的一些具体实施方案中，所述颜料为炭黑，优选为槽法炭黑，例如可以采用德固赛碳黑SPECIAL BLACK 6。
在本发明的一些优选实施方案中，所述填料为硫酸钡，优选为沉淀硫酸钡，更优选为平均粒径小于1μm的沉淀硫酸钡，作为一种举例，该物质可以采用德国萨其宾公司生产的Blanc fixe microSP。
优选的，本发明的水性铝合金轮毂涂料组合物，还包括如下重量份的各组分：基材润湿剂0.2-0.5份，流平剂0.1-0.5份，消泡剂0.1-0.4份，分散剂1-3份，增稠剂0.3-0.7份，助溶剂1-4份。
本发明中，所述基材润湿剂、流平剂、消泡剂优选为有机硅类水性助剂，作为一种示例，基材润湿剂可以采用赢创德固赛生产的Tego 270，流平剂可以采用赢创德固赛生产的Tego Glide 100，消泡剂可以采用赢创德固赛生产的Tego 902W。
本发明中，所述分散剂优选为聚合物型水性润湿分散剂中的一种或多种，例如可以采用毕克化学生产的润湿分散剂BYK-2012。所述增稠剂优选采用碱溶胀型增稠剂，进一步优选为非缔合型碱溶胀丙烯酸增稠剂，起到防沉降和提高涂料触变性的作用，例如可以采用万华化学生产的WesmodyA401增稠剂。
本发明中，所述助溶剂优选为醇醚类、醇类溶剂中的一种或多种，进一步优选的，所述助溶剂优选为乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、丙二醇丁醚、乙二醇单己基醚、二丙二醇丁醚、异丙醇、正丁醇、异丁醇等中的一种或多种，更为优选的，所述助溶剂为二丙二醇丁醚。
本发明中，所述中和剂优选为沸点低于150℃的叔胺，进一步优选为N,N-二甲基乙醇胺。
作为一种较佳方案，本发明的水性铝合金轮毂涂料组合物优选包括如下重量份的各组分：水性羟基丙烯酸分散体25-35份，水性聚氨酯分散体13-25份，氨基树脂3-6份，颜料1.5-4份，复合防锈颜料4-8份，填料10-16份，分散剂1-3份，基材润湿剂0.2-0.5份，流平剂0.1-0.5份，消泡剂0.1-0.4份，助溶剂1-4份，水2-35份，附着力促进剂1-3份，增稠剂0.3-0.7份，中和剂0.05-0.4份。更进一步优选的，水性羟基丙烯酸分散体优选为28-32份，水性聚氨酯分散体优选为15-20份，氨基树脂优选为4-5份，颜料优选为1.8-2.5份，复合防锈颜料优选为5-7份，填料优选为12-14份，分散剂优选为1.5-2.5份，基材润湿剂优选为0.3-0.4份，流平剂优选为0.2-0.4份，消泡剂优选为0.2-0.3份，助溶剂优选为2-3份，水优选为4-18份，附着力促进剂优选为1.3-2份，增稠剂优选为0.4-0.6份，中和剂优选为0.08-0.14份。通过各组分的合理搭配，所制备的涂料可以更好的发挥各组分的作用，保证漆膜的优异性能。
本发明第二方面提供一种制备如上文所述的水性铝合金轮毂涂料组合物的方法，包括如下步骤，
将分散剂、部分水、部分中和剂混合搅拌分散，搅拌分散时转速优选控制为700-800转/分钟，搅拌分散时间优选为10-15min；之后再加入颜料、复合防锈颜料、填料、部分消泡剂继续搅拌分散，搅拌分散时转速优选控制为1000-1200转/分钟，搅拌分散时间优选为15-20min；然后研磨成细度小于15μm的色浆，过滤备用。
将水性羟基丙烯酸分散体、水性聚氨酯分散体、氨基树脂、基材润湿剂、流平剂、助溶剂、余量消泡剂、余量水、部分中和剂混合搅拌分散，然后加入所述色浆，继续混合搅拌分散，最后加入增稠剂调节粘度，获得涂料预混物；
将附着力促进剂、余量中和剂分散均匀，调整成pH为8-8.5的附着力促进剂溶液；
进行涂装前，将涂料预混物和附着力促进剂溶液混合，调整至所需粘度。在具体实施方式中，可以用去离子水调整至所需粘度。
制备色浆和制备涂料预混物时所加入的中和剂的量，以使色浆和涂料预混物的pH控制在8-8.5为准。
优选的，色浆制备加入的水量为总水量的35wt％-75wt％。
优选的，制备色浆时，可预先加入部分水性聚氨酯分散体，这并非必须的操作。预先加入部分水性聚氨酯分散体有利于提高润湿效果。优选预先加入35wt％-62wt％水性聚氨酯分散体,基于水性聚氨酯分散体总量。
本发明第三方面提供上文所述的水性铝合金轮毂涂料组合物的应用，该水性铝合金轮毂涂料组合物应用于铝合金轮毂的涂装，优选应用于铝合金摩托车轮毂的涂装。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明的水性铝合金轮毂涂料组合物，以水性羟基丙烯酸分散体和水性聚氨酯分散体为主要成膜物质，同时配以氨基树脂，提高了漆膜的防腐蚀性能、耐水性能和柔韧性。在优选方案中，采用正磷酸锌水合物和氧化锌按照特定比例构成的复合型防锈颜料，提高了涂料涂装后的防锈效果。在优选方案中，采用以聚酯为主链的磷酸酯作为附着力促进剂，保证了涂料形成的漆膜对铝合金轮毂的优异附着力。优选方案中，本发明通过各组分的合理搭配，通过各组分之间的协同组合，更好的发挥各组分的作用，保证漆膜对铝合金轮毂的优异附着力，同时还具备较佳的防锈防腐性能、耐水性、耐盐雾性能和抗冲击性能。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
实施例中所用的原料除另有说明外，均为涂料用市售工业品，原料用量均为重量份。以下实施例中所用的部分物料具体选择如下市售工业品：水性羟基丙烯酸分散体为万华化学生产的Antkote 2043，水性聚氨酯分散体为万华化学生产的Wantipro 0336，氨基树脂为氰特公司生产的CYMEL 370，基材润湿剂为赢创德固赛生产的Tego 270，流平剂为赢创德固赛生产的Tego Glide 100，消泡剂为赢创德固赛生产的Tego 902W，助溶剂为二丙二醇丁醚，增稠剂为万华化学生产的WesmodyA401增稠剂，附着力促进剂为以聚酯为主链的磷酸酯(具体选用的是路博润公司产生的Lubrizol 2063)，中和剂为N,N-二甲基乙醇胺，颜料选用的是德固赛碳黑SPECIAL BLACK 6，沉淀硫酸钡为德国萨其宾公司生产的Blanc fixemicroSP。
实施例1-3：
实施例1-3的涂料组合物配方如下表1所示，表1中各组分的配方量均为重量份。
表1实施例1-3的涂料组合物配方
其中，实施例1-3中所用色浆的配方如下表2所示，表2中所示各组分的配方量均为重量份。
表2实施例1-3中的色浆配方
实施例1-3的涂料组合物按照如下具体步骤进行制备，各步骤中的用量均按照相应实施例的配方量确定：
第一步：在分散罐中，加入分散剂、一部分水(用量见表2)、一部分中和剂，分散机转速控制在700-800转/分钟范围，搅拌分散10-15min；然后再加入炭黑、复合型防锈颜料、硫酸钡、消泡剂，分散机转速控制在1000-1200转/分钟范围，搅拌分散15-20min；然后加入部分水性聚氨酯分散体Wantipro 0336(用量见表2，需说明的是，在该步骤中也可以不加入水性聚氨酯分散体)，再分散15-20min；然后换成研磨盘，并加入适量锆珠，分散机转速控制在2000-2500转/分钟范围，研磨色浆至细度小于15μm，采用325目滤网过滤，获得色浆，pH为8.0-8.5，备用。
第二步：将水性羟基丙烯酸分散体、水性聚氨酯分散体、氨基树脂、基材润湿剂、流平剂、助溶剂、消泡剂、余量水、一部分中和剂、加入到分散罐中，在400-500转/分钟转速范围下，搅拌分散20分钟。然后将第一步制备的色浆加入至分散罐内,继续搅拌分散15min,最终加入增稠剂调整粘度，pH为8.0-8.5，作为涂料预混物备用。
第三步：将附着力促进剂、剩余的中和剂用分散机搅拌均匀，调整PH至8.0-8.5，作为附着力促进剂溶液备用。
第四步：将第二步配置的涂料预混物、第三步配置的附着力促进剂溶液混合在一起并调整至所需粘度。
实施例4-7：
按照实施例1的方法制备色浆，然后搭配不同比例的附着力促进剂以及适当比例的其他组分制备涂料组合物，实施例4-7的涂料组合物配方见表3，表3中各组分的配方量为重量份。实施例4-7涂料组合物的制备方法参照实施例1-3进行，不再赘述。
表3实施例4-7涂料组合物配方
实施例8-12
按照实施例1的方法制备的色浆，搭配不同用量的水性羟基丙稀酸分散体和水性聚氨酯分散体制备实施例8-12，实施例8-12的涂料组合物配方见表4，表4中各组分的配方量为重量份。实施例8-12涂料组合物的制备方法参照实施例1-3进行，不再赘述。
表4组合物涂料实施例8-12
性能评价及检测
对实施例1-12的涂料组合物及将其涂装于铝合金摩托车轮毂上形成的漆膜进行性能评价和检测。评价要求如下表5所示。
表5涂料组合物以及漆膜性能评价要求
对实施例1-12所制备的涂料组合物在铝合金基材上的基本性能进行测试，所得测试结果如下表6所示。
表6涂料组合物以及漆膜性能评价
经检测，实施例1-12中涂料组合物形成黑色单涂层漆膜，由表6可以看出，在性能上均表现比较优异，尤其体现在耐盐雾性能、附着力、冲击强度、硬度、耐化学品抗性等方面，均能够满足铝合金基材轮毂涂层的基本性能需求，特别适合于铝合金摩托车轮毂的涂装。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (16)

1.一种水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，包括如下重量份的各组分：水性羟基丙烯酸分散体25-35份，水性聚氨酯分散体13-25份，氨基树脂3-6份，颜料1.5-4份，填料10-16份，中和剂0.05-0.4份，水2-35份。
2.根据权利要求1所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸分散体的羟基含量为2.0-5.0wt％。
3.根据权利要求1所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体选自聚醚型水性聚氨酯分散体、聚碳酸酯型水性聚氨酯分散体和聚酯型水性聚氨酯分散体中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体为带羟基基团的聚酯型水性聚氨酯分散体，优选羟基含量为1-3wt％。
5.根据权利要求1所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述氨基树脂为部分甲醚化的水性氨基树脂。
6.根据权利要求1所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，还包括复合防锈颜料4-8重量份，所述复合防锈颜料为正磷酸锌水合物和氧化锌的混合物。
7.根据权利要求6所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，正磷酸锌水合物和氧化锌的重量比为5:1-3:1。
8.根据权利要求1所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，还包括附着力促进剂1-3重量份，所述附着力促进剂优选为以聚酯为主链的磷酸酯。
9.根据权利要求1所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述颜料为炭黑，所述填料为硫酸钡。
10.根据权利要求1所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，还包括如下重量份的各组分：基材润湿剂0.2-0.5份，流平剂0.1-0.5份，消泡剂0.1-0.4份，分散剂1-3份，增稠剂0.3-0.7份，助溶剂1-4份。
11.根据权利要求10所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述基材润湿剂、流平剂、消泡剂均为有机硅类水性助剂，所述分散剂为聚合物型水性润湿分散剂中的一种或多种，所述增稠剂为碱溶胀丙烯酸增稠剂，所述助溶剂为醇醚类和醇类溶剂中的至少一种，所述中和剂为沸点低于150℃的叔胺。
12.根据权利要求1-11任一项所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述水性铝合金轮毂涂料组合物包括如下重量份的各组分：水性羟基丙烯酸分散体25-35份，水性聚氨酯分散体13-25份，氨基树脂3-6份，颜料1.5-4份，复合防锈颜料4-8份，填料10-16份，分散剂1-3份，基材润湿剂0.2-0.5份，流平剂0.1-0.5份，消泡剂0.1-0.4份，助溶剂1-4份，水2-35份，附着力促进剂1-3份，增稠剂0.3-0.7份，中和剂0.05-0.4份。
13.根据权利要求12所述的水性铝合金轮毂涂料组合物，其特征在于，所述水性铝合金轮毂涂料组合物包括如下重量份的各组分：水性羟基丙烯酸分散体28-32份，水性聚氨酯分散体15-20份，氨基树脂4-5份，颜料1.8-2.5份，复合防锈颜料5-7份，填料12-14份，分散剂1.5-2.5份，基材润湿剂0.3-0.4份，流平剂0.2-0.4份，消泡剂0.2-0.3份，助溶剂2-3份，水4-18份，附着力促进剂1.3-2份，增稠剂0.4-0.6份，中和剂0.08-0.14份。
14.一种制备如权利要求12-13任一项所述的水性铝合金轮毂涂料组合物的方法，其特征在于，包括如下步骤，
将分散剂、部分水、部分中和剂混合搅拌分散，再加入颜料、复合防锈颜料、填料、部分消泡剂搅拌分散，然后研磨成细度小于15μm的色浆，过滤备用；
将水性羟基丙烯酸分散体、水性聚氨酯分散体、氨基树脂、基材润湿剂、流平剂、助溶剂、余量消泡剂、余量水、部分中和剂混合搅拌分散，然后加入所述色浆，继续混合搅拌分散，最后加入增稠剂调节粘度，获得涂料预混物；
将附着力促进剂、余量中和剂分散均匀，调整成pH为8-8.5的附着力促进剂溶液；
将涂料预混物和附着力促进剂溶液混合，调整至所需粘度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，制备色浆和制备涂料预混物时所加入的中和剂的量，以使色浆和涂料预混物的pH控制在8-8.5为准；
色浆制备加入的水量为总水量的35wt％-75wt％；
制备色浆时，预先加入35wt％-62wt％水性聚氨酯分散体,基于水性聚氨酯分散体总量。
16.权利要求1-13任一项所述的水性铝合金轮毂涂料组合物的应用，其特征在于，所述水性铝合金轮毂涂料组合物应用于铝合金轮毂的涂装，优选应用于铝合金摩托车轮毂的涂装。
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