CN108276889A - 一种汽车用单组分水性黑漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车用单组分水性黑漆及其制备方法。该汽车用水性单组份黑漆由A、B、C三组分按4:(4～7):(0.05～0.2)的重量比混合得到，其中A组分包含以下重量份的成分：高色素炭黑3～7.5份、水15～35份、甲基乙二醇3～10份、基材润湿剂0.3～2.5份、分散剂1.5～7.5份，B组分为脂肪族聚氨酯分散体，C组分为流变剂。本发明制得的汽车用单组分水性黑漆显著改善了原料相容性问题，提高了流动性、储存稳定性、光泽、黑度及蓝相。

Description

一种汽车用单组分水性黑漆及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体而言，涉及一种汽车用单组分水性黑漆及其制备方法。

背景技术

涂料，旧称油漆，是指可涂覆于物件表面，与体积结合牢固、形成具有一定强度固态薄膜的物质，汽车车身涂层是多层体系，通常包括电泳沉积底漆层，中涂漆层，面漆层等，其中面漆作为最后一层涂层，必须具备几个功能：1.良好的外观：包括饱满度高、光泽高、流平性好、无缩孔、无痱子等；2.优异的保护性能：包括硬度好、柔韧性好、耐候性好、耐水性好、耐盐雾性好等；3.优良的施工性：包括润湿性好，不容易流挂；4.宽广的施工窗口：包括对温度和湿度有良好的适应性等。

目前，随着汽车工业的发展，不但要求黑色面漆具有优异的丰满度、流平性、耐候性、耐水性和耐溶剂性，还要求面漆具有高黑度、高蓝相的特点，以满足外观要求。

专利文献CN104312399B公开了一种高黑度蓝相黑色面漆及其制备方法，所述的高黑度蓝相黑色面漆采用羟基丙烯酸树脂、羟基聚酯树脂与多种助剂复配，具有配套性优异、流平好、耐候性佳、硬度好、耐刮伤性佳的优点；专利文献CN106800874A公开了一种水性双组分聚氨酯面漆及其制备方法，但是该面漆中的固化剂中同时含有亲水性和疏水性两种多异氰酸酯固化剂，且A组分中水性羟基丙烯酸分散体含量高，产品的耐酸碱性不平衡。

市面上一般的水性单组份黑漆一般耐40℃水3-5天后便明显起皱脱层，40℃储存1-3天便明显分水，同时放置0℃1-3天便有凝结现象，失去流动性，同时黑度及蓝相不足，无法满足高端市场需求。导致这一问题的原因，在于制备水性漆的过程中一个重要问题是如何使油溶性的聚合物能溶于水，解决方法主要有成盐法、醇解法、引入非离子亲水性基团法等，通过上述方法可以改善其缺陷，但漆膜致密性、原料混溶性、流动性等性能往往难以全面兼顾，

发明内容

本发明所要解决的技术问题是汽车用单组分水性黑漆的原料相容性问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车用单组分水性黑漆及其制备方法，本发明采用超支化聚氨酯低聚物分散剂、脂肪族聚氨酯分散体及非离子聚氨酯缔合型流变剂为原料进行制备。极大地消除了原料相容性问题，使漆膜致密性及原料混溶性有很大提高，进而提高了漆膜性能及原漆贮存性。

为了实现本发明的上述目的，通过大量试验研究并不懈努力，最终获得了如下技术方案：

一种汽车用单组分水性黑漆，由A组分、B组分、C组分按4:(4～7):(0.05～0.2)的重量比混合得到，其中A组分包含以下重量份的成分：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：流变剂。

优选地，本发明所述汽车用单组分水性黑漆，由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到，其中A组分包含以下重量份的成分：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：流变剂。

更进一步优选地，本发明所述汽车用单组分水性黑漆，其由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到，其中A组分包含以下重量份的成分：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：流变剂。

本发明所述汽车用单组分水性黑漆，其中的高色素炭黑的粒径≤5nm，优选地，所述高色素炭黑为德固赛公司的FW200或卡波特公司的M1600。

本发明所述汽车用单组分水性黑漆，其中的基材湿润剂为聚醚硅氧烷共聚物，优选地，所述基材润湿剂为德国迪高化工公司的TEGO500。

本发明所述汽车用单组分水性黑漆，其中的脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成。

本发明所述汽车用单组分水性黑漆，其中的流变剂为非离子聚氨酯缔合型流变剂，优选地，所述流变剂为德国迪高化工公司的TEGO3060。

本发明所述汽车用单组分水性黑漆，其中的分散剂为超支化聚氨酯低聚物，其制备方法如下：

步骤S1，向容器中加入30～50重量份质量分数为40～50％的二异氰酸酯水溶液，接着加入1～3重量份二月桂酸二丁基锡，搅拌，温度控制在18～45℃，加入1～3重量份对羟基苯甲醚和20～40重量份质量分数为50％的甲基丙烯酸羟乙酯水溶液，反应2～3h，得到中间体溶液；

步骤S2，将步骤S1所得中间体溶液升温至50℃～70℃，加入20～40重量份质量分数为30％的超支化聚酯水溶液，反应2～3h，将生成的混合物加入到去离子水中，搅拌至液体呈清色且固体呈粉末状，过滤，风干，即得。

本发明所述汽车用单组分水性黑漆，其步骤S2中的超支化聚酯的制备方法如下：将聚乙烯醇和二羟甲基丙酸按照重量比为1:10混合均匀，以对甲苯磺酸作为催化剂，在140℃进行熔融缩聚反应，通入氮气排除水分，即得。

本发明还提供了上述单组分水性黑漆的制备方法，具体包括如下制备步骤：

步骤一：A组分的制备：

将甲基乙二醇、基材润湿剂、分散剂加入水混合均匀，以300～500转/分的转速，搅拌5～10分钟，接着加入高色素炭黑，以800～1000转/分搅拌20～30分钟，得到预分散浆；将预分散浆进行研磨，研磨过程中预分散浆的温度保持在25～50℃，转速为800～1000转/分，流速为10升/分，研磨至细度≦5μm，得到A组分混合物；

步骤二：将B组分和C组分与步骤一得到的A组分混合物混合均匀，进行搅拌，转速为300～500转/分，搅拌20～30分钟，即得。

本发明相对于现有技术，具有如下技术效果：

本发明在单组分水性黑漆的原料中使用了超支化聚氨酯低聚物分散剂、脂肪族聚氨酯分散体及非离子聚氨酯缔合型流变剂。

分散剂的作用是把各种粉体合理地分散在溶剂中，通过一定的电荷排斥原理或高分子位阻效应，使各种固体很稳定地悬浮在溶剂(或分散液)中。在涂料生产过程中，颜料分散是一个很主要的生产环节，它直接关系到涂料的储存，施工，外观以及漆膜的性能等，所以合理地选择和制备分散剂是涂料生产过程中一个很重要的问题。本发明采用了自制的超支化聚氨酯低聚物作为分散剂。超支化低聚物因其具有空间三维结构，低熔融粘度，多官能团高反应活性，末端易于改性，分子特性可调等特点，可应用于涂料行业。这种低聚物一般是通过在多官能度的树枝状核周围接枝不饱和基团而获得，多官能度的核一般常见的主要有多羧基核、多羟基核和多环氧基核，其中多羟基核是最常见的。目前对于末端多羟基核的不饱和性封端方法主要有三种体系，一是马来酸酐体系封端的方法，二是丙烯酸及其衍生物封端的方法，三是二异氰酸酯+甲基丙烯酸羟乙酯的封端方法。研究发现用马来酸酐封端的方法产物难以和溶剂分离；用丙烯酸及其衍生物封端的方法，因其刚性链段少，一般得到室温下呈液态或者高弹态的化合物，封端后其玻璃化转变温度会急剧下降，很难得到50℃左右呈粉末状态的树脂。

而本发明采用超支化聚酯作为多羟基核，并用甲基丙烯酸羟乙酯和二异氰酸酯封端，合成超支化聚氨酯低聚物，该方法具有反应活性强速度快，刚性强，玻璃化转变温度比较高，产物分离容易等优点；制得的超支化聚氨酯低聚物，聚合物的分子结构比较规整，具有类似球形的紧凑结构，支化度较高，分子链缠结少，并且分子带有许多官能性端基，超支化聚合物上剩余的端基用于固化，缩短了固化时间，又提高了交联密度及漆膜性。

另外，脂肪族聚氨酯分散体及非离子聚氨酯缔合型流变剂这两种物质的加入，使得其中的油性基团可通过范德华力以单点或多点锚定在涂料颗粒表面，亲水基团通过空间位阻效应对涂料起到分散稳定的作用，有效地阻止了涂料粒子之间的结合，稳定效果较好，显著改善了涂料的原料相容性问题，提高了流动性、储存稳定性、光泽、黑度及蓝相。

具体实施方式

以下结合实施例更加具体地说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不仅仅限于下述的实施例。

实施例1

分散剂的制备

本实施例所述分散剂为超支化聚氨酯低聚物，其制备方法如下：

步骤S1，向容器中加入40重量份质量分数为45％的二异氰酸酯水溶液，接着加入2重量份二月桂酸二丁基锡，搅拌，温度控制在40℃，加入2重量份对羟基苯甲醚和30重量份质量分数为50％的甲基丙烯酸羟乙酯水溶液，反应2.5h，得到中间体溶液；

步骤S2，将步骤S1所得中间体溶液升温到60℃，加入35重量份质量分数为30％的超支化聚酯水溶液，反应2.5h，将生成的混合物加入到去离子水中，搅拌至液体呈清色且固体呈粉末状，过滤，风干，即得。

其中，超支化聚酯的制备方法如下：将聚乙烯醇和二羟甲基丙酸按照重量比为1:10混合均匀，以对甲苯磺酸作为催化剂，在140℃进行熔融缩聚反应，通入氮气排除水分，即得。

实施例2

所述汽车用单组分水性黑漆由A组分、B组分、C组分按4:4:0.05的重量比混合得到：

其中A组分由以下重量份的成分组成：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：迪高TEGO3060流变剂。

其中，所述分散剂为实施例1制得的超支化聚氨酯低聚物，所述脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成。

所述汽车用单组分水性黑漆的制备方法如下：

步骤一：A组分的制备：

将甲基乙二醇、基材润湿剂、分散剂加入水混合均匀，以500转/分的转速，搅拌10分钟，接着加入高色素炭黑，以1000转/分搅拌30分钟，得到预分散浆；将预分散浆进行研磨，研磨过程中预分散浆的温度保持在40℃，转速为1000转/分，流速为10升/分，研磨至细度≦5μm，得到A组分混合物；

步骤二：将B组分和C组分与步骤一得到的A组分混合物混合均匀，进行搅拌，转速为500转/分，搅拌30分钟，即得。

实施例3

所述汽车用单组分水性黑漆由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到：

其中A组分由以下重量份的成分组成：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：迪高TEGO3060流变剂。

其中，所述分散剂为实施例1制得的超支化聚氨酯低聚物，所述脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成。

所述汽车用单组分水性黑漆制备方法与实施例2类似。

实施例4

所述汽车用单组分水性黑漆由A组分、B组分、C组分按4:7:0.2的重量比混合得到：

其中A组分由以下重量份的成分组成：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：迪高TEGO3060流变剂。

其中，所述分散剂为实施例1制得的超支化聚氨酯低聚物，所述脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成。

所述汽车用单组分水性黑漆的制备方法与实施例2类似。

对比例1

所述汽车用单组分水性黑漆由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到：

其中A组分由以下重量份的成分组成：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：迪高TEGO3060流变剂。

其中，所述分散剂为武汉超支化树脂科技有限公司的HyPer H10超支化聚酯，所述脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成。

所述汽车用单组分水性黑漆的制备方法与实施例2类似。

对比例2

所述汽车用单组分水性黑漆由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到：

其中A组分由以下重量份的成分组成：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：迪高TEGO3060流变剂。

本对比例所述分散剂为超支化聚氨酯低聚物，其制备方法如下：

步骤S1，向容器中加入40重量份质量分数为45％的二异氰酸酯水溶液，接着加入2重量份二月桂酸二丁基锡，搅拌，温度控制在40℃，加入2重量份对羟基苯甲醚和30重量份质量分数为50％的甲基丙烯酸羟乙酯水溶液，反应2.5h，得到中间体溶液；

步骤S2，将步骤S1所得中间体溶液升温到60℃，加入35重量份质量分数为30％的端羧基聚酯水溶液，反应2.5h，将生成的混合物加入到去离子水中，搅拌至液体呈清色且固体呈粉末状，过滤，风干，即得。

其中，端羧基聚酯的制备方法如下：将重量比为5:8:1:6:4的对苯二甲酸、己二酸、乙二醇、新戊二醇及催化剂苯磺酸钠投入容器中反应，通入氮气，升温至240℃，加入3重量份的亚磷酸三苯酯进行缩聚，通入氮气，接着降温至170℃时加入2重量份的酸酐进行酸化，至酸值变为20～35mgKOH/g，降温至25℃，即得到端羧基聚酯。

其中，所述脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成。

所述汽车用单组分水性黑漆的制备方法与实施例2类似。

对比例3

所述汽车用单组分水性黑漆由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到：

其中A组分由以下重量份的成分组成：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：流变剂。

其中，所述分散剂为实施例1制得的超支化聚氨酯低聚物，脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成，流变剂为东莞市力胜化工有限公司的8420水性流变助剂。

汽车用单组分水性黑漆的制备方法与实施例2类似。

试验例一、汽车用单组分水性黑漆质量检测试验

1、试验材料：实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2和对比例3制备的汽车用单组分水性黑漆。

2、试验方法：采用表1所述的检测方法。

3、试验结果：

试验结果如表1所示。

表1不同配方的汽车用单组分水性黑漆耐水及贮存检测数据

试验例二、汽车用单组分水性黑漆黑度及蓝相检测试验

4、试验材料：实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2和对比例3制备的汽车用单组分水性黑漆。

5、试验方法：采用BYK公司的BYK-mac多角度测色仪，按照操作手册的步骤以45°的角度检测黑度及蓝相性。

6、试验结果：

试验结果如表2所示。

表2不同配方的汽车用单组分水性黑漆黑度及蓝相检测数据

检测项目	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
							L	0.58	0.51	0.60	0.85	0.77	0.82
a	0.06	0.08	0.06	0.04	0.04	0.03
							b	-0.48	-0.52	-0.49	-0.40	-0.43	-0.42

备注：L表示明暗度(黑白)，a表示红绿色，b表示黄蓝色。其中L值越小表示黑度越黑，b值越小表示蓝相越大。

由表1可知，实施例3得到的单组分水性黑漆耐水性、附着力、贮存稳定性、黑度、蓝相等性能最优，实施例2、4(分别采用了本发明技术方案的配方范围的上下限)的性能均优于对比例1、2、3，对比例1采用了一种市售的超支化聚酯作为分散剂，对比例2采用多羧基聚酯作为合成分散剂中多官能度的核，其性能比对比例1的稍好。

Claims (10)

1.一种汽车用单组分水性黑漆，其特征在于，其由A组分、B组分、C组分按4:(4～7):(0.05～0.2)的重量比混合得到，其中A组分包含以下重量份的成分：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：流变剂。

2.根据权利要求1所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于，其由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到，其中A组分包含以下重量份的成分：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：流变剂。

3.根据权利要求1所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于，其由A组分、B组分、C组分按4:5.9:0.1的重量比混合得到，其中A组分包含以下重量份的成分：

B组分为：脂肪族聚氨酯分散体；

C组分为：流变剂。

4.根据权利要求1-3任一所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于：所述基材湿润剂为聚醚硅氧烷共聚物。

5.根据权利要求1-3任一所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于：所述脂肪族聚氨酯分散体由脂肪族阴离子聚氨酯、N-乙基二异丙胺和水按重量比为35:64:1组成。

6.根据权利要求1-3任一所述所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于：所述流变剂为非离子聚氨酯缔合型流变剂。

7.根据权利要求1-3任一所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于：所述分散剂为超支化聚氨酯低聚物。

8.根据权利要求7所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于：所述超支化聚氨酯低聚物的制备方法如下：

步骤S1，向容器中加入30～50重量份质量分数为40～50％的二异氰酸酯水溶液，接着加入1～3重量份二月桂酸二丁基锡，搅拌，温度控制在18～45℃，加入1～3重量份对羟基苯甲醚和20～40重量份质量分数为50％的甲基丙烯酸羟乙酯水溶液，反应2～3h，得到中间体溶液；

步骤S2，将步骤S1所得中间体溶液升温至50℃～70℃，加入20～40重量份质量分数为30％的超支化聚酯水溶液，反应2～3h，将生成的混合物加入到去离子水中，搅拌至液体呈清色且固体呈粉末状，过滤，风干，即得。

9.根据权利要求8所述汽车用单组分水性黑漆，其特征在于：所述步骤S2中的超支化聚酯的制备方法如下：将聚乙烯醇和二羟甲基丙酸按照重量比为1:10混合均匀，以对甲苯磺酸作为催化剂，在140℃进行熔融缩聚反应，通入氮气排除水分，即得。

10.根据权利要求1-9任一所述的汽车用单组分水性黑漆的制备方法，其特征在于具体包括如下制备步骤：

步骤一：A组分的制备：

将甲基乙二醇、基材润湿剂、分散剂加入水混合均匀，以300～500转/分的转速，搅拌5～10分钟，接着加入高色素炭黑，以800～1000转/分搅拌20～30分钟，得到预分散浆；将预分散浆进行研磨，研磨过程中预分散浆的温度保持在25～50℃，转速为800～1000转/分，流速为10升/分，研磨至细度≦5μm，得到A组分混合物；

步骤二：将B组分和C组分与步骤一得到的A组分混合物混合均匀，进行搅拌，转速为300～500转/分，搅拌20～30分钟，即得。