CN109251647B - 用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆及其制备方法。本发明水性底漆由水性聚氨酯分散体、流平剂、分散剂BYK‑190、消泡剂、pH值调节剂、成膜助剂、助溶剂、钛白粉、滑石粉、硫酸钡、导电炭黑、非离子缔合型增稠剂、碱溶胀增稠剂为和去离子水组成。本发明水性底漆对纤维增强环氧树脂复合材料的润湿性好和附着力强，可在复杂形状的工件表面厚涂而不流挂，形成的漆膜表面状态平整且具有良好的耐水性和打磨性。

Description

用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆及其制备方法。

背景技术

复合材料是近几十年发展起来的一种新型工程材料，具有比强度大、比刚度大、相对密度小的优点，尤其是以环氧树脂为基体的玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料等在摩托车头盔、飞行器壳体、风电叶片等领域得到广泛应用。

但是复合材料在自然界中会受到空气中的潮湿气体、盐雾、雨淋和日晒等因素的综合作用，使其产生老化现象，以致其外观和力学性能均会劣化。因此，在复合材料表面涂覆涂层就显得非常重要。但是纤维增强环氧树脂复合材料具有较强的疏水性，因此水性涂料，特别是水性底漆难以在其表面润湿并附着，影响涂层的保护效果。

近年来由于国家环保政策和对有机挥发物(VOC)的排放控制越来越严，溶剂型涂料已经在向环保水性涂料快速转换。目前很多企业使用的水性底漆存在与底材附着力差、润湿不良、干燥慢、耐水和丰满度差、施工易流挂等系列问题。如果提高干燥速度，水性涂料在烘烤时极易产生痱子和暗泡等缺陷；而且由于水性涂料施工固含比溶剂型涂料一般低40～50％，通过涂装厚度提高遮盖磨痕和底材缺陷会出现流挂的弊病。目前现有的水性涂料一次性厚涂超过45μm就出现严重流挂，不能满足其涂装要求。

专利文献CN 105176374公开了一种应用于环氧碳纤维复合材料上的水性底漆，其包含去离子水、分散剂(BYK-182)、消泡剂、杀菌剂、防沉剂、钛白粉、炭黑、防腐蚀填料、流变助剂、水性聚氨酯多元醇分散体A、水性聚氨酯多元醇分散体B、固化剂(Bayhydur XP2451)、偶联剂和PMA。该水性底漆对环氧/碳纤维复合材料的润湿性好、附着力强，可惜该底漆的触变性差，一次性厚涂时易流挂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题(如水性底漆的丰满度差、施工易流挂，与纤维增强环氧树脂复合材料的附着性差等)，本发明提供了一种用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆，该水性底漆对纤维增强环氧树脂复合材料的润湿性好和附着力强，可在复杂形状的工件表面厚涂而不流挂，形成的漆膜表面状态平整且具有良好的耐水性和打磨性。

本发明提供的用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆，由如下重量百分比计的原料配制而成：水性聚氨酯分散体40～45％、流平剂0.3～0.4％、分散剂BYK-1902.0～3.0％、消泡剂0.2～0.3％、pH值调节剂0.8～1.0％、成膜助剂1.5～2.0％、助溶剂5～8％、钛白粉16～20％、滑石粉5～8％、硫酸钡4～6％、导电炭黑0.5～0.6％、非离子缔合型增稠剂0.5～1％、碱溶胀增稠剂为1～2％，去离子水补足100％。

优选地，所述水性聚氨酯分散体的固含量为44～46％，平均粒径为40～60nm，平均分子量为15～18万，触变指数为2.6～2.8。更优选地，所述水性聚氨酯分散体为脂肪族水性聚氨酯分散体Adwel 1645，其品牌为万华，型号为Adwel 1645。

优选地，所述流平剂为Efka 3777，其品牌为埃夫卡，型号为Efka 3777。

优选地，所述消泡剂为BYK-011，其品牌为毕克，型号为BYK-011。

优选地，所述pH值调节剂为AMP-95，其品牌为陶氏，型号为AMP-95。

优选地，其特征在于，所述成膜助剂为TEXANOL酯醇，其品牌为伊士曼，型号为TEXANOL酯醇。

优选地，所述助溶剂为二丙二醇单甲醚或二丙二醇丁醚。

优选地，所述非离子缔合型增稠剂为Borchi Gel 0620，其品牌为Borchers OMGroup，型号为Borchi Gel 0620。

优选地，所述碱溶胀增稠剂为Borchi GelALA，其品牌为Borchers OM Group，型号为Borchi GelALA。

所述分散剂为BYK-190，其品牌为毕克，型号为BYK-190。所述钛白粉为金红石型钛白粉，其品牌为杜邦，型号为R706。所述滑石粉和硫酸钡的目数为1250目以下。所述导电炭黑为高色素导电炭黑，具体为VXC-72，其品牌为卡博特，型号为VXC-72。

相应地，本发明还提供了上述用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、取配方量的去离子水、分散剂、消泡剂和pH值调节剂，加入到分散缸内分散均匀，然后缓慢加入钛白粉、滑石粉、硫酸钡和导电炭黑，在800～1000rpm转速下预分散20～30min，接着用砂磨机将预分散的混合物研磨至15μm以下得到色浆；

S2、取配方量的水性聚氨酯分散体、流平剂、成膜助剂和助溶剂加入到配漆缸内分散均匀，然后加入色浆，在600～800rpm转速下分散10～20min，接着加入碱溶胀增稠剂和非离子缔合型增稠剂进行粘度和流变性调整，过滤得到用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆。

本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆的发明构思如下：首先，本发明采用平均粒径为40～60nm、平均分子量为15～18万、触变指数为2.6～2.8、最低成膜温度为5℃，的脂肪族水性聚氨酯分散体Adwel 1645作为主体树脂，纳米分散体更有助于提高涂层的成膜和致密性，而高分子量的树脂在室温下成膜可获得良好的耐水性，同时本发明所采用的水性聚氨酯分散体本身就具有一定的触变性，在流变助剂的协同作用下可获得高触变的水性涂料。

其次，本发明采用非离子缔合型增稠剂Borchi Gel 0620和碱溶胀增稠剂BorchiGelALA进行复配，以碱溶胀增稠剂Borchi GelALA为主，调整涂漆粘度；以强假塑性非离子缔合型增稠剂Borchi Gel 0620为辅，进一步提高底漆的触变性，使涂料具有合适的粘度和良好的施工性能，即使在低温高湿环境条件下施工，涂料也不会流挂且具有较快的表干速度。

再者，本发明采用二丙二醇单甲醚或二丙二醇丁醚作为助溶剂，这些助溶剂沸点高，可以避免室温表干后的漆膜在60℃下进行快速烘烤时出现痱子和暗泡等弊病。同时本发明采用的导电炭黑除了作为调色颜料外，还可避免静电涂装时因电流波动而导致静电场变化和涂装不均匀的问题，可在形状复杂的工件表面进行一次性厚涂，湿膜流平性好且厚度在65μm以上不流挂，解决了水性涂料因施工固含低而导致漆膜丰满度和遮盖力差的技术难题。

因此，与现有技术相比，本发明的优势在于：

(1)本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆对纤维增强环氧树脂复合材料的润湿性好、附着力强，同时其触变性高，可在复杂形状的工件表面进行一次性厚涂，湿膜流平性好且厚度在65μm以上不流挂，形成的漆膜表面状态平整、光滑，丰满度好，硬度高，并且具备良好的耐水性和打磨性。

(2)本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆适用于空气喷涂、圆盘和旋杯静电喷涂等流水线涂装工艺，同时其制备方法简单，工艺稳定，条件可控，且原料易得，可工业化生产，有利于推广应用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例、本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆

如下表1所示，列举了本发明水性底漆的6个实施例的重量配比表。

表1 本发明实施例1～6水性底漆配方

实施例1～6水性底漆的制备方法如下：

S1、取配方量的去离子水、分散剂、消泡剂和pH值调节剂，加入到分散缸内分散均匀，然后缓慢加入钛白粉、滑石粉、硫酸钡和导电炭黑，在800rpm转速下预分散30min，接着用砂磨机将预分散的混合物研磨至15μm以下得到色浆；

S2、取配方量的水性聚氨酯分散体、流平剂、成膜助剂和助溶剂加入到配漆缸内分散均匀，然后加入色浆，在700rpm转速下分散15min，接着加入碱溶胀增稠剂和非离子缔合型增稠剂进行粘度和流变性调整，过滤得到用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆。

试验例一、本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆的性能检测

对实施例1～6水性底漆及其涂层的性能进行检测，结果如下表2所示。

表2 各实施例水性底漆的性能检测结果

由上表2可知：

(1)本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆的施工固含量高，粘度适宜，触变性好，湿膜厚度65μm以上而不流挂且形成的漆膜平整、光滑，无痱子和暗泡等弊病，而且即使在低温高湿环境条件下施工，涂料也不会流挂且具有较快的表干速度，具备良好的施工性能。

(2)本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆对纤维增强环氧树脂复合材料的润湿性好、附着力强，可在复杂形状的工件表面厚涂而不流挂，同时漆膜硬度高，还具有良好的耐水性和打磨性，满足在纤维增强环氧树脂复合材料制品上的良好应用。实施例1～6中，以实施例4水性底漆的综合性能最佳，因此实施例4为本发明的最佳实施例。

试验例二、不同原料及配比对本发明水性底漆性能的影响

对比例1：与实施例4相比，本对比例的区别仅在于：使用原料Adwel 1637替换Adwel 1645。

对比例2：与实施例4相比，本对比例的区别仅在于：使用原料Borchi Gen 0451替换Efka 3777。

对比例3：与实施例4相比，本对比例的区别仅在于：使用原料Dispex UltraPX4585替换BYK-190。

对比例4：与实施例4相比，本对比例的区别仅在于：使用原料TEGO 3060替换Borchi Gel 0620。

对比例5：与实施例4相比，本对比例的区别仅在于：使用原料Rheovis AS1130替换Borchi GelALA。

对比例6：与实施例4相比，本对比例的区别仅在于：Borchi Gel 0620的用量调整为1.4kg，Borchi GelALA的用量调整为0.7kg。

对比例1～6的制备方法参照本发明实施例，同时参照试验例一的方法对对比例1～6水性底漆及其涂层的性能进行测试，结果如下表3所示。

表3 各对比例底漆的性能检测结果

由上表3可知：在本发明实施例4的基础上，改变个别原料的种类或配比，伴随的是部分甚至全部性能的下降，可见，涂料是一个复杂的体系，各因素的改变都会对涂料的性能产生影响。因此，本发明通过特定原料的组合，获得了一种性能优异，特别是触变性好、湿膜厚度65μm以上而不流挂且无痱子和暗泡等弊病的对纤维增强环氧树脂复合材料具有良好润湿性和附着力的水性底漆。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆，其特征在于，由如下重量百分比计的原料配制而成：水性聚氨酯分散体40～45％、流平剂0.3～0.4％、分散剂BYK-190 2.0～3.0％、消泡剂0.2～0.3％、pH值调节剂0.8～1.0％、成膜助剂1.5～2.0％、助溶剂5～8％、钛白粉16～20％、滑石粉5～8％、硫酸钡4～6％、导电炭黑0.5～0.6％、非离子缔合型增稠剂0.5～1％、碱溶胀增稠剂为1～2％，去离子水补足100％；

所述水性聚氨酯分散体为脂肪族水性聚氨酯分散体，其型号为Adwel 1645；

所述助溶剂为二丙二醇单甲醚或二丙二醇丁醚；

所述非离子缔合型增稠剂为Borchi Gel 0620；

所述碱溶胀增稠剂为Borchi GelA LA。

2.如权利要求1所述用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆，其特征在于，所述流平剂为Efka 3777。

3.如权利要求1所述用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆，其特征在于，所述消泡剂为BYK-011。

4.如权利要求1所述用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆，其特征在于，所述pH值调节剂为AMP-95。

5.如权利要求1所述用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆，其特征在于，所述成膜助剂为TEXANOL酯醇。

6.如权利要求1～5任一所述用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取配方量的去离子水、分散剂、消泡剂和pH值调节剂，加入到分散缸内分散均匀，然后缓慢加入钛白粉、滑石粉、硫酸钡和导电炭黑，在800～1000rpm转速下预分散20～30min，接着用砂磨机将预分散的混合物研磨至15μm以下得到色浆；

S2、取配方量的水性聚氨酯分散体、流平剂、成膜助剂和助溶剂加入到配漆缸内分散均匀，然后加入色浆，在600～800rpm转速下分散10～20min，接着加入碱溶胀增稠剂和非离子缔合型增稠剂进行粘度和流变性调整，过滤得到用于纤维增强环氧树脂复合材料的水性底漆。