CN110885616B

CN110885616B - 一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆及其制备方法

Info

Publication number: CN110885616B
Application number: CN201911306173.5A
Authority: CN
Inventors: 邱景生; 陈磊; 郑天扬
Original assignee: Zhuzhou Jiuhua New Materials Coating Industrial Co ltd
Current assignee: Zhuzhou Jiuhua New Materials Coating Industrial Co ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2039-12-18
Also published as: CN110885616A

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆，包括漆料和固化剂，所述漆料包括以下重量份的原料：水性丙烯酸杂化环氧树脂45～55份、硫酸钡15～20份、气相二氧化硅0.2～0.4份、高分子量嵌段共聚物分散剂2～2.5份、颜料19～22份、聚硅氧烷消泡剂0.5～0.6份、流平剂0.3～0.5份、增稠剂2.0～3.0份、余量为去离子水，本发明还公开了其制备方法，本发明制得的涂料的整体综合性能可满足中国铁路总公司Q/CR 546.4‑2016标准要求。

Description

一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及厚涂型环氧面漆领域，尤其涉及一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆及其制备方法。

背景技术

随着我国高铁技术的发展和国家对铁路建设的大力投资，机车车辆、高铁动车在不同地域、不同恶劣环境下的应用越来越多，对车辆行驶完全性能要求也日益提高。现有的普通丙烯酸聚氨酯面漆的厚涂性能较差，一次涂装仅能达到60um，漆膜不耐石击。车辆长时间运行后，在车辆车架、车轴和轮毂等部位易受到石击、异物摩擦和油污侵蚀，有漆膜磨损脱落风险，造成车架、车轴和轮毂等部位发生锈蚀，对车辆的运行存在巨大的安全隐患。

目前已有关于厚涂型水性丙烯酸杂化环氧地坪漆的研究，但是是用于环氧地坪漆，目前尚未有关于轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆的研究。一种水性厚涂型水性丙烯酸杂化环氧地坪漆及其制备方法(公开号：CN109554055A)涉及一种水性厚涂型水性丙烯酸杂化环氧地坪漆，是由A组分和B组分所组成；其中A组分包括按照重量百分比计的如下组分：水性丙烯酸杂化环氧树脂乳液60～72％、颜料3～5％、钛白粉2～8％、沉淀硫酸钡2～15％、增硬耐磨剂1～2％、水性分散剂0.3～0.5％、水性消泡剂0.1～0.2％、水性流平剂0.2～0.3％、表面活性剂0.2～0.4％、水性聚酰胺蜡浆0.5～1％、去离子水7～10％、成膜助剂2～3％，助溶剂3～5％、涂料中和剂0.3～0.6％、水性石墨烯浆料1～2％；其中B组分是环氧固化剂。该发明提供的地坪漆的优点是：干燥快、厚涂不起泡、流平好、磨性好、耐水性好、光泽高、耐候性好、低VOCs等特点，但是其耐化学性能一般，不具备抗石击性能、耐盐雾性和耐高低温循环交变性能，如需用于轨道交通车辆的车辆车架、车轴和轮毂等部位，需提高其耐化学性能，同时增加抗石击性能、耐盐雾性和耐高低温循环交变性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆及其制备方法，提高漆膜附着力、耐化学侵蚀性能、抗石击性能和耐盐雾性和耐高低温循环交变性能，以适应轨道交通车辆底架和轮轴等部位漆膜特殊性能的要求。

本发明采用的技术方案是：

一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆，包括漆料和固化剂，其特征在于所述漆料包括以下重量份的原料：

水性丙烯酸杂化环氧树脂45～55份、硫酸钡15～20份、气相二氧化硅0.2～0.4份、高分子量嵌段共聚物分散剂2～2.5份、颜料19～22份、聚硅氧烷消泡剂0.5～0.6份、流平剂0.3～0.5份、增稠剂2.0～3.0份、余量为去离子水；

所述固化剂包括以下重量份的原料：

分散体胺固化剂38～42份、成膜助剂12份、去离子水46～50份；所述成膜助剂由十二碳醇酯成膜助剂和OE400成膜助剂组成。

优选的，所述硫酸钡为1250～1500目。

优选的，所述漆料包括以下重量份的原料：

水性丙烯酸杂化环氧树脂45～50份、硫酸钡15～20份、气相二氧化硅0.2～0.3份、高分子量嵌段共聚物分散剂2～2.5份、颜料19～22份、聚硅氧烷消泡剂0.5～0.6份、流平剂0.3～0.5份、增稠剂2.0～3.0份、余量为去离子水；

所述固化剂包括以下重量份的原料：

分散体胺固化剂38～40份、成膜助剂12份、去离子水46～50份；所述成膜助剂由十二碳醇酯成膜助剂和OE400成膜助剂组成。

本发明的另一方面涉及一种上述轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆的制备方法，包括以下步骤：

漆料的制备：按重量配比称取漆料的原料，先加入丙烯酸杂化环氧树脂进行分散，然后在搅拌状态下依次加入分散剂、硫酸钡、颜料、气相二氧化硅、聚硅氧烷消泡剂，搅拌得预分散浆，研磨后依次加入流平剂、去离子水、增稠剂，搅拌、过滤、包装待用；

固化剂的制备：按重量配比称取固化剂的原料，对分散体胺固化剂进行分散，在搅拌状态下依次加入去离子水、成膜助剂，搅拌均匀后包装待用；

漆料与固化剂混合：将漆料与固化剂按100:16.67的重量配比进行混合。漆料与固化剂配比最大范围为100:15～20。

优选的，预分散浆研磨的细度≤20μm。

优选的，漆料的制备步骤中，丙烯酸杂化环氧树脂分散的转速为500-800转/分钟，加入分散剂、硫酸钡、颜料、气相二氧化硅、聚硅氧烷消泡剂后，搅拌转速为1000-1200转/分钟，搅拌时间为20-30分钟，加入流平剂、去离子水、增稠剂后，搅拌转速为1000-1200转/分钟，搅拌20-30分钟。

优选的，固化剂的制备步骤中，分散体胺固化剂的分散转速为500-800转/分钟，加入去离子水、成膜助剂后，转速调为800-1000转/分钟，搅拌5-10分钟。

本轨道交通车辆底架和轮轴用厚涂型水性环氧面漆反应机理如下：

(1)本发明采用水性丙烯酸杂化环氧树脂AEH-20搭配由EH613分散体胺固化剂和十二碳醇酯、OE400成膜助剂配制的固化剂组份，将水性丙烯酸杂化环氧树脂与水溶性分散体胺固化剂混合，经过搅拌，分散体胺固化剂均匀分布于水性丙烯酸杂化环氧树脂乳液中。水性丙烯酸杂化环氧树脂体系中分散体胺固化剂组分以类似“核壳”结构的形式分散在聚丙烯酸杂化环氧乳胶粒内。成膜过程中水性丙烯酸杂化环氧树脂体系中的液体环氧组分逐渐扩散出乳胶粒，与分散体胺固化剂接触并发生固化反应。在涂料干燥和固化过程中，水分挥发后，乳胶颗粒相互靠近并融合，水性分散体胺固化剂与液体丙烯酸杂化环氧树脂开始接触并发生固化反应。随着反应的进行，丙烯酸杂化环氧树脂分子交联逐渐形成三维网状结构，最终形成均一连续的涂膜。

(2)反应固化后，涂膜具有优异的附着力、良好的耐冲击性，硬度达到H。与常规的丙烯酸涂料相比，涂膜的耐盐雾性达到1000h(常规丙烯酸涂料耐盐雾仅600h)，防腐性能大大提升。此外，水性丙烯酸杂化环氧涂料涂膜的耐水性和耐酸碱性也较优异，性能达到双组分水性环氧体系水平。这是由于杂化乳液中丙烯酸组分本身即具有较高的相对分子质量，可以提供较优的涂层性能，另一方面，杂化乳液中的环氧组分与分散体胺固化剂发生交联，又能进一步提升涂层性能。

本发明的技术要点是：

(1)本发明是为轨道交通车辆的底架、轮轴和轮毂等部位专用而研发的一种厚涂型水性环氧面漆特殊涂料。该涂料有环氧附着力好，耐冲击性能和漆膜硬度，同时有较好耐化学溶剂性能，一次喷涂漆膜厚度可达100um以上。

(2)本发明采用美国陶氏化学水性丙烯酸杂化环氧树脂和德国湛新公司水分散体胺固化剂等新型技术材料；水性丙烯酸杂化环氧树脂，一方面具有丙烯酸本身较高的相对分子质量，可以提供较优的涂层基本性能，另一方面杂化环氧组份赋予涂膜优异的附着力、良好的耐冲击性和厚涂性能。

(3)本发明采用十二碳醇酯和OE-400成膜助剂，它能与聚合物乳胶颗粒吸附，使乳胶颗粒变软，从而在漆膜干燥过程中使双组份漆料更好地融合，提高漆膜的交联密度。

(4)本发明采用的填料为1250目硫酸钡，其粒径10um左右，起到填充作用，能提高漆膜的致密性，提升漆膜的硬度，提高漆膜厚度。

(5)本发明将漆料研磨至细度≤20μm时出料，漆膜的表面效果好，不易产生气泡和颗粒。

(6)本发明采用其它原材料有分散剂、消泡剂、流平剂、气相二氧化硅、增稠剂助剂等。其中分散剂采用高分子量嵌段共聚物，对水性涂料体系中颜填料的分散及储存稳定性起作用；消泡剂为硅氧烷类消泡剂，具有好的分散破泡和施工漆膜消泡效果；流平剂为氟改性流平剂，具有良好的流平效果；气相二氧化硅的使用，使面漆有优良的防沉降性能；增稠剂为改善漆料黏度，提高施工抗流挂性能。

本发明的有益效果是：

(1)该涂料采用水性丙烯酸杂化环氧树脂和水分散体胺固化剂新型技术材料，使得漆膜拥有环氧漆的附着力好、耐冲击性能好的优点，同时又有丙烯酸漆耐化学溶剂性能好的特点。硫酸钡的运用，可提高漆膜厚度，一次喷涂漆膜厚度可达100um以上。该涂料是满足目前轨道交通车辆的底架、轮轴和轮毂等部位性能要求和涂装工艺要求的最佳解决方案。

(2)该厚涂型水性环氧面漆与现有的水性环氧底漆产品配套性好，涂料施工成膜后，与底层附着力划格≤1级，复合涂层耐盐雾性能可达到1000h；

(3)该涂料采用水性丙烯酸杂化环氧树脂，使得漆膜拥有丙烯酸树脂优良的柔韧性、耐水、耐化学溶剂性能。其中耐化学溶剂性能可通过10％H₂SO₄、10％NaOH浸泡24h，漆膜无异常。

(4)该涂料整体综合性能可满足中国铁路总公司Q/CR546.4-2016标准要求。

具体实施方案

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

实施例1

一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆的制备方法，包括以下步骤：

(1)漆料的制备：将组成漆料的原料按重量配比称量，丙烯酸杂化环氧树脂倒入容器缸中，并把容器缸置于分散机下进行分散，调节转速为600转/分钟，然后在搅拌状态下依次加入分散剂、硫酸钡、颜料、气相二氧化硅、聚硅氧烷消泡剂。加料完毕后，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌25分钟，即得预分散浆；然后用隔膜泵将预分散浆泵入砂磨机中，研磨至细度≤20μm时出料，再将流平剂、去离子水、增稠剂3种原料依次加入，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌20分钟，用120目的滤网过滤，除去机械杂质，用塑料桶包装待用；

(2)固化剂的制备：先将上述固化剂原料中的分散体胺固化剂按重量配比加入到容器缸中，并把容器缸置于分散机下进行分散，调节转速为500转/分钟，然后在搅拌状态下加入去离子水，加料完毕后，调节分散机转速为800转/分钟，按重量加入十二碳醇酯成膜助剂和OE400成膜助剂，搅拌10分钟。包装待用；

(3)轨道交通车辆底架和轮轴用厚涂型水性环氧面漆的制备：在使用时将漆料与固化剂按100:16.67的重量配比进行混合，施工时加4％去离子水调节施工粘度。

表1为本发明的三个具体实施例的具体原料重量配比。

表1实施例1-3的具体原料重量配比

注：上述水性丙烯酸杂化环氧树脂为美国陶氏化学AEH-20；高分子量嵌段共聚体分散剂迪高Dispers 688；硫酸钡(1250目)为澧县红林化工有限公司生产；颜料为按客户颜色需要，采用如杜邦钛白粉R-706、汽巴DPP大红、巴斯夫酞菁蓝等公司颜料产品；气相二氧化硅为德国赢创德固赛OK520；聚硅氧烷消泡剂BYK093；流平剂为德国BYK345；去离子水为超滤机自制生产；增稠剂为德国明凌公司PUR65；分散体胺固化剂为德国湛新EH613；十二碳醇酯成膜助剂TEXANOL、OE400成膜助剂为美国伊士曼公司生产。

轨道交通车辆底架和轮轴用厚涂型水性环氧面漆需满足中国铁路总公司企业标准：《动车组用涂料与涂装第四部分：转向架用涂料及涂层体系》Q/CR 546.4-2016要求，其主要性能技术指标和结果如表2所示。

表2《动车组用涂料与涂装第四部分：转向架用涂料及涂层体系》性能技术指标

实施例1、实施例2、实施例3中制得的环氧面漆按照中国铁路总公司企业标准《动车组用涂料与涂装第四部分：转向架用涂料及涂层体系》Q/CR 546.4-2016制板并测试其性能技术指标，结果如表3所示。

表3实施例1～3中制得的环氧面漆的测试性能技术指标

通过表3中测试结果可以看出，本发明采用水性丙烯酸杂化环氧树脂AEH-20及其它原料配比制备的漆料，搭配由EH613分散体胺固化剂和十二碳醇酯、OE400成膜助剂配制的固化剂组份制成的漆膜制板能满足中国铁路总公司企业标准《动车组用涂料与涂装第四部分：转向架用涂料及涂层体系》Q/CR 546.4-2016各项指标要求，与底层附着力划格≤1级，复合涂层耐盐雾性能可达到1000h，耐化学溶剂性能可通过10％H₂SO₄、10％NaOH浸泡24h，漆膜无异常。

对比例1

与实施例1的区别是固化剂组份中选用湛新2106w80分散体胺固化剂。

漆料的制备：将丙烯酸杂化环氧树脂倒入容器缸中，并把容器缸置于分散机下进行分散，调节转速为600转/分钟，然后在搅拌状态下依次加入分散剂、硫酸钡(1250目)、颜料、气相二氧化硅、聚硅氧烷消泡剂。加料完毕后，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌25分钟，即得预分散浆；然后用隔膜泵将预分散浆泵入砂磨机中，研磨至细度≤20μm时出料，再将流平剂、去离子水、增稠剂3种原料依次加入，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌20分钟，用120目的滤网过滤。

固化剂的制备：将分散体胺固化剂湛新2106w80按重量配比加入到容器缸中，并把容器缸置于分散机下进行分散，调节转速为500转/分钟，然后在搅拌状态下加入去离子水，加料完毕后，调节分散机转速为800转/分钟，按重量配比加入十二碳醇酯成膜助剂和OE400成膜助剂，搅拌10分钟。

轨道交通车辆底架和轮轴用厚涂型水性环氧面漆的制备：在使用时将漆料与固化剂按100:16.67的重量配比进行混合，施工时加4％去离子水调节施工粘度。

对比例2

与实施例1的区别是固化剂组份中选用陶氏化学丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚做成膜助剂。

固化剂的制备：将分散体胺固化剂湛新EH613按重量配比加入到容器缸中，并把容器缸置于分散机下进行分散，调节转速为500转/分钟，然后在搅拌状态下加入去离子水，加料完毕后，调节分散机转速为800转/分钟，按重量配比加入丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚成膜助剂，搅拌10分钟。

对比例3

与实施例1的区别是采用粒径较粗的800目硫酸钡做为漆料的体质填料。

漆料的制备：将丙烯酸杂化环氧树脂倒入容器缸中，并把容器缸置于分散机下进行分散，调节转速为600转/分钟，然后在搅拌状态下依次加入分散剂、硫酸钡(800目)、颜料、气相二氧化硅、聚硅氧烷消泡剂。加料完毕后，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌25分钟，即得预分散浆；然后用隔膜泵将预分散浆泵入砂磨机中，研磨至细度≤20μm时出料，再将流平剂、去离子水、增稠剂3种原料依次加入，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌20分钟，用120目的滤网过滤。

对比例4

与实施例1的区别是漆料的研磨制程中，细度在40um时出料制漆。

漆料的制备：将丙烯酸杂化环氧树脂倒入容器缸中，并把容器缸置于分散机下进行分散，调节转速为600转/分钟，然后在搅拌状态下依次加入分散剂、硫酸钡(1250目)、颜料、气相二氧化硅、聚硅氧烷消泡剂。加料完毕后，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌25分钟，即得预分散浆；然后用隔膜泵将预分散浆泵入砂磨机中，研磨至细度40μm时出料，再将流平剂、去离子水、增稠剂3种原料依次加入，调节分散机转速为1000转/分钟，搅拌20分钟，用120目的滤网过滤。

对比例5

与实施例1的区别是施工运用时按漆料组份：固化剂组份100：25配比。

轨道交通车辆底架和轮轴用厚涂型水性环氧面漆的制备：在使用时将漆料与固化剂按100:25的重量配比进行混合，施工时加4％去离子水调节施工粘度。

实施例1与对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5中制得的环氧面漆按照中国铁路总公司企业标准《动车组用涂料与涂装第四部分：转向架用涂料及涂层体系》Q/CR546.4-2016制板并测试其性能技术指标，测试结果如下表所示。

通过上表中测试结果可以看出，本发明实施例1采用陶氏化学AEH-20水性丙烯酸杂化环氧树脂为主体树脂，优选的分散剂、硫酸钡1250目、助剂等其它原料，在特定的制作工艺制程下控制研磨细度≤20um制出的漆料组份，搭配由EH613分散体胺固化剂和十二碳醇酯、OE400成膜助剂配制的固化剂组份，施工时按漆料组份：固化剂组份配比100：16.67制出的厚涂型水性环氧面漆漆膜达到最优异的综合性能，如优良的附着力，良好的耐水性能和耐酸碱性能，复合涂层耐盐雾性能可达到1000h。满足中国铁路总公司企业标准《动车组用涂料与涂装第四部分：转向架用涂料及涂层体系》Q/CR546.4-2016各项指标要求。

通过对照例1和实施例1比较可以看出，对照例1采用湛新2106w80分散体胺固化剂做固化剂组份，制出的漆膜附着力下降为1级，耐盐雾720h后起泡不合格，耐抗石击碎裂性4级不合格。

通过对照例2和实施例1比较可以看出，对照例2采用陶氏化学丙二醇甲醚PM和二丙二醇甲醚DPM做成膜助剂。制出的漆膜耐酸碱起泡不合格，耐高低温循环交变试验起泡不合格。

通过对照例3和实施例1比较可以看出，对照例3采用800目硫酸钡做填料，漆膜颜色容易发花，耐水性能下降18h起泡不合格，耐碱有失光。

通过对照例4和实施例1比较可以看出，对照例4漆料生产时研磨至细度40μm时出料制漆。漆膜有颗粒，制漆经过一个月时间放置后容易产生沉淀，漆膜耐10％H₂SO₄起泡不合格。

通过对照例5和实施例1比较可以看出，对照例5施工时漆料组份：固化剂组份配比100：25调漆。漆膜附着力下降，划格2级不合格，拉开法附着力4.5MPa不合格，耐丁酮擦拭漆膜有溶解粘附，耐水15h起泡不合格，耐盐雾600h后起泡，耐酸碱起泡，耐高低温循环交变试验起泡不合格。涂膜的交联密度不够，使得漆膜性能有很大的降低。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆，包括漆料和固化剂，其特征在于所述漆料包括以下重量份的原料：

水性丙烯酸杂化环氧树脂45~55份、硫酸钡15~20份、气相二氧化硅0.2~0.4份、高分子量嵌段共聚物分散剂 2~2.5份、颜料19~22份、聚硅氧烷消泡剂0.5~0.6份、流平剂0.3~0.5份、增稠剂2.0~3.0份，余量为去离子水；

所述固化剂包括以下重量份的原料：

分散体胺固化剂 38~42份、成膜助剂 12份、去离子水 46~50份；所述成膜助剂由十二碳醇酯成膜助剂和OE400成膜助剂组成；

漆料与固化剂配比范围为100:15~20；

预分散浆研磨的细度≤20μm；

水性丙烯酸杂化环氧树脂的牌号为美国陶氏化学AEH-20；高分子量嵌段共聚体分散剂的牌号为迪高 Dispers 688；硫酸钡为澧县红林化工有限公司生产；气相二氧化硅的牌号为德国赢创德固赛OK520；聚硅氧烷消泡剂的牌号为BYK093；流平剂的牌号为德国BYK345；增稠剂的牌号为德国明凌公司PUR65；分散体胺固化剂的牌号为德国湛新EH613；十二碳醇酯成膜助剂的牌号为TEXANOL；OE400成膜助剂为美国伊士曼公司生产。

2.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆，其特征在于：所述硫酸钡为1250~1500目。

3.如权利要求1或2所述的一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆，其特征在于所述漆料包括以下重量份的原料：

水性丙烯酸杂化环氧树脂45~50份、硫酸钡15~20份、气相二氧化硅0.2~0.3份、高分子量嵌段共聚物分散剂 2~2.5份、颜料19~22份、聚硅氧烷消泡剂0.5~0.6份、流平剂0.3~0.5份、增稠剂2.0~3.0份、余量为去离子水；

所述固化剂包括以下重量份的原料：

分散体胺固化剂 38~40份、成膜助剂 12份、去离子水 46~50份；所述成膜助剂由十二碳醇酯成膜助剂和OE400成膜助剂组成。

4.一种权利要求1-3任意一项所述的轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

漆料与固化剂混合：将漆料与固化剂按100:16.67的重量配比进行混合。

5.如权利要求4所述的一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆的制备方法，其特征在于：漆料的制备步骤中，丙烯酸杂化环氧树脂分散的转速为500-800转/分钟，加入分散剂、硫酸钡、颜料、气相二氧化硅、聚硅氧烷消泡剂后，搅拌转速为1000-1200转/分钟，搅拌时间为20-30分钟，加入流平剂、去离子水、增稠剂后，搅拌转速为1000-1200转/分钟，搅拌20-30分钟。

6.如权利要求4所述的一种轨道交通车辆用厚涂型水性环氧面漆的制备方法，其特征在于：固化剂的制备步骤中，分散体胺固化剂的分散转速为500-800转/分钟，加入去离子水、成膜助剂后，转速调为800-1000转/分钟，搅拌5-10分钟。