CN114958128B - 一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法，属于汽车涂料技术领域，其包括如下质量比例成份：30～60份水性改性丙烯酸树脂、10～20份水性聚氨酯树脂、固化剂2～10份、5～20份颜料、2～10份成膜助剂、0.2～2份催干剂、0.1～2份紫外线吸收剂、2～4份分散剂、0.5～1.5份硅烷偶联剂、0.3～1份流平剂、0.3～0.8份消泡剂、0.2～1.5份增稠助剂、0.1～0.5份杀菌剂、10～40份去离子水、1～6份pH调节剂。通过此方法制得的种高耐候水性汽车涂料，其在一定的烘烤条件下或者自然环境条件下就能干燥，耐候性显著提高，性能比普通双组分汽车漆耐候性提高一倍以上，而且整体制备步骤简单，市场应用前景广阔。

Description

一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车涂料技术领域，具体为一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法。
背景技术
随着经济和科技的双重高速发展，人民对美好生活的要求也越来越高，对私家车的需求量也越来越高，面对越来越大的需求量，产品的质量就更要有保障，其中汽车漆对于提升汽车关键性能占有重要作用。汽车的传统喷漆一直采用油性喷漆，这种喷漆需要用有机溶剂配制，这样会对喷涂工人的身体造成很大的伤害，同时也污染了空气，使环境污染严重，汽车工业也在努力改善这个问题。为了减少有机溶剂的蒸发，许多发达国家已经使用水性涂料作为主要的涂装系统。近年来，中国也已经开始水性化，但中国的汽车工业并不统一，水性涂料的喷涂工艺和技术不是成熟，存在着耐候性不好、硬度低、耐酸碱性能差等情况，因此大范围推广还是有一定的阻力。
发明内容
针对以上存在的问题，本发明提出了一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法，本发明的主要特点是通过以合成改性的耐候性更好的水性丙烯酸树脂为主体树脂，搭配聚氨酯树脂为辅助树脂，再通过添加各种助剂，制成了一种高耐候水性汽车涂料，其具有良好的耐候性、低VOC等性能。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法，其特征在于：按重量百分比计，其组成为：30～60份水性改性丙烯酸树脂、10～20份水性聚氨酯树脂、固化剂2～10份、5～20份颜料、2～10份成膜助剂、0.2～2份催干剂、0.1～2份紫外线吸收剂、2～4份分散剂、0.5～1.5份硅烷偶联剂、0.3～1份流平剂、0.3～0.8份消泡剂、0.2～1.5份增稠助剂、0.1～0.5份杀菌剂、10～40份去离子水、1～6份pH调节剂。
对于本发明提出的一种高耐候水性汽车涂料及其制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1：水性改性丙烯酸树脂的合成：在充满N2保护的前提下将一定量的水加入反应釜并升温到85℃，称取一定质量的以下单体依次加入反应釜中：甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸(AA)、过硫酸铵(APS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、丙二醇甲醚、多元酸、多元醇，边加入边搅拌直到反应约3h，之后保温约1h，之后加入有机硅树脂，反应约1h，之后降温到60℃，加入氨水调节pH值为7-8之间，就得到改性的水性丙烯酸树脂；
步骤2：按重量份依次称取水性改性丙烯酸树脂25～40份、颜料10～20份、分散剂2～8份、水10～40份、消泡剂0.2～0.6份、pH调节剂1～4份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min左右直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤3：按重量份依次称取30～50份水性改性丙烯酸树脂、10～20份水性聚氨酯树脂、2～10份成膜助剂、0.2～2份催干剂、0.1～2份紫外线吸收剂、0.5～1.5份硅烷偶联剂、0.3～1份流平剂、0.3～0.8份消泡剂、0.1～0.5份杀菌剂、10～40份去离子水、1～6份pH调节剂，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min左右直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤4：将步骤2和步骤3所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.2～1.5份，再用水调整到一定粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.2～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟左右，就得到了一种高耐候水性汽车涂料。
一种高耐候水性汽车涂料，其施工工艺在于，以喷涂的方式涂布于汽车表面。
相比于现有的油性体系汽车涂料，本发明所产生的积极效果为：本发明采用水性改性丙烯酸树脂为主体树脂并通过适当添加聚氨酯树脂及相关助剂，能够有效进一步提高漆膜的耐候性、耐盐雾、耐酸耐碱性，还具有良好的光泽、硬度等性能。另外，本发明属于水性涂料，还能够明显降低油性涂料VOC的排放，具有极高的经济和社会效益，也进一步促进了双碳目标的早日实现。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，下面将结合本发明实施例中的例子，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，其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，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方法，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
步骤1：水性改性丙烯酸树脂的合成：在充满N2保护的前提下，将一定量的水加入反应釜并升温到85℃，将以下单体依次加入反应釜中：5份的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、20份的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、25份的丙烯酸丁酯(BA)、10份的丙烯酸羟丙酯、8份的丙烯酸(AA)、8份的烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、10份的丙二醇甲醚、10份的己二酸、15份的新戊二醇，边加入边搅拌直到反应约3h，之后保温约1h，之后加入有机硅树脂，反应约1h，之后降温到60℃，加入氨水调节pH值为7-8之间，就得到改性的水性丙烯酸树脂；
步骤2：按重量份依次称取水性改性丙烯酸树脂28份、红色颜料10份、分散剂2份、水30份、消泡剂0.2份、一乙醇胺4份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min左右直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤3：按重量份依次称取30份水性改性丙烯酸树脂、20份水性聚氨酯树脂R-610、6份丙二醇甲醚、2份催干剂、2份紫外线吸收剂、0.5份硅烷偶联剂MP200、0.3份流平剂、0.3份消泡剂、0.3份杀菌剂、20份去离子水、2份一乙醇胺，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min左右直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤4：将步骤2和步骤3所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.5份，再用水调整到一定粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂XP2655作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.2～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟左右，就得到了一种高耐候水性汽车涂料。
实施例二：
步骤1：水性改性丙烯酸树脂的合成：在充满N2保护的前提下，将一定量的水加入反应釜并升温到85℃，将以下单体依次加入反应釜中：6份的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、25份的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、20份的丙烯酸丁酯(BA)、13份的丙烯酸羟丙酯、10份的丙烯酸(AA)、8份的烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、10份的戊二酸、18份的1，5-戊二醇，边加入边搅拌直到反应约3h，之后保温约1h，之后加入有机硅树脂，反应约1h，之后降温到60℃，加入氨水调节pH值为7-8之间，就得到改性的水性丙烯酸树脂；
步骤2：按重量份依次称取水性改性丙烯酸树脂30份、蓝色颜料10份、分散剂5份、水25份、消泡剂0.2份、4份AMP95到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min左右直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤3：按重量份依次称取35份水性改性丙烯酸树脂、16份水性聚氨酯树脂U-471、6份乙二醇甲醚、2份催干剂、2份紫外线吸收剂、0.5份硅烷偶联剂A-189、0.3份流平剂、0.3份消泡剂、0.3份杀菌剂、20份去离子水、2份AMP95，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min左右直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤4：将步骤2和步骤3所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.5份，再用水调整到一定粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂BL 2781作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.2～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟左右，就得到了一种高耐候水性汽车涂料。
实施例三：
步骤1：水性改性丙烯酸树脂的合成：在充满N2保护的前提下，将50份的水加入反应釜并升温到80℃，将以下单体依次加入反应釜中：8份的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、30份的MMA、18份的丙烯酸丁酯(BA)、15份的丙烯酸羟丙酯、10份的OP-10、10份的己二酸、15份的1，6-HDO，边加入边搅拌直到反应约3h，之后保温约1h，之后加入有机硅树脂10份，反应约1h，之后降温到60℃，加入氨水调节pH值为7-8之间，就得到改性的水性丙烯酸树脂；
步骤2：按重量份依次称取水性改性丙烯酸树脂35份、黄色颜料10份、分散剂5份、水25份、消泡剂0.2份、4份AMP95到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min左右直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤3：按重量份依次称取35份水性改性丙烯酸树脂、14份水性聚氨酯树脂U-410、6份丙二醇丁醚、2份催干剂、2份紫外线吸收剂、0.5份硅烷偶联剂A-172、0.3份流平剂、0.3份消泡剂、0.3份杀菌剂、20份去离子水、2份AMP95，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min左右直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤4：将步骤2和步骤3所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.5份，再用水调整到一定粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂HW 1180作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.2～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟左右，就得到了一种高耐候水性汽车涂料。
实施例四：
步骤1：水性改性丙烯酸树脂的合成：在充满N2保护的前提下，将45份的水加入反应釜并升温到85℃，将以下单体依次加入反应釜中：7份的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、28份的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、23份的丙烯酸丁酯(BA)、15份的丙烯酸羟丙酯、12份的丙烯酸(AA)、8份的烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、5份的戊二酸、5份的丁二酸、10份的1，5-戊二醇、5份的1，5-戊二醇，边加入边搅拌直到反应约3h，之后保温约1h，之后加入有机硅树脂15份，反应约1h，之后降温到60℃，加入氨水调节pH值为7-8之间，就得到改性的水性丙烯酸树脂；
步骤2：按重量份依次称取水性改性丙烯酸树脂25份、白色颜料25份、分散剂5份、水20份、消泡剂0.2份、4份AMP95到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min左右直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤3：按重量份依次称取37份水性改性丙烯酸树脂、13份水性聚氨酯树脂U-371、6份丙二醇甲醚、2份催干剂、2份紫外线吸收剂、0.5份硅烷偶联剂Z-6040、0.3份流平剂、0.3份消泡剂、0.3份杀菌剂、20份去离子水、2份AMP95，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min左右直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤4：将步骤2和步骤3所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.5份，再用水调整到一定粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂XP-2655作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.2～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟左右，就得到了一种高耐候水性汽车涂料。
对照例一：
步骤1：按重量份依次称取普通的水性丙烯酸树脂28份、白色颜料25份、分散剂5份、水20份、消泡剂0.2份、4份AMP95到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min左右直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤2：按重量份依次称取35份普通的水性丙烯酸树脂、12份水性聚氨酯树脂、6份丙二醇甲醚、2份催干剂、0.5份硅烷偶联剂、0.3份流平剂、0.3份消泡剂、0.3份杀菌剂、20份去离子水、2份AMP95，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min左右直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤3：将步骤1和步骤2所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.5份，再用水调整到一定粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.1～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟左右，就得到了一种水性汽车涂料。
对照例二：
步骤1：按重量份依次称取普通的水性丙烯酸树脂30份、红色颜料15份、分散剂5份、水22份、消泡剂0.2份、4份N,N-二甲基乙醇胺到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min左右直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤2：按重量份依次称取35份的普通水性丙烯酸树脂、10份水性聚氨酯树脂、6份丙二醇甲醚、2份催干剂、0.5份硅烷偶联剂、0.3份流平剂、0.3份消泡剂、0.3份杀菌剂、20份去离子水、2份N,N-二甲基乙醇胺，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min左右直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤3：将步骤1和步骤2所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.4份，再用水调整到一定粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.1～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟左右，就得到了一种水性汽车涂料。
对实施例一～四与对照例一～二所述产品制得漆膜涂层的性能进行对比测试，测试结果如附表1所示，在耐酸碱、耐UV、硬度、耐丁酮等性能上，实施例明显好于对照例。
附表1
Figure BDA0003699629560000091
上述实施例仅仅是为更加清楚地说明本发明所作的举例，而非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的相关技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变动、修改，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于：按重量百分比计，其组成为：30～60份水性改性丙烯酸树脂、10～20份水性聚氨酯树脂、固化剂2～10份、5～20份颜料、2～10份成膜助剂、0.2～2份催干剂、0.1～2份紫外线吸收剂、2～4份分散剂、0.5～1.5份硅烷偶联剂、0.3～1份流平剂、0.3～0.8份消泡剂、0.2～1.5份增稠助剂、0.1～0.5份杀菌剂、10～40份去离子水、1～6份pH调节剂；
所述高耐候水性汽车涂料的制备步骤如下：
步骤1：水性改性丙烯酸树脂的合成：在充满N2保护的前提下，将一定量的水加入反应釜并升温到85℃，称取一定质量的以下单体依次加入反应釜中：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、过硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、丙二醇甲醚、多元酸、多元醇，边加入边搅拌直到反应3h，之后保温1h，之后加入有机硅树脂，反应1h，之后降温到60℃，加入氨水调节pH值为7-8，就得到水性改性丙烯酸树脂；
步骤2：按重量份依次称取水性改性丙烯酸树脂25～40份、颜料10～20份、分散剂2～8份、水10～40份、消泡剂0.2～0.6份、pH调节剂1～4份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤3：按重量份依次称取30～50份水性改性丙烯酸树脂、10～20份水性聚氨酯树脂、2～10份成膜助剂、0.2～2份催干剂、0.1～2份紫外线吸收剂、0.5～1.5份硅烷偶联剂、0.3～1份流平剂、0.3～0.8份消泡剂、0.1～0.5份杀菌剂、10～40份去离子水、1～6份pH调节剂，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤4：将步骤2和步骤3所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.2～1.5份，再用水调整粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.2～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟，就得到了一种高耐候水性汽车涂料。
2.根据权利要求1所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于，所用的水性聚氨酯树脂为DSM NeoRez R-610、U-471、U-410、U-371中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于，所用的固化剂为异氰酸酯固化剂，且具体为：科思创Bayhydur XP2655、科思创401-70、Bayhydur BL 2781、巴斯夫Basonat HW 2100、Basonat HW 1180中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于所用的颜料为：黄色颜料、紫色颜料、有机绿颜料、有机红色颜料、蓝色颜料、铝颜料、钛白粉、碳黑中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于，所用的成膜助剂为：乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚中的一种或多种混合。
6.根据权利要求1所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于，所用的分散剂为：DEGO Dispers 750W、DEGO Dispers 755W、DEGO Dispers 760W中的一种或多种混合。
7.根据权利要求1所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于，所用的硅烷偶联剂为：迈图Coatosil MP200、A-189、A-187,A-171,A-172,道康宁Z-6040，道康宁Z-6020，道康宁Z-6030，道康宁Z-6011，道康宁Z-6121中的一种或多种混合；所用的增稠剂为：纤维素类、脂肪醇、脂肪酸类、聚丙烯酸酯和缔合型聚氨酯增稠剂类中的一种或者多种。
8.根据权利要求7所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于，所用的增稠剂具体为：海明斯WT-105A、海明斯RHEOLATE 175、DeuRheo WT-115、海名斯DeuRheo WT-120中的一种或多种混合。
9.根据权利要求1所述的一种高耐候水性汽车涂料，其特征在于所用的pH调节剂为：一乙醇胺、氨水、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、三乙胺、N-甲基二乙醇胺、丁醇胺、N,N-二乙基乙醇胺中的一种或多种混合。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种高耐候水性汽车涂料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
步骤1：水性改性丙烯酸树脂的合成：在充满N2保护的前提下，将一定量的水加入反应釜并升温到85℃，称取一定质量的以下单体依次加入反应釜中：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、过硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、丙二醇甲醚、多元酸、多元醇，边加入边搅拌直到反应3h，之后保温1h，之后加入有机硅树脂，反应1h，之后降温到60℃，加入氨水调节pH值为7-8，就得到水性改性丙烯酸树脂；
步骤2：按重量份依次称取水性改性丙烯酸树脂25～40份、颜料10～20份、分散剂2～8份、水10～40份、消泡剂0.2～0.6份、pH调节剂1～4份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到细度≤5μm做成色浆；
步骤3：按重量份依次称取30～50份水性改性丙烯酸树脂、10～20份水性聚氨酯树脂、2～10份成膜助剂、0.2～2份催干剂、0.1～2份紫外线吸收剂、0.5～1.5份硅烷偶联剂、0.3～1份流平剂、0.3～0.8份消泡剂、0.1～0.5份杀菌剂、10～40份去离子水、1～6份pH调节剂，将以上物料依次加入到分散缸里面，在1200r/min的条件下将以上物料分散50min直到分散均匀，将此做成光油备用；
步骤4：将步骤2和步骤3所得的物料按照一定的比例进行混合，并加入增稠助剂0.2～1.5份，再用水调整粘度，制成涂料的A组分；按照配方用量称取一定量的异氰酸酯固化剂作为B组分，其中，A组分中水性树脂所含的-OH与B组分中所含的-NCO的摩尔比为1：1.2～1.5，在搅拌状态下将B组分缓慢加入A组分中，继续分散10分钟，就得到了一种高耐候水性汽车涂料。
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