CN111073431A - 一种多材质金属共线涂装用紫外光固化阴极电泳涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多材质金属共线涂装用紫外光固化阴极电泳涂料及其制备方法，选用同时含有不饱和双键、阳离子基团、多羟基及有机氟的改性光固化聚丙烯酸树脂为主体成膜树脂，解决普通阴极电泳涂料在冷轧板、镀锌板和铝合金板等多金属材质车身共线涂装时，存在各材质表面漆膜附着力、膜厚外观质量不均衡无法同时满足漆膜性能指标要求的问题，以及常规紫外光固化涂料漆膜发黏和厚度不均匀的问题，满足轻量化多材质车身高质量涂装防护的需求。

Description

一种多材质金属共线涂装用紫外光固化阴极电泳涂料及其制 备方法

技术领域

本发明一种多材质金属共线涂装用紫外光固化阴极电泳涂料及其制备方法属于工业防腐涂料领域，具体涉及一种基本力学性能良好、耐介质性优异的UV固化阴极电泳涂料的制备方法。

背景技术

电泳涂料是一种环保型的水性涂料，自二十世纪六十年代以来，先后有涌现出阳极电泳涂料和阴极电泳涂料。阳极电泳涂料易腐蚀阳极材料且电解液不稳定，阴极电泳涂料不仅解决了阳极腐蚀问题，同时兼具高泳透率、高安全性、高效率等特点，因此阴极电泳涂料近些年快速发展，得到很多企业的重视，尤其是在汽车涂装领域。

常规阴极电泳涂料在冷轧板、镀锌板和铝合金板单一材质时，因基材材质差异，电泳涂装时，要达到相同的漆膜质量，需通过调整的工艺实现，如铝合金板要达到规定的厚膜和附着力要求，需要较高的电泳电压、槽液温度和较长的电泳时间。随着汽车轻量化的发展，多材质车身取代单一材质车身成为一种趋势，普通的阴极电泳涂料在冷轧板、镀锌板和铝合金板等多金属材质车身共线涂装时，存在各材质表面漆膜附着力、膜厚外观质量不均衡，无法同时满足漆膜性能指标要求等问题。如冷轧板、镀锌板和铝合金板三种材质共线电泳时，若按照冷轧板或镀锌板的工艺，可能存在铝合金板材电泳漆膜的膜厚较薄，附着力较低的问题，若保证铝合金板材电泳漆膜厚度和附着力要求，则冷轧板、镀锌板可能出现漆膜击穿和溶解的质量问题。

紫外光(UV)固化是20世纪60年代出现的一种新型的材料表面处理技术，它是通过紫外光引发具有化学活性的液态材料快速聚合交联，从而瞬间固化成固态材料。由于紫外光固化技术具有快速固化、生产效率高、环保、节能、经济等优点，随着科学技术的发展，紫外光固化技术应用的领域越来越广泛。但是，紫外光固化过程中由于氧阻聚而导致的发黏问题始终没有得到很好的解决。

将紫外光(UV)固化技术与阴极电泳涂装技术相结合，综合二者的优点，一方面克服了传统阴极电泳涂料热固化温度高的缺点，极大降低了涂料的固化温度，而且紫外光固化温度为室温，相比于固化温度高于120℃的传统热固化电泳涂料，紫外光固化适用于热敏性基体，扩大了其应用范围；另一方面解决了传统紫外光固化涂料漆膜厚度不均匀、不易控制的问题，且环保节能，极具实际应用性，因而紫外光固化阴极电泳涂料成为水性涂料中的一个趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种多材质金属共线涂装用紫外光固化阴极电泳涂料及其制备方法，解决普通阴极电泳涂料在冷轧板、镀锌板和铝合金板等多金属材质车身共线涂装时，存在各材质表面漆膜附着力、膜厚外观质量不均衡无法同时满足漆膜性能指标要求的问题，以及常规紫外光固化涂料漆膜发黏和厚度不均匀的问题，满足轻量化多材质车身高质量涂装防护的需求。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种多材质金属共线涂装用紫外光固化阴极电泳涂料，由以下质量计组分组成：

改性光固化聚丙烯酸树脂水分散液30-40份、

光引发剂3-5份、

pH中和剂3-5份、

颜填料8-10份、

成膜助剂2-5份、

水性润湿分散剂0.2-0.5份、

消泡剂0.05-0.15份、

抗氧剂3～5份、

去离子水20-30份，

所述改性光固化聚丙烯酸树脂水分散液中改性光固化聚丙烯酸树的质量固含量为10％～15％，所述改性光固化聚丙烯酸树为含羟基及氟基团的阳离子化不饱和聚丙烯酸酯，其中所述羟基基团的含量为0.2～0.25mol/100g。

优选地，所述改性光固化聚丙烯酸树脂水分散液为含叔胺基的不饱和聚丙烯酸酯经有机酸酸化后分散在水中得到；所述含叔氨基的不饱和聚丙烯酸酯由含叔胺基的多羟基聚丙烯酸酯与甲基丙烯酸异氰基乙酯反应制得；所述含叔胺的多羟基聚丙烯酸酯由多羟基丙烯酸酯和氨基丙烯酸酯和长链甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸六氟丁酯通过自由基聚合制备得到。

优选地，在制备含叔胺的多羟基聚丙烯酸酯时，所述氨基丙烯酸酯占单体总量质量计比为12％～17％；所述甲基丙烯酸六氟丁酯占单体总质量计比为3％～4％。

优选地，所述改性光固化聚丙烯酸树脂的MEQ值为46～50。

优选地，所述改性光固化聚丙烯酸树脂的胺值为40～50mgKOH·g^-1。

优选地，所述光引发剂为偶氮类引发剂；所述pH中和剂为有机酸；所述成膜助剂为尼龙酸二异丁酯、十二碳醇酯和十六碳双酯中的一种或两种；所述水性润湿分散剂为嵌段型高分子聚合物类分散剂；所述消泡剂为乳化型聚硅氧烷类消泡剂。

优选地，所述抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂。

本发明还提供上述电泳涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将改性光固化聚丙烯酸树脂、光引发剂、颜填料、成膜助剂、水性润湿分散剂、消泡剂、抗氧剂、去离子水混合并搅拌均匀，用砂磨机分散至颗粒细度≤35um；

(3)向步骤(2)所得混合物中加入剩余的去离子水搅拌均匀，熟化24h，即得紫外光固化阴极电泳涂料。

本发明选用同时含有不饱和双键和阳离子基团的改性光固化聚丙烯酸树脂为主体成膜树脂，其结构如下：

阳离子基团使乳液离子在电场作用下，在阴极沉积，形成均匀致密的漆膜。改性光固化聚丙烯酸树脂由多羟基丙烯酸酯制备，使改性树脂具有较高的羟基含量，高羟基含量可提高电泳涂料的泳透力和电泳涂膜在基材上的附着力，解决了多材质共线涂装中，阴极电泳涂料在铝板上附着力不好和膜层较薄的问题，相比常规阴极电泳涂料，可降低电泳涂装过程的电压、槽液温度和电泳时间，有效匹配冷轧板、镀锌板和铝合金的电泳涂装工艺，保证铝合金板材表面电泳漆膜的附着力和膜厚，且冷轧板、镀锌板不出现漆膜击穿和溶解的质量问题。有机氟的引入使得涂层的耐介质性能明显提高；添加偶氮类光引发剂后，漆膜经过紫外光照射，可在2分钟内快速干燥固化；亚磷酸酯抗氧剂的使用能保护光反应基团在水溶液中不被氧化，从而提高光固化的效率，有效解决了固化不完全导致的涂膜发黏问题。选用的光固化聚丙烯酸树脂中含有聚氨酯硬段和长链甲基丙烯酸酯软段存在，制备的漆膜光泽度和硬度高，机械强度、附着力良好，耐候性、耐腐蚀性和耐溶剂性优异。此外，本发明电泳涂料以水为分散介质，VOC含量极低、气味小、环保。施工工艺简单、易操作，漆膜均匀度高，固化程度高，不受材质形状的限制，适合汽车工业中多材质金属车身的工业化涂装生产。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

原料组成：

制备方法：

(1)按上述配方比例称取各原料，备用；

(2)将光固化聚丙烯酸树脂、光引发剂、颜填料、成膜助剂、水性润湿分散剂、消泡剂、抗氧剂、去离子水混合并搅拌均匀，用砂磨机分散至颗粒细度≤35um；

(3)将步骤(2)中所得混合物中加入剩余的去离子水搅拌均匀，熟化24h，即得紫外光固化阴极电泳涂料。

(4)用福特法测定制得的阴极电泳涂料的泳透力，其泳透力约为24。

(5)在电泳电压为180V、电泳温度29℃、电泳时间4min共线涂装条件下，制得的冷轧钢板漆膜平整，膜厚18～22μm，铅笔硬度为2H，附着力为0级，耐冲击性为50cm，在50g/L的硫酸溶液中浸泡24h无异常，在50g/L的氢氧化钠中浸泡24h无异常，在93#汽油中浸泡24h无异常；制得的镀锌板漆膜平整，膜厚18～22μm，铅笔硬度为2H，附着力为0级，耐冲击性为50cm，在50g/L的硫酸溶液中浸泡24h无异常，在50g/L的氢氧化钠中浸泡24h无异常，在93#汽油中浸泡24h无异常；制得的铝板漆膜平整，膜厚18～22μm，铅笔硬度为2H，附着力为1级，耐冲击性为50cm，在50g/L的硫酸溶液中浸泡24h无异常，在50g/L的氢氧化钠中浸泡24h无异常，在93#汽油中浸泡24h无异常。

对比例1

原料组成：

制备方法：

(1)按上述配方比例称取各原料，备用；

(2)将光固化聚丙烯酸树脂、光引发剂、颜填料、成膜助剂、水性润湿分散剂、消泡剂、抗氧剂、去离子水混合并搅拌均匀，用砂磨机分散至颗粒细度≤35um；

(3)将步骤(2)中所得混合物中加入剩余的去离子水搅拌均匀，熟化24h，即得紫外光固化阴极电泳涂料。

(4)用福特法测定制得的阴极电泳涂料的泳透力，其泳透力约为18。

(5)在电泳电压为180V和电泳温度29℃条件下，冷轧钢板、镀锌板和铝合金板共线电泳涂装4min后，冷轧钢板和镀锌板表面电泳漆漆膜膜厚为12～17μm，铝合金板表面漆膜膜厚较薄为9～14μm，不能满足厚度要求。

对比例2：

一、一种紫外光固化阴极电泳涂料，由以下质量计的原料组成：

二、一种紫外光固化阴极电泳涂料的制备方法：

(1)按上述配方比例称取各原料，备用；

(2)将光固化聚丙烯酸树脂、光引发剂、颜填料、成膜助剂、水性润湿分散剂、消泡剂、去离子水混合并搅拌均匀，用砂磨机分散至颗粒细度≤35um；

(3)将步骤(2)中所得混合物中加入剩余的去离子水搅拌均匀，熟化24h，即得紫外光固化阴极电泳涂料。

(4)用福特法测定制得的阴极电泳涂料的泳透力，其泳透力约为28。

(5)在电泳电压为180V和电泳温度29℃条件下，冷轧钢板、镀锌板和铝合金板共线电泳涂装4min后，冷轧钢板和镀锌板表面电泳漆漆膜膜厚较厚为32～35μm，铝合金板表面电泳漆漆膜膜厚较薄为22～25μm，不能满足厚度均匀性要求。

实施例2：

一、一种紫外光固化阴极电泳涂料，由以下质量计的原料组成：

二、一种紫外光固化阴极电泳涂料的制备方法：

(1)按上述配方比例称取各原料，备用；

(2)将光固化聚丙烯酸树脂、光引发剂、颜填料、成膜助剂、水性润湿分散剂、消泡剂、去离子水混合并搅拌均匀，用砂磨机分散至颗粒细度≤35um；

(3)将步骤(2)中所得混合物中加入剩余的去离子水搅拌均匀，熟化24h，即得紫外光固化阴极电泳涂料。

(4)用福特法测定制得的阴极电泳涂料的泳透力，其泳透力约为25。

(5)在电泳电压为180V和电泳温度29℃条件下，冷轧钢板、镀锌板和铝合金板共线电泳涂装4min后，冷轧钢板、镀锌板和铝合金板表面电泳漆漆膜膜厚均一为18～22μm，铅笔硬度为2H，附着力为0级，耐冲击性为50cm，在50g/L的硫酸溶液中浸泡24h无异常，在50g/L的氢氧化钠中浸泡24h无异常，在93#汽油中浸泡24h无异常。

实施例3：

一、一种紫外光固化阴极电泳涂料，由以下质量计的原料组成：

二、一种紫外光固化阴极电泳涂料的制备方法：

(1)按上述配方比例称取各原料，备用；

(2)将光固化聚丙烯酸树脂、光引发剂、颜填料、成膜助剂、水性润湿分散剂、消泡剂、去离子水混合并搅拌均匀，用砂磨机分散至颗粒细度≤35um；

(3)将步骤(2)中所得混合物中加入剩余的去离子水搅拌均匀，熟化24h，即得紫外光固化阴极电泳涂料。

(4)用福特法测定制得的阴极电泳涂料的泳透力，其泳透力约为25。

(5)在电泳电压为180V和电泳温度29℃条件下，冷轧钢板、镀锌板和铝合金板共线电泳涂装4min后，冷轧钢板、镀锌板和铝合金板表面电泳漆漆膜膜厚均一为18～22μm，铅笔硬度为2H，附着力为0级，耐冲击性为50cm，在50g/L的硫酸溶液中浸泡24h无异常，在50g/L的氢氧化钠中浸泡24h无异常，在93#汽油中浸泡24h无异常。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多材质金属共线涂装用紫外光固化阴极电泳涂料，其特征在于，由以下质量计组分组成：

改性光固化聚丙烯酸树脂水分散液30-40份、

光引发剂3-5份、

pH中和剂3-5份、

颜填料8-10份、

成膜助剂2-5份、

水性润湿分散剂0.2-0.5份、

消泡剂0.05-0.15份、

抗氧剂3～5份、

去离子水20-30份，

所述改性光固化聚丙烯酸树脂水分散液中改性光固化聚丙烯酸树的质量固含量为10％～15％，所述改性光固化聚丙烯酸树为含羟基及氟基团的阳离子化不饱和聚丙烯酸酯，其中所述羟基基团的含量为0.2～0.25mol/100g。

2.根据权利要求1所述的电泳涂料，其特征在于，所述改性光固化聚丙烯酸树脂水分散液为含叔胺基的不饱和聚丙烯酸酯经有机酸酸化后分散在水中得到；所述含叔氨基的不饱和聚丙烯酸酯由含叔胺基的多羟基聚丙烯酸酯与甲基丙烯酸异氰基乙酯反应制得；所述含叔胺的多羟基聚丙烯酸酯由多羟基丙烯酸酯和氨基丙烯酸酯和长链甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸六氟丁酯通过自由基聚合制备得到。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在制备含叔胺的多羟基聚丙烯酸酯时，所述氨基丙烯酸酯占单体总量质量计比为12％～17％；所述甲基丙烯酸六氟丁酯占单体总质量计比为3％～4％。

4.根据权利要求1所述的电泳涂料，其特征在于，所述改性光固化聚丙烯酸树脂的MEQ值为46～50。

5.根据权利要求1所述的电泳涂料，其特征在于，所述改性光固化聚丙烯酸树脂的胺值为40～50mgKOH·g^-1。

6.根据权利要求1所述的电泳涂料，其特征在于，所述光引发剂为偶氮类引发剂；所述pH中和剂为有机酸；所述成膜助剂为尼龙酸二异丁酯、十二碳醇酯和十六碳双酯中的一种或两种；所述水性润湿分散剂为嵌段型高分子聚合物类分散剂；所述消泡剂为乳化型聚硅氧烷类消泡剂。

7.根据权利要求1所述的电泳涂料，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂。

8.如权利要求1～7任一项所述电泳涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将改性光固化聚丙烯酸树脂、光引发剂、颜填料、成膜助剂、水性润湿分散剂、消泡剂、抗氧剂、去离子水混合并搅拌均匀，用砂磨机分散至颗粒细度≤35um；

(3)向步骤(2)所得混合物中加入剩余的去离子水搅拌均匀，熟化24h，即得紫外光固化阴极电泳涂料。