CN107760191A - 一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆及其制备方法，水性导电底漆的原料包括以下组分及百分比含量：环氧改性水性聚氨酯40‑60％、助成膜剂3‑5％、导电剂6‑10％、颜填料10‑20％、防沉剂2‑6％、润湿分散剂0.3‑0.5％、流平剂0.2‑0.5％、消泡剂0.3‑0.5％、蒸馏水4‑8％，制得的水性环保涂料具有无毒、低VOC、原料选择广泛，层间附着力好以及优异的机械性能。

Description

一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性导电底漆及其制备方法，尤其是涉及一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆及其制备方法。
背景技术
碳纤维材料在最近几年发展迅猛，也包括了在汽车工业上的应用。随着汽车制造商对速度越来越极致的追求，越来越多的轻量化材料，如碳纤维，被应用到车身各个部分。汽车因经常需清洁，有时要用高压水枪清洗，所以在碳纤维上要求涂料要有较强的耐水性和抗强抗热水冲击。要满足该性能对底漆的要求特别高，因此开发一种应用于汽车碳纤维的强抗热水冲击的水性导电底漆来满足市场的需求很有必要。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆及其制备方法，得到的涂料在碳纤维上具有优异的机械性能，能够抵抗强热水冲击。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，包括以下组分及百分比含量：
优选地，所述的环氧改性水性聚氨酯采用以下方法制备得到：
(1)在温度为80-100℃的条件下，以多异氰酸酯、聚醚二醇、1,4丁二醇(BDO)、亲水扩链剂、环氧树脂为原料制备预聚体；
(2)降温至60℃，加入丙烯酸羟乙酯对步骤(1)得到的预聚体的-NCO进行封端，反应40min，直至-NCO反应完全；
(3)降温至30-40℃，滴加三乙胺进行中和反应生成盐，反应5-10min；
(4)加入去离子水进行乳化50-70min，即得到环氧树脂改性水性聚氨酯。
优选地，所述的多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯的一种或几种混合物。
优选地，所述的聚醚二醇的相对分子质量在2000-3000之间，与多异氰酸酯反应制备的聚氨酯性能佳，具有较高的强度和韧性。
优选地，所述的亲水扩链剂选自三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺或N-丙基二乙醇胺的一种或几种混合物。
优选地，所述的环氧树脂选自E-44、E-51或E-128的一种或几种混合物。
优选地，所述的多异氰酸酯与聚醚二醇的摩尔比为1.3-1.6：1，所述的亲水扩链剂占预聚体质量的5-9％，所述的环氧树脂占预聚体质量的4-8％，所述的1,4丁二醇占预聚体质量的2-5％。
环氧树脂与聚氨酯的搭配改善了产品的耐水性和硬度，能够承受强大的热水冲击，亲水扩链剂和添加比例，使合成的乳液液相较为稳定，本合成工艺为丙酮法，在低沸点能和水混合的惰性溶剂(如丙酮、甲乙酮、四氢呋喃等)中，制得含亲水基团的高相对分子质量的聚氨酯乳液，然后用水将该溶液稀释，先形成油包水的以溶剂为连续相的乳液，然后再加入大量的水，发生相倒转，水变成连续相并形成分散液，脱去溶剂后得到无溶剂的高相对分子质量的分散液，该法操作简单，重复性好，乳液的稳定性佳。
优选地，所述的助成膜剂选自丙二醇甲醚、异丙醇、丙二醇、二丙二醇单丙醚或乙二醇丁醚的一种或几种混合物。
优选地，所述的导电剂选自EfkaMI6779、Efka6780或DAPROEA-87一种或几种混合物，导电剂添加具有良好的导电性，在涂料中的添加量较少即可达到导电性能的提高。
优选地，所述的颜填料为2310钛白粉、CR-828钛白粉、滑石粉、立德粉、BR6320W炭黑、硫酸钡一种或几种的混合物，优选的钛白和碳黑，在水性乳液中的分散性好，稳定佳，进一步优选硫酸钡，硫酸钡具有高填充性，其低比表面积与粒径分布性以及易流动性，且硫酸钡因有较好的化学惰性，能提高漆膜的耐水性、耐酸、耐碱性。
优选地，所述的防沉剂选自BYK420、BYK425或BYK430的一种或几种混合物。
优选地，所述的润湿分散剂选自ADFS713、Efka6225或Efka5071的一种或几种混合物。
优选地，所述的流平剂选自BYK-331、BYK-333、Efka3522或Efka3570的一种或几种混合物。
优选地，所述的消泡剂选自Efka2527或Efka2550的一种或两种混合物。
所述的应用于汽车碳纤维的水性导电底漆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比将环氧改性水性聚氨酯、防沉剂、润湿分散剂加入分散釜中，随后加入颜填料、消泡剂，按照400～600rpm高速搅拌20-30min，使之混匀；
(2)用研磨机研磨步骤(1)所得的浆料，至细度在20微米以下；
(3)将流平剂、助成膜剂、导电剂加入漆釜罐中，按照200～400rpm搅拌20-30min，使之充分混匀；
(4)加入适量蒸馏水，即得到该水性导电底漆。
与现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、本发明采用环氧树脂改性聚氨酯，通过充分利用环氧树脂的环氧基和羟基参与反应，形成多重交联，以改良提高水性聚氨酯的耐水性、耐溶剂性等性能，提高水性聚氨酯的耐化学性和力学性能，通过优选的配方结构，制成优异性能的成品涂料，可以在碳纤维达到强抗热水冲击。
2、采用环氧改性水性聚氨酯为水性乳液，溶剂挥发少，制备工艺简单、设备投资低，绿色环保，低气味等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。
实施例1
一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆制备方法，具体为：
1、环氧改性水性聚氨酯的合成：
(1)在温度为80-100℃的条件下，以多异氰酸酯、聚醚二醇、BDO、亲水扩链剂、环氧树脂为原料制备预聚体；
(2)降温至60℃加入丙烯酸羟乙酯对预聚体的端-NCO进行封端，反应40min，直至-NCO反应完全；
(3)降温至30℃-40℃，滴加三乙胺进行中和反应生成盐，反应5-10min；
(4)加入去离子水进行乳化50-70min，即得到环氧树脂改性水性聚氨酯。
其中，TDI(甲苯二异氰酸酯)与N220摩尔比为1.3:1，MDEA(甲基二乙醇胺)占预聚体质量的5％，BDO占预聚体质量的2％，E-44占预聚体质量的5％。
2、底漆的制备方法如下：
(1)按上述重量份将环氧改性水性聚氨酯、防沉剂、润湿分散剂加入分散釜中，随后加入颜填料、消泡剂，按照400～600rpm高速搅拌20-30min，使之充分混匀；
(2)用研磨机研磨(1)所得浆料，至细度20微米以下；
(3)按上述重量份将流平剂、助成膜剂、导电剂为加入漆釜罐中，按照200～400rpm高搅拌20-30min，使之充分混匀；
(4)加入适量蒸馏水，即可得一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆。
对本实施例制得的漆膜进行相关性能测试，结果如下表所示：
实施例2
一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆制备方法，具体为：
1、环氧改性水性聚氨酯的合成：
(1)在温度为80-100℃的条件下，以多异氰酸酯、聚醚二醇、BDO、亲水扩链剂、环氧树脂为原料制备预聚体；
(2)降温至60℃加入丙烯酸羟乙酯对预聚体的端-NCO进行封端，反应40min，直至-NCO反应完全；
(3)降温至30℃-40℃，滴加三乙胺进行中和反应生成盐，反应5-10min；
(4)加入去离子水进行乳化50-70min，即得到环氧树脂改性水性聚氨酯。
其中，TDI与N220摩尔比为1.5:1，MDEA占预聚体质量的9％，BDO占预聚体质量的4％，E-44占预聚体质量的8％。
2、底漆制备方法如下：
(1)按上述重量份将环氧改性水性聚氨酯、防沉剂、润湿分散剂加入分散釜中，随后加入颜填料、消泡剂，按照400～600rpm高速搅拌20-30min，使之充分混匀；
(2)用研磨机研磨(1)所得浆料，至细度20微米以下；
(3)按上述重量份将流平剂、助成膜剂、导电剂为加入漆釜罐中，按照200～400rpm高搅拌20-30min，使之充分混匀；
(4)加入适量蒸馏水，即可得一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆。
实施例3
一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，包括以下组分及百分比含量：
具体采用以下步骤制备得到：
(1)按配比将环氧改性水性聚氨酯、防沉剂、润湿分散剂加入分散釜中，随后加入颜填料、消泡剂，按照400rpm高速搅拌30min，使之混匀；
(2)用研磨机研磨步骤(1)所得的浆料，至细度在20微米以下；
(3)将流平剂、助成膜剂、导电剂加入漆釜罐中，按照200rpm搅拌30min，使之充分混匀；
(4)加入适量蒸馏水，即得到该水性导电底漆。
其中，助成膜剂为丙二醇甲醚，导电剂为EfkaMI6779，颜填料为选硫酸钡，防沉剂为BYK420，润湿分散剂为ADFS713，流平剂为BYK-331，消泡剂为Efka2527。
环氧改性水性聚氨酯采用以下方法制备得到：
(1)在温度为80℃的条件下，以多异氰酸酯、聚醚二醇、1,4丁二醇(BDO)、亲水扩链剂、环氧树脂为原料制备预聚体；
(2)降温至60℃，加入丙烯酸羟乙酯对步骤(1)得到的预聚体的-NCO进行封端，反应40min，直至-NCO反应完全；
(3)降温至30℃，滴加三乙胺进行中和反应生成盐，反应10min；
(4)加入去离子水进行乳化50min，即得到环氧树脂改性水性聚氨酯。
多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，聚醚二醇的相对分子质量在2000，亲水扩链剂为三乙醇胺，环氧树脂为E-44，多异氰酸酯与聚醚二醇的摩尔比为1.3：1，亲水扩链剂占预聚体质量的5％，环氧树脂占预聚体质量的4％，1,4丁二醇占预聚体质量的2％。
实施例4
一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，包括以下组分及百分比含量：
具体采用以下步骤制备得到：
(1)按配比将环氧改性水性聚氨酯、防沉剂、润湿分散剂加入分散釜中，随后加入颜填料、消泡剂，按照600rpm高速搅拌20min，使之混匀；
(2)用研磨机研磨步骤(1)所得的浆料，至细度在20微米以下；
(3)将流平剂、助成膜剂、导电剂加入漆釜罐中，按照400rpm搅拌20min，使之充分混匀；
(4)加入适量蒸馏水，即得到该水性导电底漆。
其中，助成膜剂为丙二醇甲醚，导电剂为EfkaMI6779，颜填料为选硫酸钡，防沉剂为BYK420，润湿分散剂为ADFS713，流平剂为BYK-331，消泡剂为Efka2527。
环氧改性水性聚氨酯采用以下方法制备得到：
(1)在温度为100℃的条件下，以多异氰酸酯、聚醚二醇、1,4丁二醇(BDO)、亲水扩链剂、环氧树脂为原料制备预聚体；
(2)降温至60℃，加入丙烯酸羟乙酯对步骤(1)得到的预聚体的-NCO进行封端，反应40min，直至-NCO反应完全；
(3)降温至40℃，滴加三乙胺进行中和反应生成盐，反应5min；
(4)加入去离子水进行乳化50min，即得到环氧树脂改性水性聚氨酯。
多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，聚醚二醇的相对分子质量在3000，亲水扩链剂为三乙醇胺，环氧树脂为E-44，多异氰酸酯与聚醚二醇的摩尔比为1.6：1，亲水扩链剂占预聚体质量的9％，环氧树脂占预聚体质量的8％，1,4丁二醇占预聚体质量的5％。
实施例5
一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，包括以下组分及百分比含量：
具体采用以下步骤制备得到：
(1)按配比将环氧改性水性聚氨酯、防沉剂、润湿分散剂加入分散釜中，随后加入颜填料、消泡剂，按照500rpm高速搅拌25min，使之混匀；
(2)用研磨机研磨步骤(1)所得的浆料，至细度在20微米以下；
(3)将流平剂、助成膜剂、导电剂加入漆釜罐中，按照300rpm搅拌25min，使之充分混匀；
(4)加入适量蒸馏水，即得到该水性导电底漆。
其中，助成膜剂为丙二醇甲醚，导电剂为EfkaMI6779，颜填料为选硫酸钡，防沉剂为BYK420，润湿分散剂为ADFS713，流平剂为BYK-331，消泡剂为Efka2527。
环氧改性水性聚氨酯采用以下方法制备得到：
(1)在温度为90℃的条件下，以多异氰酸酯、聚醚二醇、1,4丁二醇(BDO)、亲水扩链剂、环氧树脂为原料制备预聚体；
(2)降温至60℃，加入丙烯酸羟乙酯对步骤(1)得到的预聚体的-NCO进行封端，反应40min，直至-NCO反应完全；
(3)降温至40℃，滴加三乙胺进行中和反应生成盐，反应5min；
(4)加入去离子水进行乳化50min，即得到环氧树脂改性水性聚氨酯。
多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，聚醚二醇的相对分子质量在2500，亲水扩链剂为三乙醇胺，环氧树脂为E-44，多异氰酸酯与聚醚二醇的摩尔比为1.4：1，亲水扩链剂占预聚体质量的7％，环氧树脂占预聚体质量的6％，1,4丁二醇占预聚体质量的3％。

Claims (10)

1.一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，包括以下组分及百分比含量：
2.根据权利要求1所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的环氧改性水性聚氨酯采用以下方法制备得到：
(1)在温度为80-100℃的条件下，以多异氰酸酯、聚醚二醇、1,4丁二醇、亲水扩链剂、环氧树脂为原料制备预聚体；
(2)降温至60℃，加入丙烯酸羟乙酯对步骤(1)得到的预聚体的-NCO进行封端，反应40min，直至-NCO反应完全；
(3)降温至30-40℃，滴加三乙胺进行中和反应生成盐，反应5-10min；
(4)加入去离子水进行乳化50-70min，即得到环氧树脂改性水性聚氨酯。
3.根据权利要求2所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯的一种或几种混合物，
所述的聚醚二醇的相对分子质量在2000-3000之间，
所述的亲水扩链剂选自三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺或N-丙基二乙醇胺的一种或几种混合物，
所述的环氧树脂选自E-44、E-51或E-128的一种或几种混合物。
4.根据权利要求2所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的多异氰酸酯与聚醚二醇的摩尔比为1.3-1.6：1，所述的亲水扩链剂占预聚体质量的5-9％，所述的环氧树脂占预聚体质量的4-8％，所述的1,4丁二醇占预聚体质量的2-5％。
5.根据权利要求1所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的助成膜剂选自丙二醇甲醚、异丙醇、丙二醇、二丙二醇单丙醚或乙二醇丁醚的一种或几种混合物，所述的导电剂选自EfkaMI6779、Efka6780或DAPROEA-87一种或几种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的颜填料选自2310钛白粉、CR-828钛白粉、滑石粉、立德粉、BR6320W炭黑或硫酸钡的一种或几种混合物。
7.根据权利要求1所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的防沉剂选自BYK420、BYK425或BYK430的一种或几种混合物，所述的润湿分散剂选自ADFS713、Efka6225或Efka5071的一种或几种混合物。
8.根据权利要求1所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的流平剂选自BYK-331、BYK-333、Efka3522或Efka3570的一种或几种混合物。
9.根据权利要求1所述的一种应用于汽车碳纤维的水性导电底漆，其特征在于，所述的消泡剂选自Efka2527或Efka2550的一种或两种混合物。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的应用于汽车碳纤维的水性导电底漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配比将环氧改性水性聚氨酯、防沉剂、润湿分散剂加入分散釜中，随后加入颜填料、消泡剂，按照400～600rpm高速搅拌20-30min，使之混匀；
(2)用研磨机研磨步骤(1)所得的浆料，至细度在20微米以下；
(3)将流平剂、助成膜剂、导电剂加入漆釜罐中，按照200～400rpm搅拌20-30min，使之充分混匀；
(4)加入适量蒸馏水，即得到该水性导电底漆。
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