CN112226145A - 一种汽车水性纳米涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车水性涂料技术领域，尤其为一种汽车水性纳米涂料及其制备方法，所述汽车水性纳米涂料包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液30～60份，水性纳米复合浆料3～8份，填料15～20份，硅烷偶联剂3～5份，表面活性剂3～5份，聚乙二醇2～5份，流平剂0.5～1.5份，成膜助剂1～2份，增稠剂0.5～1.5份。本发明解决了以往乳液制成的涂料耐水性、耐热粘合性、耐洗刷性、耐沾污性和耐老化性能不高的问题，无需预先将纳米粉体进行改性处理便可直接均匀分散于水性乳液中，改善了纳米颗粒分散的均匀度，有效增强对基材表面的附着力，进一步提升了水性纳米涂料的抗紫外老化、防热老化、隔热、机械强度、韧性、耐磨性等综合性能。

Description

一种汽车水性纳米涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车水性涂料技术领域，具体为一种汽车水性纳米涂料及其制备方法。
背景技术
纳米材料因其独特的纳米效应，通常将纳米材料加入到传统的涂料中分散并对原涂料进行改性后可以赋予涂料优异的性能。
水性涂料是指以水为分散介质的涂料，有机溶剂挥发较少，无污染、安全无毒，是现代涂料发展的主流方向。
因此，纳米材料对水性涂料的改性由于其在环保方面的重要性近年来尤为炙手可热。如何使纳米材料真正以纳米级分散于水性涂料中，发挥其纳米效应，获得高性能、稳定性好的水性纳米涂料具有十分重要的应用价值。
汽车用表面涂料在整个涂层中发挥着主要的装饰和保护作用，现有的应用于汽车基材表面的水性纳米涂料虽然具有较高的机械强度，但普遍存在附着力不佳的问题，且涂料的耐水性、耐热粘合性、耐洗刷性、耐沾污性和耐老化性能不高，抗紫外老化、防热老化、隔热、机械强度、韧性、耐磨性等综合性能不佳。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种汽车水性纳米涂料及其制备方法，解决了现有的应用于汽车基材表面的水性纳米涂料虽然具有较高的机械强度，但普遍存在附着力不佳的问题，且涂料的耐水性、耐热粘合性、耐洗刷性、耐沾污性和耐老化性能不高，抗紫外老化、防热老化、隔热、机械强度、韧性、耐磨性等综合性能不佳的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种汽车水性纳米涂料，包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液30～60份，水性纳米复合浆料3～8份，填料15～20份，硅烷偶联剂3～5份，表面活性剂3～5份，聚乙二醇2～5份，流平剂0.5～1.5份，成膜助剂1～2份，增稠剂0.5～1.5份，分散剂2～5份，去离子水10～17份，所述水性共混乳液为有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液，所述水性纳米复合浆料包括纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆。
作为本发明的一种优选技术方案，所述水性共混乳液中有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液的质量分数比为1～3：3。
作为本发明的一种优选技术方案，所述水性纳米复合浆料中纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆的质量分数比为1:1：1～3。
作为本发明的一种优选技术方案，所述纳米二氧化硅水性浆是以纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、六偏磷酸钠、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，所述纳米二氧化钛水性浆是以纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、钛酸酯偶联剂、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，所述纳米碳酸钙水性浆是以纳米碳酸钙、羟乙基纤维素、硅烷偶联剂和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料。
作为本发明的一种优选技术方案，所述表面活性剂为羧甲基纤维素。
作为本发明的一种优选技术方案，所述流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物和聚醚改性聚硅氧烷聚合物中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚或二丙二醇甲醚。
作为本发明的一种优选技术方案，所述增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分散剂为六偏磷酸钠。
本发明还提供了一种汽车水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、按重量份数计分别称取各原料；
步骤S2、将预配好的水性纳米复合浆料加入到水性共混乳液中，启动搅拌，在转速为500～800r/min的条件下分散10～15min，将转速提升至800～1200r/min，依次加入填料、聚乙二醇、增稠剂和去离子水，分散15～25min，得混合浆料；
步骤S3、将转速下调至500～800r/min，依次向经步骤S2制得的混合浆料内加入表面活性剂、流平剂、成膜助剂和分散剂，分散25～40min，混合均匀即得汽车水性纳米涂料。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种汽车水性纳米涂料及其制备方法，具备以下有益效果：
该汽车水性纳米涂料及其制备方法，制得的汽车水性纳米涂料，解决了以往乳液制成的涂料耐水性、耐热粘合性、耐洗刷性、耐沾污性和耐老化性能不高的问题，采用纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆作为水性纳米复合浆料，无需预先将纳米粉体进行改性处理便可直接均匀分散于水性乳液中，改善了纳米颗粒分散的均匀度，有效增强对基材表面的附着力，进一步提升了水性纳米涂料的抗紫外老化、防热老化、隔热、机械强度、韧性、耐磨性等综合性能。
附图说明
图1为本发明提供的汽车水性纳米涂料的制备步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种汽车水性纳米涂料，包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液45份，水性纳米复合浆料5份，填料17份，硅烷偶联剂4份，表面活性剂4份，聚乙二醇4份，流平剂1份，成膜助剂1份，增稠剂1份，分散剂4份，去离子水14份，水性共混乳液为有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液，水性纳米复合浆料包括纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆。
具体的，水性共混乳液中有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液的质量分数比为1：3。
具体的，水性纳米复合浆料中纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆的质量分数比为1:1：3。
具体的，纳米二氧化硅水性浆是以纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、六偏磷酸钠、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，纳米二氧化钛水性浆是以纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、钛酸酯偶联剂、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，纳米碳酸钙水性浆是以纳米碳酸钙、羟乙基纤维素、硅烷偶联剂和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料。
具体的，表面活性剂为羧甲基纤维素。
具体的，流平剂为水性丙烯酸酯共聚物。
具体的，成膜助剂为二丙二醇丁醚。
具体的，增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂。
具体的，分散剂为六偏磷酸钠。
本发明还提供了一种汽车水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、按重量份数计分别称取各原料；
步骤S2、将预配好的水性纳米复合浆料加入到水性共混乳液中，启动搅拌，在转速为650r/min的条件下分散13min，将转速提升至1000r/min，依次加入填料、聚乙二醇、增稠剂和去离子水，分散20min，得混合浆料；
步骤S3、将转速下调至500r/min，依次向经步骤S2制得的混合浆料内加入表面活性剂、流平剂、成膜助剂和分散剂，分散30min，混合均匀即得汽车水性纳米涂料。
实施例2
请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种汽车水性纳米涂料，包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液30份，水性纳米复合浆料8份，填料20份，硅烷偶联剂5份，表面活性剂5份，聚乙二醇5份，流平剂1.5份，成膜助剂2份，增稠剂1.5份，分散剂5份，去离子水17份，水性共混乳液为有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液，水性纳米复合浆料包括纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆。
具体的，水性共混乳液中有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液的质量分数比为2：3。
具体的，水性纳米复合浆料中纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆的质量分数比为1:1：2。
具体的，纳米二氧化硅水性浆是以纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、六偏磷酸钠、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，纳米二氧化钛水性浆是以纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、钛酸酯偶联剂、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，纳米碳酸钙水性浆是以纳米碳酸钙、羟乙基纤维素、硅烷偶联剂和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料。
具体的，表面活性剂为羧甲基纤维素。
具体的，流平剂为氟改性聚丙烯酸酯共聚物。
具体的，成膜助剂为二丙二醇丁。
具体的，增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂。
具体的，分散剂为六偏磷酸钠。
本发明还提供了一种汽车水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、按重量份数计分别称取各原料；
步骤S2、将预配好的水性纳米复合浆料加入到水性共混乳液中，启动搅拌，在转速为500r/min的条件下分散10min，将转速提升至800r/min，依次加入填料、聚乙二醇、增稠剂和去离子水，分散15～25min，得混合浆料；
步骤S3、将转速下调至500r/min，依次向经步骤S2制得的混合浆料内加入表面活性剂、流平剂、成膜助剂和分散剂，分散25min，混合均匀即得汽车水性纳米涂料。
实施例3
请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种汽车水性纳米涂料，包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液60份，水性纳米复合浆料3份，填料15份，硅烷偶联剂3份，表面活性剂3～5份，聚乙二醇2份，流平剂0.5份，成膜助剂1～2份，增稠剂0.5份，分散剂2份，去离子水10份，水性共混乳液为有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液，水性纳米复合浆料包括纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆。
具体的，水性共混乳液中有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液的质量分数比为2：3。
具体的，水性纳米复合浆料中纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆的质量分数比为1:1：3。
具体的，纳米二氧化硅水性浆是以纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、六偏磷酸钠、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，纳米二氧化钛水性浆是以纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、钛酸酯偶联剂、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，纳米碳酸钙水性浆是以纳米碳酸钙、羟乙基纤维素、硅烷偶联剂和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料。
具体的，表面活性剂为羧甲基纤维素。
具体的，流平剂为氟改性聚丙烯酸酯共聚物。
具体的，成膜助剂为二丙二醇甲醚。
具体的，增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂。
具体的，分散剂为六偏磷酸钠。
本发明还提供了一种汽车水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、按重量份数计分别称取各原料；
步骤S2、将预配好的水性纳米复合浆料加入到水性共混乳液中，启动搅拌，在转速为800r/min的条件下分散15min，将转速提升至1200r/min，依次加入填料、聚乙二醇、增稠剂和去离子水，分散25min，得混合浆料；
步骤S3、将转速下调至800r/min，依次向经步骤S2制得的混合浆料内加入表面活性剂、流平剂、成膜助剂和分散剂，分散40min，混合均匀即得汽车水性纳米涂料。
比较例1
本比较例是实施例1的对比例，相对于实施例1的主要差别在于：汽车水性纳米涂料包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液45份，纳米碳酸钙5份，填料17份，硅烷偶联剂4份，表面活性剂4份，聚乙二醇4份，流平剂1份，成膜助剂1份，增稠剂1份，分散剂4份，去离子水14份，水性共混乳液为丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液。
比较例2
本比较例是实施例1的对比例，相对于实施例1的主要差别在于：汽车水性纳米涂料包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液45份，纳米填料5份，填料17份，硅烷偶联剂4份，表面活性剂4份，聚乙二醇4份，流平剂1份，成膜助剂1份，增稠剂1份，分散剂4份，去离子水14份，水性共混乳液为有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液，纳米填料包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米碳酸钙。
经检验，比较例1较之实施例1未预先对丙烯酸树脂进行改性，同时将由纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆组成的水性纳米复合浆料替换为单一的纳米碳酸钙组分，在进行漆膜性能检测时，由比较例1制得的汽车水性纳米涂料在耐水性、耐热粘合性、耐洗刷性、耐沾污性和耐老化性能方面提升不明显，且物理及力学性能不佳；比较例2较之实施例1将水性纳米复合浆料替换为由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米碳酸钙组成的纳米填料，由比较例2制得的汽车水性纳米涂料中纳米颗粒分散的均匀度较差，对基材的附着力表现不佳。
综上所述，由实施例1、实施例2和实施例3制得的汽车水性纳米涂料，经检验，采用有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液作为水性共混乳液，解决了以往乳液制成的涂料耐水性、耐热粘合性、耐洗刷性、耐沾污性和耐老化性能不高的问题，采用纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆作为水性纳米复合浆料，无需预先将纳米粉体进行改性处理便可直接均匀分散于水性乳液中，改善了纳米颗粒分散的均匀度，有效增强对基材表面的附着力，进一步提升了水性纳米涂料的抗紫外老化、防热老化、隔热、机械强度、韧性、耐磨性等综合性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：包括以下按重量份数计的原料：水性共混乳液30～60份，水性纳米复合浆料3～8份，填料15～20份，硅烷偶联剂3～5份，表面活性剂3～5份，聚乙二醇2～5份，流平剂0.5～1.5份，成膜助剂1～2份，增稠剂0.5～1.5份，分散剂2～5份，去离子水10～17份，所述水性共混乳液为有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液共混乳液，所述水性纳米复合浆料包括纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆。
2.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述水性共混乳液中有机硅接枝丙烯酸乳液和乙烯基酯树脂乳液的质量分数比为1～3：3。
3.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述水性纳米复合浆料中纳米二氧化硅水性浆、纳米二氧化钛水性浆和纳米碳酸钙水性浆的质量分数比为1:1：1～3。
4.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述纳米二氧化硅水性浆是以纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、六偏磷酸钠、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，所述纳米二氧化钛水性浆是以纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、钛酸酯偶联剂、有机膨润土和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料，所述纳米碳酸钙水性浆是以纳米碳酸钙、羟乙基纤维素、硅烷偶联剂和去离子水为原料预先配制得到的水性浆料。
5.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述表面活性剂为羧甲基纤维素。
6.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物和聚醚改性聚硅氧烷聚合物中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述成膜助剂为二丙二醇丁醚或二丙二醇甲醚。
8.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂。
9.根据权利要求1所述的一种汽车水性纳米涂料，其特征在于：所述分散剂为六偏磷酸钠。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种汽车水性纳米涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、按重量份数计分别称取各原料；
步骤S2、将预配好的水性纳米复合浆料加入到水性共混乳液中，启动搅拌，在转速为500～800r/min的条件下分散10～15min，将转速提升至800～1200r/min，依次加入填料、聚乙二醇、增稠剂和去离子水，分散15～25min，得混合浆料；
步骤S3、将转速下调至500～800r/min，依次向经步骤S2制得的混合浆料内加入表面活性剂、流平剂、成膜助剂和分散剂，分散25～40min，混合均匀即得汽车水性纳米涂料。
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