CN114292575A - 汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料及其制备方法和使用方法，涂料包括如下重量法的原料：水性羟基丙烯酸分散体50.0‑60.0份、pH值调节剂0.1‑0.2份、低粘度脂肪族饱和聚酯树脂5.0‑6.0份、水性分散剂3.5‑4.0份、去离子水7.4‑19.0份、高色素炭黑3.5‑4.0份、水性流平剂0.3‑0.5份、水性消泡剂0.3‑0.5份、水性聚氨酯增稠剂0.1‑0.3份、水性基材润湿剂0.3‑0.5份、二丙二醇二甲醚5.0‑8.0份、消光粉6.5‑8.0份和纳米透明氧化铝3.0‑4.0份。本发明具有优异的耐化性能，又不因为羟值过高影响对ABS+PC和PC底材的附着力。
Description
技术领域
本发明及涂料技术领域，尤其涉及一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料及其制备方法和使用方法。
背景技术
随着世界各国环保意识的不断深入，对汽车涂装时产生的有机溶剂的污染越来越关注，各国纷纷制定了相应的法规对汽车涂料的VOC进行了控制。对于内饰涂料来说，由于其底材的特殊性，粉末涂料目前还难以应用，因此开发对环境无污染的水性聚氨酯汽车内饰涂料具有广泛的市场。而在涂料防晒性能测试中，相对而言，VW防晒霜最容易通过耐防晒霜测试需求，稍难一些的是SNOOPY防晒霜，之后是NIVEA SPF30，最难通过的是耐妮维雅防晒霜(防晒指数：SPF50)。目前，市面上的水性汽车内饰涂料存在耐水煮附着力不好、硬度低、耐一般防晒霜能通过测试，但耐妮维雅防晒霜(防晒指数：SPF50)时性能上表现较差。
现有技术中，中国专利申请：一种汽车内饰水性热固型PC专用涂料及其制备方法，申请号：202011312920.9，该涂料仅能通过VW防晒霜的测试，无法通过耐妮维雅防晒霜(防晒指数：SPF30和SPF50)的防晒性能测试需求。中国专利申请：一种水性哑光抗刮涂料及其应用，申请号为202011625827.3，该涂料虽然能通过耐妮维雅防晒霜(防晒指数：SPF30)的防晒性能测试需求，但是其无法通过耐妮维雅防晒霜(防晒指数：SPF50)的测试要求，并且耐水煮性能及热贮藏稳定性不佳。
聚碳酸酯(PC)无色透明、耐热、抗冲击、阻燃，在普通使用温度内拥有良好的机械性能，且具有耐冲击性能好、折射率高、加工性能好的优点。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，常为浅黄色或乳白色的粒料非结晶性树脂，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色。目前，以PC为基材共混合金类复合材料广泛应用于汽车内饰件中，其中，以PC/ABS复合材料用量为最大。PC与ABS共混物综合了PC和ABS的优良性能，一方面可以提高材料的耐热性、抗冲击和拉伸强度，同时可以降低PC成本和熔体黏度，改善加工性能，减少制品内应力和冷热冲击对制品厚度的敏感性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料及其制备方法和使用方法，以实现提高涂膜耐化性，同时还具有很好的附着力、相容性及贮存稳定性。
基于上述目的，本发明提供了一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，包括如下重量法的原料：
优选的，所述低粘度脂肪族饱和聚酯树脂的羟基含量为5-10％，粘度为1500-3000mPa·s。
优选的，所述低粘度脂肪族饱和聚酯树脂为德赋乐生产的Worlee Pol 1181-09。
优选的，所述水性羟基丙烯酸分散体为DIC提供的ZDW-350。
作为一种可选的实施方式，所述水性分散剂选自BYK公司的BYK-2012；所述高色素炭黑选自欧励隆FW255；所述pH值调节剂为海明斯公司提供的DMEA；所述水性流平剂为优卡公司提供的FLOW 350W；所述水性消泡剂为毕克公司的BYK-011；所述水性聚氨酯增稠剂为OMG的
0620；所述水性基材润湿剂为赢创涂料添加剂的surfynol 104DPM；所述消光粉为日本东曹株式会社生产的E-1011；所述纳米透明氧化铝为合肥翔正化学科技公司生产的XZ-1126。
作为一种可选的实施方式，所述汽车内饰为PC或ABS+PC塑料件。
本发明的涂料组分配方中，采用上述这些原料组分共同组合，使得形成的涂料既提供超高羟值，以提高配方总体羟值，提高反应活性，增强涂膜耐化性能，又不因为羟值过高影响对ABS+PC和PC底材的附着力，且高固低粘和贮存稳定好。再者，也不影响对底材的耐水煮性能，与主体低羟树脂相溶性又非常好。
本发明还提供所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、在搅拌条件下，按配方量向水性羟基丙烯酸分散体中加入pH值调节剂、低粘度脂肪族饱和聚酯树脂、水性分散剂、去离子水、高色素炭黑、水性消泡剂、水性流平剂、性聚氨酯增稠剂、水性基材润湿剂和二丙二醇二甲醚，混匀后得混合物A；
步骤二、向混合物A中加入等重量的锆珠研磨至细度小于15微米，过滤出锆珠后，在搅拌条件下加入配方量的消光粉和纳米透明氧化铝进行搅拌分散；
步骤三、调高转速至2500-2800转/分，分散至细度小于25微米，之后调节pH至8.0-8.5，即得。
本发明还提供所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料的使用方法，所述使用方法是将水性聚氨酯涂料与B组分和去离子水按照质量比100:20-30:5-10均匀混合，喷涂于经经过异丙醇或白电油清洁过的PC或ABS+PC基材，喷涂至合适的湿膜厚度状态，常温流平3-5分钟后，80℃条件下烘烤30min，烘干固化即可，其中，B组分为水分散型HDI聚异氰酸酯与丙二醇二醋酸酯的混合物。(彻底固化完全需要适当延长加烘时间或室温放置7天以上)。
所述水分散型HDI聚异氰酸酯与丙二醇二醋酸酯的质量比为3-4:1。
本发明经过上述使用方法喷涂于内饰表面，经过热贮存稳定性测试的：50度烤2周后，仍具有很好的稳定性。并且在1年以上常温贮存后，仍然具有很好的稳定性。
本发明在设计配方的过程中要充分考虑到所选主体树脂对PC或PC+ABS塑料件的附着力、涂膜的耐化性，湿态涂膜对底材的附着力，低气味性等，要使该水性聚氨酯涂料达到预定的使用效果，必须考虑：主体树脂是漆膜涂层的重要组成部分，诸多物理性能是主体树脂与交联剂反应成膜后才能达成的，选择合适的满足性能的主体树脂是配方设计中至关重要的第一步。综合考虑到环保要求，耐水煮性能，高耐化性(如：耐防晒霜)，以及对底材的附着力，施工性和干燥条件需满足正常的流水线作业等共性条件，通过筛选，最终选定以DIC公司的ZDW-350这支水性羟基丙烯酸分散体为主体树脂，德赋乐生产的低粘度脂肪族饱和聚酯树脂Worlee Pol 1181-09为增强性能树脂(提升涂膜交联强度，增强干涂膜耐化性，同时不影响对ABS或PC+ABS的附着力)，高色素炭黑，水性消泡剂为涂料生产及固化过程中起到消泡和脱泡作用，水性基材润湿剂和水性流平剂为湿膜在基材上加强润湿起到至关重要的作用，预防缩孔及协助提供涂膜对基材的附着力，纳米透明氧化铝为哑黑提供优异的抗划伤性效果，最终呈现出完美的干膜外观。
本发明的有益效果：本发明制备得到的汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，既提供超高羟值，以提高配方总体羟值，提高反应活性，增强涂膜耐化性能(能够通过妮维雅SPF50的耐防晒霜特性测试)，又不因为羟值过高影响对ABS+PC和PC底材的附着力，且高固低粘和热贮存稳定好。再者，也不影响对ABS+PC和PC底材的耐水煮性能，与主体低羟树脂相溶性又非常好。同时，还具有优异的抗划伤性、耐候性、耐光照性、耐温性和耐清洁剂及人工汗液的稳定性等。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
实施例1
一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)，该涂料包括以下重量份的原料，如表1中实施例1所示：
表1实施例1-3涂料配方
1)将配方量的水性羟基丙烯酸分散体在700转/分钟条件下搅拌，在搅拌条件下依次加入pH值调节剂，低粘度低粘度脂肪族饱和聚酯树脂，水性分散剂、去离子水、高色素炭黑、水性流平剂、水性消泡剂、水性聚氨酯增稠剂、水性基材润湿剂、二丙二醇二甲醚等配方量物料；调节搅拌速度为1000转/分钟条件下搅拌10min，然后加入锆珠研磨至涂料细度小于25微米。过滤出锆珠后，调转速至650转/分钟，在此搅拌状态下，慢慢加入配方量消光粉和纳米透明氧化铝；再调高转速至2700转/分，高速分散至细度小于25微米，大约30分钟时间即可。然后测定pH值，或需再补入微量pH值调节剂，调pH值至8.0-8.5，即制得该涂料。
实施例2
一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)，该涂料包括以下重量份的原料，如表1中实施例2所示：
所述涂料的制备方法同实施例1中的涂料的制备方法。
实施例3
一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)，该涂料包括以下重量份的原料，如表1中实施例3所示：
所述涂料的制备方法同实施例1中的涂料的制备方法。
对比例1
一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)，该涂料包括以下重量份的原料，如表2所示：
表2对比例1-4涂料配方
所述涂料的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的水性羟基丙烯酸分散体在700转/分钟条件下搅拌，在搅拌条件下依次加入pH值调节剂，水性分散剂、去离子水、高色素炭黑、水性流平剂、水性消泡剂、水性聚氨酯增稠剂、水性基材润湿剂、二丙二醇二甲醚等配方量物料，1000转/分钟条件下搅拌10min，然后加入锆珠研磨至涂料细度小于25微米。过滤出锆珠后，调转速至650转/分钟，在此搅拌状态下，慢慢加入配方量消光粉和纳米透明氧化铝，再调高转速至2700转/分，高速分散至细度小于25微米，大约30分钟时间即可。然后测定pH值，或需再补入微量pH值调节剂，调pH值至8.0-8.5，即制得该涂料。
对比例2
一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)，所述涂料包括以下重量份的原料，如表2中对比例2所示：
所述涂料的制备方法同对比例1中的涂料的制备方法。其中采用水性脂肪族聚氨酯分散体替换水性羟基丙烯酸分散体。
对比例3
一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)，所述涂料包括以下重量份的原料，如表2中对比例3所示：
所述涂料的制备方法同对比例1中的涂料的制备方法。其中采用水性脂肪族聚氨酯分散体替换水性羟基丙烯酸分散体，并加入有低粘度脂肪族饱和聚酯树脂。
对比例4
一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)，所述涂料包括以下重量份的原料，如表2中对比例4所示：
所述涂料的制备方法同对比例1中的涂料的制备方法。其中聚碳酸酯二元醇采用AK011。
喷测试板及性能对比测试
将实施例1-3、对比例1-3制备得到的汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料(哑黑)按照对应表格中配比调配后，喷涂于PC或ABS+PC基材，具体方法为：
将各实施例得到的涂料调配至粘度为25-35S(25℃，NK-2),喷涂于PC或ABS+PC基材表面，常温流平干燥3-5分钟后，80℃烘烤30分钟，形成漆膜涂层，80℃加烘8小时，常温放置3天。然后对漆膜性能进行检测，其结果如表3所示。
表3漆膜性能测试结果
上述一系列检测项是在参考大众汽车《TL226汽车内饰零件材料喷漆技术要求》技术文件的基础上，结合奇瑞、长城、吉利等多家汽车公司对内饰涂料部分苛刻检测标准要求汇总的性能检测指标。
以下为摘录《TL226汽车内饰零件材料喷漆技术要求》技术文件中的部分条款：
3.5预处理
所有提供的实验样件都要进行预处理：在室温或(18～28)℃的空气温度范围存放7天，或在60℃情况下处理48小时。
每项单项试验后，外观评价前，零件要进行至少30min的预处理。按3.7条，3.8条的试验要在(18～28)℃的环境下进行1h的预处理。带纤维增强、球状增强或发泡的零部件要在24h，(18～28)℃的预处理后，进行试验。
3.7原始状态下的附着力和脆性
网格切割：试验按DIN EN ISO 2409，紧接着用胶带快速的剥离。使用是Beiersdorf公司的型号为4657的胶带。技术要求：Gt＝1。
十字划格(安德烈十字法)：如果喷漆零件的几何形状不适宜进行网格切割，可以进行十字划格。
试验：十字划格后，紧接着用胶带快速剥离。十字划格的刀具，要求刀刃薄而锋利，且呈梯形。技术要求：撕下胶带后，胶带上不见油漆质点。
3.8耐划伤
试验按PV 3952
划格试验：试样d＝1mm，划痕间距2mm，差额负荷20N。
对于几何结构复杂的零部件，还有总成件。
试验用爱立信Typ 318的硬度试验棒，负荷10N，试验尖头(尖端0.75mm)。
技术要求：无油漆脱落，无基材损失。基材上由载荷造成的结束点的压印是允许的。
3.11耐气候特性
3.11.1冷凝水恒定气候试验
试验按DIN EN ISO 6270-2标准中CH条件，存放240h。30min后按DIN EN ISO4628-2评价。
技术要求：
无气泡，同时还要满足3.7条,3.8条的技术要求。(注意3.5条)。
3.11.2腐蚀交变试验(仅适用于金属材料的喷漆件)
试验：按PV1210，15个循环。按DIN EN ISO 7253，在总成上做出划格线，8.5条和DIN EN ISO 4628-8。
技术要求：
无气泡，无装饰性腐蚀，无基体金属腐蚀。
扩蚀d＝2,5mm，同时没有任何一个位置>5mm。
3.11.3耐光照特性
试验按PV1303。按照零部件的装配位置确定循环数(见4.1条)技术要求：
DIN EN 20105-A02灰度尺,色牢度4。
其他外观可见的缺陷，例如颜色变化、裂纹也是不允许的。
同时还要满足3.7条,3.8条的技术要求。(注意3.5条)。
3.12耐老化特性
3.12.1水解存放
试验：在气候试验箱内存放，存放时间72h，存放温度(90±2)℃，存放相对空气湿度＝96％。
技术要求：
无颜色和手感的变化；
同时还要满足3.7条，3.8条的技术要求。(注意3.5条)
3.12.2阳光模拟试验：
按DIN 75220，2试验持续(＝480h)按D-IN1-T；
技术要求：
无颜色和手感的变化；
相对于供货状态，无明显的外观和手感变化。
同时还要满足3.7条，3.8条的技术要求。(注意3.5条)。
3.13耐清洁剂和人工汗液的稳定性
含水的表面活性剂溶液，带0.5Vol.-％的表面活性剂，含氨和酒精的洗涤溶剂，洗涤用汽油，酒精，按TL 52117。
试验介质：人工汗液。
溶液A：0.75Vol.-％醋酸[配方:7.5ml 100％的醋酸,添加1l蒸馏水]
溶液B：含水的氨溶液，也就是0.036重量-％和0.5重量-％的NaCl[配方:1g的NH3–溶液(25％)和蒸馏水混合至690.72g(“实际上”:690g)，添加3.47g的NaCl]。
滴注试验：借助于滴定管在油漆表面上滴0.1ml的液体，持续作用10min后，置于60℃的循环空气老化箱内干燥30min。放置24小时后，对表面进行评价。
技术要求：无油漆色调，光泽度和油漆结构的改变；当用润湿的抹布也擦不掉的情况下，才可以确定光泽度的改变。
3.14耐润肤霜特性
试验按PV 3964；肉眼可见的技术要求，包括颜色等；泽度的提升是允许的，颜色和手感的变化是不允许的；同时还要满足3.7条,3.8条的技术要求。(注意3.5条)。与测试前的状态相比，要求没有明显变化。
附着力试验(圣安德鲁十字)：横切测试，(圣安德鲁十字划格)，随后去除胶带。测试用刀刀(例如，Edding刀具M9)和锋利的刀片垂直于表面。随后，胶带的突然撕脱(胶带：Tesa 4657)。在撕掉胶带后，胶带上一定不能有任何油漆颗粒(胶带粘在胶带上的痕迹是允许的)。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，其特征在于，包括如下重量法的原料：
2.根据权利要求1所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述低粘度脂肪族饱和聚酯树脂的羟基含量为5-10％，粘度为1500-3000mPa·s。
3.根据权利要求1所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述低粘度脂肪族饱和聚酯树脂为德赋乐生产的Worlee Pol 1181-09。
4.根据权利要求1所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸分散体为DIC提供的ZDW-350。
5.根据权利要求1所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述水性分散剂选自BYK公司的BYK-2012；所述高色素炭黑选自欧励隆FW255；所述pH值调节剂为海明斯公司提供的DMEA；所述水性流平剂为优卡公司提供的FLOW 350W；所述水性消泡剂为毕克公司的BYK-011；所述水性聚氨酯增稠剂为OMG的
Gel 0620；所述水性基材润湿剂为赢创涂料添加剂的surfynol 104DPM；所述消光粉为日本东曹株式会社生产的E-1011；所述纳米透明氧化铝为合肥翔正化学科技公司生产的XZ-1126。
6.根据权利要求1所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述汽车内饰为PC或ABS+PC塑料件。
7.根据权利要求1-6任一项所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、在搅拌条件下，按配方量向水性羟基丙烯酸分散体中加入pH值调节剂、低粘度脂肪族饱和聚酯树脂、水性分散剂、去离子水、高色素炭黑、水性消泡剂、水性流平剂、性聚氨酯增稠剂、水性基材润湿剂和二丙二醇二甲醚，混匀后得混合物A；
步骤二、向混合物A中加入等重量的锆珠研磨至细度小于15微米，过滤出锆珠后，在搅拌条件下加入配方量的消光粉和纳米透明氧化铝进行搅拌分散；
步骤三、调高转速至2500-2800转/分，分散至细度小于25微米，之后调节pH至8.0-8.5，即得。
8.根据权利要求1-6任一项所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料的使用方法，其特征在于，所述使用方法是将水性聚氨酯涂料与B组分和去离子水按照质量比100:20-30:5-10均匀混合，喷涂于经经过异丙醇或白电油清洁过的PC或ABS+PC基材，喷涂至合适的湿膜厚度状态，常温流平3-5分钟后，80℃条件下烘烤30min，烘干固化即可，其中，B组分为水分散型HDI聚异氰酸酯与丙二醇二醋酸酯的混合物。
9.根据权利要求8所述汽车内饰用耐水煮耐防晒霜水性聚氨酯涂料的使用方法，其特征在于，所述水分散型HDI聚异氰酸酯与丙二醇二醋酸酯的质量比为3-4:1。
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