CN114836121A - 一种应用于金属基材的水性高温银粉漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于金属基材的水性高温银粉漆及其制备方法，包括主剂和稀释剂，所述主剂由占重量份的以下成分组成：水性羟基丙烯酸分散体40～60份，胺中和剂1～2份，去离子水10～20份，基材润湿剂0.3～0.5份，消泡剂0.1～0.5份，流平剂0.3～0.5份，增稠剂0.5～1份，助溶剂5～10份，水性铝银浆5～10份，EVA蜡乳液3～5份，水溶性封闭性异氰酸酯10～20份。所述稀释剂由占重量份的以下成分组成：去离子水100份。本发明能在提供高金属质感的前提下，既能不受活化期的影响，又能快速高温烘烤成型，包装，节省能源，提高产能的可行性方案。

Description

一种应用于金属基材的水性高温银粉漆及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料领域，尤其是涉及一种应用于金属基材的水性高温银粉漆及其制备方法。
背景技术
水性高温银粉漆的成膜机理不同于普通的水性高温氨基烤漆，成膜初期为物理干燥，随着水分的挥发，分散体粒子凝聚，聚合物链段相互扩散。化学干燥过程比较复杂，随着所施工工件的温度逐步升高，温度达到110℃时，水溶性封闭型异氰酸酯中的异氰酸酯解封，释放出NCO基开始反应，而130℃干燥30min与水反应的NCO基含量低于10％，本发明采用150℃烘烤30min的固化方式，将NCO基与水反应的比例降至最低。随着固化温度的提高，与羟基反应生成氨基甲酸酯的含量增多，与水反应生成的脲基减少，同时高温下NCO基与羧基反应形成的酰胺，均有利于改善涂膜性能。
由于150℃固化的条件下NCO基与水反应的比例远小于10％，本发明采用NCO基：羟基＝1.1：1的摩尔固化比，将反应控制在绝大部分NCO基与羟基发生交联反应上，生成更多的氨基甲酸酯，形成与水性2K-PU体系类似的结构，增加其银排金属感。
同时，水性高温银粉漆固化条件为150℃×30min，相比较于传统的水性2K-PU银粉漆的60～80℃×8h的固化时间，大大缩短了烘烤成型和包装所需要的时间，对生产效率有很大提升，烘烤时间缩短的同时又节省了能源消耗。水性高温银粉漆保存时间长，无施工活化期的限制，封闭性异氰酸酯需要在110℃以上解封，释放出NCO基参与反应，故常温下是不会发生交联反应的，相比较于传统的水性2K-PU银粉漆的4h活化期，在施工性上有很大的提升。
随着各国环保法规的健全和人们环保意识的增强，传统溶剂型涂料中的挥发性有机化合物(VOC)的排放量受到愈来愈严格的限制。开发低污染、高性能、多功能的环保型水性涂料成为涂料技术发展的主要方向。水性高温银粉漆将水性双组分聚氨酯银粉漆的银粉排列金属感和水性高温氨基烤漆的施工烘烤固化条件相结合，成为近期涂料工业研究的热点。
发明内容
本发明的目的就是为了改善水性双组份聚氨酯银粉漆在室温固化的条件下施工性和施工活化期方面存在的缺陷，而提供一种水性高温银粉漆，具有水性双组分聚氨酯银粉漆的高金属质感(银粉排列)和水性高温氨基烤漆的更短烘烤时间150℃×30min、更长的使用活化期＞24h，快速高温烘烤成型，包装，节省能源，提高产能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种应用于金属基材的水性高温银粉漆，包括主剂和稀释剂，
所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure BDA0003656547620000021
所述稀释剂由以下重量份的组分组成：
去离子水100份。
优选地，所述主剂与稀释剂的用量比为：70～130份：100份。
优选地，所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure BDA0003656547620000022
Figure BDA0003656547620000031
所述稀释剂由以下重量份的组分组成：
去离子水100份。
优选地，所述水性羟基丙烯酸分散体选用固含为40％，羟基含量为2.0％的二级分散体。
优选地，所述胺中和剂选用海明斯的AMP-95。
优选地，所述助溶剂选用的是DB二乙二醇丁醚。
优选地，所述水性铝银浆选用的是安徽赛尔新材料科技有限公司的SR-7008水性铝银浆，粒径为8μm。
优选地，所述EVA蜡乳液选用的是德国毕克的AQUATIX 8421。
优选地，所述水溶性封闭型异氰酸酯选用的是固含量为60％，供货形式NCO含量为9％，解封温度为110℃，用叔醇作为封闭剂制得的水溶性封闭型异氰酸酯。
本发明还提供一种应用于金属基材的水性高温银粉漆的制备方法，所述主剂的制备包括以下步骤：
1)溶解水性铝银浆
1a，按照配方配备好原料；
1b，分散容器中加入配方量的助溶剂DB二乙二醇丁醚，在搅拌下缓慢加入配方量的水性铝银浆，充分搅拌至均匀状态；
用于后面的配漆中；
2)混合阶段
2a，在调漆容器中加入配方量的水性丙烯酸分散体，在搅拌下，缓慢加入研磨阶段的冲洗水；
2b，在搅拌下，缓慢加入配方量的助溶剂和PH调节剂，调节PH至7～8；
2c，在搅拌下，缓慢加入配方量的去离子水。
2d，在搅拌下，缓慢加入配方量的基材润湿剂，消泡剂，流平剂；
2e，在搅拌下，缓慢加入配方量的增稠剂，调节粘度至90～100Ku(斯托默粘度计)；
2f，在搅拌下，缓慢加入步骤1)中溶解好的水性铝银浆；
2g，在搅拌下，缓慢加入配方量的EVA蜡乳液；
2h，在搅拌下，缓慢加入配方量的水溶性封闭型异氰酸酯；
2i，如上步骤按照顺序逐步添加，待充分搅拌均匀后，过滤，即得水性高温银粉漆主剂部分。
优选地，所述步骤2i过滤采用200目滤网进行过滤。
优选地，所述主剂的制备在混合阶段的步骤2a～2d，搅拌速度为300-500r/min，搅拌时间为10-20min；步骤2e～2h，加入配方量的增稠剂分散的速度为1000-1200r/min，分散的时间为10～20min。
以下为配方中各组分作用的详细介绍：
水性羟基丙烯酸分散体：涂料体系中的主要成膜物，漆膜的物理性能主要由成膜物质本身的性质来决定；
胺中和剂：调节涂料体系的PH值，使PH值稳定在8左右，可提高后期储存稳定性，不易沉降，分层；
基材润湿剂：降低水性涂料表面张力，降低涂料对基材污染物的敏感度，使涂料能在基材上更好的铺展开来，减少漆膜出现缩孔，针眼等漆膜弊病的概率；
消泡剂：防止在分散过程中由于高速分散引起的气泡，以及在包装，喷涂过程中出现气泡；
流平剂：能有效地降低涂层的表面张力，提高流平性和均匀性，促使涂料在干燥成膜的过程中形成一个平整，光滑，均匀的涂膜；
增稠剂：增稠剂是一种流变助剂，在适当的剪切力作用下，可以提高涂料的粘度，防止在施工过程中出现流挂的现象；
助溶剂：助溶剂课降低整个涂料体系的粘度，提供对颜填料的润湿性，改善了分散的效果，同时也是一种极佳的成膜助剂，降低MFFT，使漆膜的成膜性更好；
水性铝银浆：水性铝银浆作为金属颜料，有良好的分散性和提供着色的作用，使漆膜呈现极佳的金属质感；
水溶性封闭型异氰酸酯：本发明使用的水溶性封闭型异氰酸酯选用的是固含量为60％，供货形式NCO含量为9％，解封温度为110℃，用叔醇作为封闭剂制得的水溶性封闭型异氰酸酯。作为主要的交联剂，在温度达到110℃以上时解封释放出NCO基，与水性羟丙分散体中的羟基，少量的羧基，以及涂膜中残余少量的水发生交联反应。
本发明的核心在于通过使用水溶性封闭型异氰酸酯来实现，水溶性封闭型异氰酸酯需要在温度高于110℃时解封，避免了常温下NCO基与水性羟基丙烯酸分散体和水发生反应，使其不受活化期的影响，更有利于长时间的喷涂施工。同时对水溶性封闭型异氰酸酯的用量进行限定，使NCO基：羟基＝1.1：1的固化比，将反应控制在绝大部分NCO基与羟基发生交联反应上，生成更多的氨基甲酸酯，形成与水性2K-PU体系类似的结构，增加其银排金属感。相对应的，150℃×30min的固化条件，使得金属工件的烘烤成型时间更短，更有利于快速包装，运输，在提高产能的同时又节省了能源的消耗。
与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：
相比较于较高金属质感要求的水性双组分聚氨酯银粉漆，本发明使用了不受活化期影响的水溶性封闭型异氰酸酯来替代传统的HDI型水性异氰酸酯交联剂。第一，不受活化期影响，更有利于长时间的喷涂施工，避免了因施工时长到期而导致的涂料浪费；第二，高温交联的条件下，有更多的氨基甲酸酯生成，对涂膜的物化性能有少量的提升；第三，更短的烘烤时间，有利于金属工件快速成型，包装，运输，在提高产能的同时又节省了能源的消耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。
以下实施例中的水性羟基丙烯酸分散体选用固含量为40％，羟基含量为2.0％的二级分散体；胺中和剂选用海明斯AMP-95，助溶剂选用DB二乙二醇丁醚，基材润湿剂选美国空气化学的DYNOL 604，消泡剂选用德国毕克化学的BYK-028，流平剂选用上海深竹化工的SN-3781，增稠剂选用美国OMG的Borchi-0620，水性铝银浆选用安徽赛尔新材料科技有限公司的SR-7008，EVA蜡乳液选用德国毕克化学的AQUATIX 8421，水溶性封闭型异氰酸酯选用上海席亚高分子材料有限公司的SJ-1801，水性异氰酸酯选用德国拜耳Bayhydur XP 2655。
实施例1
一种应用于金属基材的水性高温银粉漆，包括主剂和稀释剂，
所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure BDA0003656547620000061
所述稀释剂由以下重量份的组分组成：
去离子水100份。
该实施例提供的水性高温银粉漆通过以下制备方法制得：
主剂制备方法包括以下步骤：
1)溶解水性铝银浆
1a，按照配方配备好原料；
1b，分散容器中加入配方量的助溶剂DB二乙二醇丁醚，在搅拌下缓慢加入配方量的水性铝银浆，充分搅拌至均匀状态；
用于后面的配漆中；
2)混合阶段
2a，在调漆容器中加入配方量的水性丙烯酸分散体，在搅拌下，缓慢加入研磨阶段的冲洗水；
2b，在搅拌下，缓慢加入配方量的助溶剂和PH调节剂，调节PH至7～8；
2c，在搅拌下，缓慢加入配方量的去离子水。
2d，在搅拌下，缓慢加入配方量的基材润湿剂，消泡剂，流平剂；
2e，在搅拌下，缓慢加入配方量的增稠剂，调节粘度至90～100Ku(斯托默粘度计)；
2f，在搅拌下，缓慢加入步骤1)中溶解好的水性铝银浆；
2g，在搅拌下，缓慢加入配方量的EVA蜡乳液；
2h，在搅拌下，缓慢加入配方量的水溶性封闭型异氰酸酯；
2i，如上步骤按照顺序逐步添加，待充分搅拌均匀后，用200目滤网过滤，即得水性高温银粉漆主剂部分。
所述主剂的制备在混合阶段的步骤2a～2d，300-500r/min搅拌10-20min；步骤2e～2h，加入配方量的增稠剂后在1000-1200r/min的分散速度分散10～20min。
对比例1
一种水性双组份聚氨酯银粉漆，包含主剂和固化剂，主剂由占重量份的以下成分组成：
Figure BDA0003656547620000071
所述固化剂由占重量份的以下成分组成：
水性异氰酸酯 50份；
PMA丙二醇甲醚醋酸酯 50份。
该实施例提供的水性高温银粉漆通过以下制备方法制得：
主剂制备方法包括以下步骤：
1)溶解水性铝银浆
1a，按照配方配备好原料；
1b，分散容器中加入配方量的助溶剂DB二乙二醇丁醚，在搅拌下缓慢加入配方量的水性铝银浆，充分搅拌至均匀状态；
用于后面的配漆中；
2)混合阶段
2a，在调漆容器中加入配方量的水性丙烯酸分散体，在搅拌下，缓慢加入研磨阶段的冲洗水；
2b，在搅拌下，缓慢加入配方量的助溶剂和PH调节剂，调节PH至7～8；
2c，在搅拌下，缓慢加入配方量的去离子水。
2d，在搅拌下，缓慢加入配方量的基材润湿剂，消泡剂，流平剂；
2e，在搅拌下，缓慢加入配方量的增稠剂，调节粘度至90～100Ku(斯托默粘度计)；
2f，在搅拌下，缓慢加入步骤1)中溶解好的水性铝银浆；
2g，在搅拌下，缓慢加入配方量的EVA蜡乳液；
2h，在搅拌下，缓慢加入配方量的去离子水；
2i，如上步骤按照顺序逐步添加，待充分搅拌均匀后，用200目滤网过滤，即得水性双组分聚氨酯银粉漆主剂部分。
所述主剂的制备在混合阶段的步骤2a～2d，300-500r/min搅拌10-20min；步骤2e～2h，加入配方量的增稠剂后在1000-1200r/min的分散速度分散10～20min。
固化剂组分制备方法包括以下步骤：
2a，将分散容器，分散盘清理干净，不能含有任何水分，在分散容器中加入配方量的PMA丙二醇甲醚醋酸酯；
2b，在300r/min的分散速度下，加入配方量的水性异氰酸酯，搅拌至均匀，用200目滤网过滤，即得水性双组份聚氨酯银粉漆的固化剂部分。
将上述两个实施例获得的水性高温银粉漆与水性双组分聚氨酯银粉漆，喷涂在相同的金属工件上，进行施工活化期与物化性能上的对比，结果如下：
表1：实施例1、对比例1产品施工活化期测试结果
Figure BDA0003656547620000081
Figure BDA0003656547620000091
由表1可见，采用封闭型异氰酸酯制备的水性高温银粉漆，相比较于水性双组分聚氨酯银粉漆，基本不受活化期的影响，有利于长时间的喷涂施工，可避免了因施工时长到期而导致的涂料浪费。
表2：实施例1、对比例1产品物化性能测试结果
Figure BDA0003656547620000092
Figure BDA0003656547620000101
由表2可见，采用封闭型异氰酸酯制备的水性高温银粉漆，相比较于水性双组分聚氨酯银粉漆，在耐酒精、耐盐雾、耐高温高湿等性能上有少量提升。水性高温银粉漆只需很短的烘烤时间，有利于金属工件烘烤快速成型，包装，运输，在提高产能的同时又节省了能源的消耗。
对比例2
一种应用于金属基材的水性高温银粉漆，其与实施例1的区别在于：不含有EVA蜡乳液。
测试结果显示，对比例2与实施例1的物性测试结果基本一致，但在外观上，对比例2中的水性高温银粉漆在金属感银粉排列上比实施例1中的差很多，出现面感发花的现象，结果表明EVA蜡乳液对银粉排列起到至关重要的作用。
对比例3
一种应用于金属基材的水性高温银粉漆，其与实施例1的区别在于：水溶性封闭型异氰酸酯为30份。
测试结果如表3所示，除表3中的三项测试外，其他测试结果相同
表3：实施例1、对比例3产品物化性能测试结果
Figure BDA0003656547620000102
Figure BDA0003656547620000111
由表3可以看出，对比例3中的耐橡皮摩擦测试，耐酒精测试，RCA纸带摩擦测试均比实施例1中稍差。
原因在于实施例1中的n(NCO/OH)＝1.1：1，在150℃加烤30min的条件下水分快速挥发，将反应控制在绝大部分异氰酸酯基与羟基反应上，成膜物的大分子结构中含有相当数量的氨基甲酸酯键，由于涂膜分子结构中有大量的氨基甲酸酯键，使得聚合物分子之间形成大量的氢键，内聚力非常大，提高了涂膜的抗撕裂强度，由于氢键的存在，在外力的作用下，氢键又可以断开而吸收外来能量，当外力取消后，氢键又重新形成，如此的氢键断开和回复，使得涂膜具有高度的机械耐磨性和韧性。而对比例3中水溶性封闭型异氰酸酯的用量为30份，n(NCO/OH)＝2.75：1，过量的异氰酸酯基与空气中的游离水反应，生成取代脲基，由于脲的氮原子上的氢也是活泼的，可继续与异氰酸酯反应生成二脲，三脲，四脲……多聚脲，使得成膜物大分子结构中夹杂有大量的脲基，影响了聚合物大分子间氢键的形成，氢键数量的减少导致其耐磨性能下降。故将水溶性封闭型异氰酸酯用量控制在刚好等摩尔反应时(n(NCO/OH)＝1.1)，其耐磨性能最佳。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，包括主剂和稀释剂所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure FDA0003656547610000011
所述稀释剂由以下重量份的组分组成：
去离子水 100份。
2.根据权利要求1所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于：
所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure FDA0003656547610000012
所述稀释剂由以下重量份的组分组成：
去离子水 100份。
3.根据权利要求1或2所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸分散体的固含量40％，羟基含量2.0％。
4.根据权利要求1或2所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，所述胺中和剂为海明斯的AMP-95。
5.根据权利要求1或2所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，所述助溶剂选用的是DB二乙二醇丁醚。
6.根据权利要求1或2所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，所述铝银浆为水性铝银浆，其粒径为8μm。
7.根据权利要求1或2所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，所述EVA蜡乳液为德国毕克的AQUATIX 8421银排助剂。
8.根据权利要求1或2所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，所述封闭型异氰酸酯选用的是固含量为60％，供货形式NCO含量为9％，解封温度为110℃，用叔醇作为封闭剂制得的水溶性封闭型异氰酸酯。
9.如权利要求1或2所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆，其特征在于，所述主剂的制备包括以下步骤：
1)溶解水性铝银浆
1a，按照配方配备好原料；
1b，分散容器中加入配方量的助溶剂DB二乙二醇丁醚，在搅拌下缓慢加入配方量的水性铝银浆，充分搅拌至均匀状态，备用；
2)混合阶段
2a，在调漆容器中加入配方量的水性丙烯酸分散体，在搅拌下，缓慢加入研磨阶段的冲洗水；
2b，在搅拌下，缓慢加入配方量的助溶剂和PH调节剂，调节PH至7～8；
2c，在搅拌下，缓慢加入配方量的去离子水。
2d，在搅拌下，缓慢加入配方量的基材润湿剂，消泡剂，流平剂；
2e，在搅拌下，缓慢加入配方量的增稠剂，调节粘度至90～100Ku；
2f，在搅拌下，缓慢加入步骤1)中所得的水性铝银浆；
2g，在搅拌下，缓慢加入配方量的EVA蜡乳液；
2h，在搅拌下，缓慢加入配方量的水溶性封闭型异氰酸酯；
2i，如上步骤按照顺序逐步添加，待充分搅拌均匀后，过滤，即得水性高温银粉漆主剂部分。
10.根据权利要求9所述的应用于金属基材的水性高温银粉漆的制备方法，其特征在于，所述主剂的制备在混合阶段的步骤2a～2d，搅拌速度为300-500r/min，搅拌时间为10-20min；步骤2e～2h，加入配方量的增稠剂后的分散速度为1000-1200r/min，分散时间为10～20min。
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