CN116200117A - 一种生物基汽车外饰色漆及其制备方法和应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物基汽车外饰色漆，以及其制备方法和应用方法。本发明通过三种生物基树脂、生物基溶剂、生物基固化剂以及使用金属质感的色浆和其他组分制备一种适用于汽车外饰的涂料，该涂料生物质含量高，其生物质含量占比高达85％以上，且性能优异。

Description

一种生物基汽车外饰色漆及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明涉及生物基材料领域，具体涉及一种生物基汽车外饰色漆及其制备方法和应用方法。
背景技术
当今世界最主要的能源为化石能源，但随着用量的增加，化石能源不断减少，以化石能源为基础的相关产品以及企业受到很大的限制。与此同时，由于政府长期高度重视绿色环保，因此，在绿色、健康和保护环境的政策背景下，以可再生资源为基础的生物基材料的迅速发展成为必然趋势。
在涂料领域，虽然有部分生物基材料应用于涂料体系，但是由于其性能较差，价格相对较贵而未广泛应用。而且，在市面上或者其他大部分生物基涂料中，虽有生物基涂料之名，但是生物质含量不高。究其原因：相比于化石能源所制备的树脂，生物基树脂具有很多不同的结构，因此，所制备的生物基涂料稳定性差，也导致了涂料中的生物质含量不宜过多。
生物基材料在汽车涂料中的应用更是少之又少。由于汽车车身色泽的调控需要，涂料中还需要加入金属质感的色浆，而色浆与生物基材料的共同使用也存在一些问题：生物基树脂与金属色浆的适配性低，筛选合适的树脂相对困难；用金属质感的色浆来代替汽车外饰部件的电镀，其附着力，光泽度等具有一定的挑战。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种生物基汽车外饰色漆，以及其制备方法和应用方法。本发明通过三种生物基树脂、生物基溶剂、生物基固化剂以及使用金属质感的色浆和其他组分制备一种适用于汽车外饰的涂料，且生物质含量高，性能优异。
在目前的油漆生产或应用公司，所用的生物基材料相对单一，并且优异的性能无法保证。虽有一定的创新和环保特点，但规模不大，本发明的目的主要有以下几点：
(1)通过深入理解生物基树脂的特性，寻找适配性最佳的金属色浆，使其在后续漆膜金属质感以及性能上都达到客户的需求，在后续合作过程中可以替换汽车外饰部件的电镀。
(2)在制备涂料过程中，添加适量的生物基溶剂，不仅提高涂料整体生物质含量，而且可以很好的分散生物基树脂与色浆，确保之间的稳定性。
(3)将涂料制备成双组分涂料，并且使用生物基固化剂，使其具有良好的综合性能。
(4)通过对生物基树脂，生物基溶剂以及生物基固化剂的理解，扩大后续的应用领域。
具体地，本发明首先提供了一种生物基汽车外饰色漆，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下重量份的原料：
Figure BDA0004141918180000021
所述B组分包括以下重量份的原料：
生物基固化剂35-45份
优选地，
所述A组分包括以下重量份的原料：
Figure BDA0004141918180000022
Figure BDA0004141918180000031
所述B组分包括以下重量份的原料：
生物基固化剂 39份
其中：
所述的生物基脂肪酸聚酯，其生物基原材料含量为80-100％，官能度为2.6，羟值(基于固体含量)为240mgKOH/g，在25℃时粘度为850 mPa·s。
所述的纤维素酯，其羟基含量1.5wt％，Tg为130℃，数均分子量为30000。
所述的生物基脂肪族多元醇，其生物基原材料含量为80-100％，官能度为2.5，羟值(基于固体含量)为270mgKOH/g，在20℃时粘度为530 mPa·s。
所述的生物基溶剂为乳酸丁酯，其分子量为146，可溶解天然树脂和合成树脂等。生物基乳酸丁酯，既能溶解树脂和纤维素，又可以提高整个产品配方体系中生物质含量。
所述的触变助剂为AEROSIL系列产品，其具有良好的疏水性，并且可提高色漆的防流挂性能，对流平影响较小。
所述的流平剂为有改性聚二甲基硅氧烷流平剂，可提高色漆的流平性以及漆膜缩孔等缺陷。
所述的金属色浆为为高亮度PVD-铝颜料色浆，具有良好的稳定性。
所述的生物基固化剂为新型异氰酸酯固化剂，其生物基含量超过50％，在25℃时粘度为13000 mPa·s，NCO含量为22.8％。该生物基脂肪族异氰酸酯，不仅具有良好的低温固化性能，而且提高产品的耐化学和耐溶剂性，因其生物基含量高，对绿色环保、可持续资源的使用做出贡献。
上述生物基材料中，生物基脂肪酸聚酯树脂因其低粘度，具有良好的粘结性能和自流平性能，并且疏水性强。纤维素酯与聚酯类树脂配合不仅具有良好的耐化学性以及相容性，而且在颜料分散体中也提供稳定的色调并具有优异的展色性。生物基脂肪族多元醇具有良好的粘结性，还具有提高硬度的效果。
在上述涂料制备过程中，树脂是涂料中主要成膜物质，也是各种基础性能的提供者，对生物基树脂特性的理解，是制备优异性能涂料的前提。助剂虽然添加量少，但是对提高和改善涂料和涂膜性能具有关键作用。并且，使用金属质感的色浆，可以替换汽车外饰部件的电镀。通过整体对生物基原料的理解，制备双组分涂料，使其达到本发明的目的。
本发明还提供了上述生物基汽车外饰色漆的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分：将生物基脂肪酸聚酯、纤维素酯、生物基脂肪族多元醇、生物基溶剂、色浆、触变助剂以及流平剂按一定质量配比添加到制漆桶中，利用高速分散机进行充分混合，高速分散机转速为800r/min，时间为25min；
(2)B组分：B组分为生物基固化剂新型异氰酸酯，若粘度较高时可用生物基溶剂乳酸丁酯适当稀释。
本发明还提供了上述生物基汽车外饰色漆的应用方法，包括以下步骤：
(1)在调漆桶中称一定量的A组分，然后通过A组分中所添加树脂量的总羟基含量来配比B组分，通过计算以及前期经验结论得出，A组分与B组分的质量比为1.8:1；
(2)将上述组分混合后充分搅拌均匀，然后用手喷枪进行喷涂，其喷涂膜厚控制在5-10μm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明主要是通过对生物基材料的理解，制备一种可用于汽车外饰的生物基色漆涂料。利用生物基原料替换传统溶剂型涂料中绝大部分化石原料，使其具有很高的生物质含量，对环境和可持续发展有所贡献。本发明提供的色漆，其生物质含量占比高达85％以上。
(2)通过生物基材料的特性进行组分设计，使其每一个体系在高生物质涂料中具有良好的稳定性，在高生物质含量的基础上具有优异的性能，提高了生物基涂料的应用领域。
(3)测试筛选合适的金属色浆，通过生物基树脂与金属色浆的搭配，制备具有金属质感的生物基色漆，使其应用于汽车外饰涂料中，在后续有望替换部分汽车外饰电镀产品。
(4)通过实验以及后续性能测试，本发明所制备的汽车外饰色漆已达到客户需求，并且性能优异。
具体实施方式
实施例1-6
1.色漆原料：
生物基脂肪酸聚酯(树脂A)：BASF公司所生产的生物基脂肪酸聚酯；
纤维素酯(树脂B)：伊士曼公司所生产的醋酸丁酯纤维素；
生物基脂肪族多元醇(树脂C)：BASF公司所生产的生物基脂肪族多元醇；
生物基溶剂：GALACTIC公司所生产的生物基乳酸丁酯；
色浆：ALTANA公司生产的高亮度铝颜料色浆(HYDROSHINE WS 3003)；
触变助剂：EVONIK公司AEROSIL系列(AEROSIL R-972)；
流平剂：毕克公司所生产的改性聚二甲基硅氧烷(BYK331)；
生物基固化剂：三井化学所生产的生物基新型异氰酸酯(D-3725N)。
2.原料配比：实施例1-6和对比例1-2的原料配比分别如表1-1,1-2所示。
表1-1实施例原料配比
Figure BDA0004141918180000051
表1-2对比例原料配比
Figure BDA0004141918180000052
Figure BDA0004141918180000061
其中，石油类树脂A为羟基丙烯酸树脂，其固含为70％，在25℃时粘度为3000-6000mPa·s，羟值(溶液)为110mgKOH/g；石油类树脂B为羟基丙烯酸树脂，其固含为70％，羟值(溶液)为70mgKOH/g；；石油类树脂C为超支化聚酯多元醇，其固含为70％，在25℃时粘度为4000mPa·s，羟值(基于固体)为270mgKOH/g；；石油类溶剂为醋酸丁酯；石油类固化剂为传统型聚异氰酸酯固化剂，HDI三聚体，固含100％，NCO含量为22％。色浆、触变助剂和流平剂与实施例相同。
3.色漆制备过程
(1)A组分：将生物基脂肪酸聚酯、纤维素酯、生物基脂肪族多元醇、生物基溶剂、色浆、触变助剂以及流平剂按一定质量配比添加到制漆桶中，利用高速分散机进行充分混合，高速分散机转速为800r/min，时间为25min；
(2)B组分：B组分为生物基固化剂新型异氰酸酯，若粘度较高时可用生物基溶剂乳酸丁酯适当稀释。
4.色漆应用过程
(1)按A组分与B组分的质量比为1.8:1分别称量A组分与B组分；
(2)将上述A组分与B组分混合后充分搅拌均匀，然后用手喷枪进行喷涂，其喷涂膜厚控制在5-10μm。
5.色漆测试过程
附着力测试：根据GB/T 9286-1998进行漆膜附着力测试。将已固化干燥后的漆膜用划格器在漆膜表面划百格，然后用3M胶带粘住百格处，使其充分接触，然后迅速拉开胶带，用放大镜观察漆膜百格处的脱落情况。
光泽度(60°)测试：根据GB/T 9754-2007进行测试，按照2.6.1的制板方法进行漆膜制备，然后用光泽度测试仪(60°)测试，测试三次取平均值即为漆膜光泽度。
冷凝水测试：根据ISO 6270-2进行冷凝水测试，将已固化干燥后的漆膜样板按规定方式放入试验箱(温度为40℃，湿度为100％)，然后测试10天，之后观察漆膜表面的气泡程度。
水解实验测试：根据大众汽车饰件测试标准TL226进行水解测试。将已固化干燥后的漆膜样板按规定方式放入(90±2)℃和(95±1)％相对湿度的气候室，放置72小时后进行漆膜性能评估。
高压水冲击实验：根据ISO 16925-2014进行高压水冲击实验。试验前在制备好的样板表面用划痕仪划透基材(一条边＞12cm，一条边＞5cm，夹角30°)，将夹角处对准高压喷嘴处，距离为100±1mm。用高压水冲击仪器进行喷射(水温60±2℃，喷嘴角度90±2°，水流压强68-70Bar)1min后根据漆膜状态进行评估。
冷热交变实验：根据PV2005汽车零部件气候交变稳定性试验，将制备好的测试样板放置在具有一定程序的气候室(低温-40℃，高温80℃)进行循环测试，按所需次数试验后进行性能评估。
6.测试结果
测试结果如表2所示：
表2测试结果
Figure BDA0004141918180000071
由测试结果可见，采用生物基树脂、生物基溶剂以及生物基固化剂等制备的汽车外饰色漆具有优异的性能，并且与石油类汽车外饰色漆相比，附着力、光泽度等性能均可达到石油类漆膜的性能。冷凝水实验、水解实验、高压水冲击实验以及冷热交变试验都可达到应用性能要求，可以很好地替代部分石油类汽车外饰色漆产品，从而降低溶剂型涂料对环境的污染以及人类健康的危害。

Claims (12)

1.一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下重量份的原料：
Figure QLYQS_1
所述B组分包括以下重量份的原料：
生物基固化剂35-45份。
2.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，
所述A组分包括以下重量份的原料：
Figure QLYQS_2
所述B组分包括以下重量份的原料：
生物基固化剂39份。
3.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的生物基脂肪酸聚酯，其生物基原材料含量为80-100％，官能度为2.6，羟值(基于固体含量)为240mgKOH/g，在25℃时粘度为850mPa·s。
4.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的纤维素酯，其羟基含量为1.5wt％，Tg为130℃，数均分子量为30000。
5.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的生物基脂肪族多元醇，其生物基原材料含量为80-100％，官能度为2.5，羟值(基于固体含量)为270mgKOH/g，在20℃时粘度为530mPa·s。
6.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的生物基溶剂为乳酸丁酯，其分子量为146。
7.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的触变助剂为AEROSIL系列产品。
8.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的流平剂为改性聚二甲基硅氧烷流平剂。
9.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的金属色浆为高亮度PVD-铝颜料色浆，具有良好的稳定性。
10.根据权利要求1所述的一种生物基汽车外饰色漆，其特征在于，所述的生物基固化剂为新型异氰酸酯固化剂，其生物基含量超过50％，在25℃时粘度为13000mPa·s，NCO含量为22.8％。
11.一种如权利要求1所述的生物基汽车外饰色漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)A组分：将生物基脂肪酸聚酯、纤维素酯、生物基脂肪族多元醇、生物基溶剂、色浆、触变助剂以及流平剂按一定质量配比添加到制漆桶中，利用高速分散机进行充分混合，高速分散机转速为800r/min，时间为25min；
(2)B组分：B组分为生物基固化剂新型异氰酸酯，若粘度较高时可用生物基溶剂乳酸丁酯适当稀释。
12.一种如权利要求1所述的生物基汽车外饰色漆的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按A组分与B组分的质量比为1.8:1分别称量A组分与B组分；
(2)将上述A组分与B组分混合后充分搅拌均匀，然后用手喷枪进行喷涂，其喷涂膜厚控制在5-10μm。
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