CN116656222A - 一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸酯类单体、引发剂和链转移剂混合制得混合液，将溶剂加入到反应器中升温，向反应器中加入部分混合液，进行保温反应制得核层树脂材料，向剩余的混合液中加入丙烯酸酯类单体，混合后制得壳层溶液，将壳层溶液加入到核层树脂材料中，继续进行保温反应，反应结束后，向反应液中加入胺中和剂进行中和，添加去离子水调节反应液的固含量，制得水性羟基丙烯酸分散体；将水性羟基丙烯酸分散体、颜填料、助剂和水混合研磨制得A组分，将水性异氰酸酯固化剂和溶剂混合均匀制得B组分。本发明提供的水性涂料附着力好，耐腐蚀性能优异，力学性能好，耐候性佳，且制备成本低。
Description
技术领域：
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法。
背景技术：
随着水性汽车涂料的发展，对于水性汽车涂料的功能性要求也越来越高，申请号CN201510987857.1的专利公开了一种防沾污水性汽车纳米涂料，包括以下重量份的原料：中油度亚麻油醇酸树脂30-50、硅藻土20-30、季戊四醇20-40、双酚A型环氧树脂10-20、十二烷二酸10-20、脲醛树脂5-10、纳米氧化锌5-10、纳米片状银粉0.1-1、树枝状聚酰胺胺1-10、甲乙酮肟1-5、丙二醇甲醚醋酸酯1-5、消泡剂0.1-1、水20-40。上述涂料兼具了水性涂料和纳米涂料双重优点，性能环保，附着力强，漆膜丰满，平整光滑，在各组分相互协同作用下，具有很强的防沾污效果。申请号为CN201910206066.9的专利提供了一种涂料，以甘蔗渣与芋艿皮为原料制得反应浆液，并将反应浆液浓缩干燥研磨制得研磨产物，最后将研磨产物与水、树脂溶剂以及其它助剂混合搅拌出料即得抗氧化水性汽车涂料，本发明提取分离出糖分、植物纤维等物质，同时分解生成羧基、环氧基、羟基、糠醛等，从而提高水性汽车涂料中各分子之间的粘结程度以及与基材表面的粘结吸附强度，本发明引入铝离子和镁离子，金属离子与纤维以及糖份分子通过螯合作用以及离子键和其它化学键合力吸附，使涂料在表层有致密金属氧化物保护膜保护，提高涂料的防腐性能。由上述现有技术可知，要想制备一种功能性高的水性涂料，需要对其进行改性。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，该方法操作简单，对设备要求低，制得的涂料不仅附着力好，且力学性能好，耐候性佳。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸酯类单体、引发剂和链转移剂混合均匀制得混合液，将溶剂加入到反应器中升温，然后向反应器中加入部分混合液，进行第一次保温反应制得核层树脂材料，向剩余的混合液中加入丙烯酸酯类单体，混合均匀后制得壳层溶液，将壳层溶液加入到上述核层树脂材料中，继续进行第二次保温反应，反应结束后冷却至室温，向反应液中缓慢加入胺中和剂进行中和，添加去离子水调节反应液的固含量，制得具有核壳结构的水性羟基丙烯酸分散体；
(2)将上述制得的水性羟基丙烯酸分散体、颜填料、助剂和水混合研磨均匀制得A组分，将水性异氰酸酯固化剂和溶剂混合均匀制得B组分。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种混合物，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物中的一种或多种混合物；所述链转移剂为脂肪族硫醇或十二烷基硫醇；所述溶剂为丙二醇丁醚、二甲苯、三甲苯、溶剂汽油中的一种或多种混合物；所述胺中和剂为二甲基乙醇胺、三乙胺、氨水中的一种或多种。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，混合液中丙烯酸酯类单体、引发剂、链转移剂的质量比为1：(0.005-0.02)：(0.01-0.02)，核层树脂材料制备中添加的混合液与溶剂的质量比为(2-3)：(2-3)。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，壳层溶液中剩余的混合液与丙烯酸酯类单体的质量比为(2-3)：(1-2)，壳层溶液与核层树脂材料的质量比为(10-20)：(15-25)。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，反应过程中第一次保温反应时混合液的加入量为总混合液质量的45-55％，所述第一次保温反应的温度为150-170℃，时间为2-4h，所述第二次保温反应的温度为150-170℃，时间为2-4h。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述水性羟基丙烯酸分散体的固含量为43-45wt％，所述水性羟基丙烯酸分散体中固体的羟基含量为3.5-3.6wt％。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述A组分还包括废大理石粉以及氧化硅掺杂氧化石墨烯材料，A组分中以质量百分比计，各组分用量分别为水性羟基丙烯酸分散体50-70wt％、颜填料0-20wt％、废大理石粉2-5wt％、氧化硅掺杂氧化石墨烯材料2-3wt％，助剂1-5wt％、水10-20wt％。
作为上述技术方案的优选，所述氧化硅掺杂氧化石墨烯材料的制备方法为：将三聚氰胺和氧化石墨烯以质量比为(5-10)：1的比例加入到去离子水中升温至70-90℃，在800-1500转/分的状态下搅拌处理30-50min，之后冷却至室温，过滤，并将过滤后的沉淀重新分散在去离子水中，制得浓度为5-7wt％的分散液，然后加入纳米氧化硅，超声处理，最后进行真空干燥处理，即得。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，B组分中，所述水性异氰酸酯固化剂为经磺酸盐改性或有机硅改性的异氰酸酯固化剂，所述溶剂为丙二醇二乙酸酯或丙二醇甲醚醋酸酯，B组分中，水性异氰酸酯固化剂、溶剂的质量百分比分别为40-80wt％、20-60wt％。
作为上述技术方案的优选，A组分与B组分的质量比为(3-10)：1。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的汽车水性涂料包括A和B两组分，A组分包括水性羟基丙烯酸分散体、颜填料、废大理石粉以及氧化硅掺杂氧化石墨烯材料，B组分包括水性异氰酸酯固化剂以及溶剂，本发明将自主制备的水性羟基丙烯酸分散体用于涂料中，有效降低了水性涂料的制备成本，废大理石粉具有较高的耐磨性，其可以有效改善涂料的抗磨损性能，而且废大理石粉可以起到缓冲作用，可帮助涂料更好的抵抗冲击和震动的影响，减少对涂料表面的伤害，提高涂料的抗冲击性能。氧化硅与氧化石墨烯掺杂加入到涂料中可有效改善氧化硅与氧化石墨烯在涂料中的分散性，氧化硅具有较高的硬度和抗磨损性，添加在涂料中能够提高涂层的耐久性和抗磨损性，而且氧化硅可以有效吸收和散射紫外线，从而减少紫外线的穿透和破坏作用，从而进一步改善涂料的耐候性，而且氧化硅还可以提高涂料的附着力，增加涂层与基材之间的粘结力，进而提高涂料涂层的耐久性。氧化石墨烯主要从一下几个方面来改善涂料涂层的耐久性：一是氧化石墨烯抗氧化性好，能够有效地抗击涂层被氧化、劣化的过程，从而延长涂层的使用寿命；二是氧化石墨烯添加到涂料中可以提高涂料涂层的耐腐蚀性，减少水和酸碱等化学物质的渗透，从而延长涂层的使用寿命；三是氧化石墨烯可以有效吸收和散射紫外线，从而减少紫外线的穿透和破坏作用，延长涂层的寿命。此外，氧化石墨烯还可以提高涂料涂层的机械强度和硬度。综上所述，本发明提供的水性涂料不仅稳定性好，且附着力强，耐候性好，能够应对各种恶劣的环境。
本发明首先以丙烯酸酯类单体、引发剂、链转移剂为原料通过预聚合，制备具有核壳结构的水性羟基丙烯酸分散体，然后将其与颜填料、助剂等混合制得A组分，以水性异氰酸酯固化剂和溶剂为原料制得B组分，制得的汽车水性涂料不仅具有优异的耐候性，且力学性能好，与基体的结合性能优异，本发明提供的方法操作简单，涂料制备成本低，且制得的涂料性能优异。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
(1)水性羟基丙烯酸分散体的制备：
在反应装置中加入总生产量百分占比为20wt％丙二醇丁醚，升温至150℃；将15wt％甲基丙烯酸甲酯、15wt％甲基丙烯酸正丁酯、20wt％甲基丙烯酸羟乙酯、1wt％二叔丁基过氧化物、1wt％十二烷基硫醇在容器中混合均匀后制得混合液，将50wt％混合液以恒定速度滴加至反应装置中，控制滴加时间为2h，滴加结束后150℃下保温2h，制得核层树脂材料；将20wt％丙烯酸加入至剩余的混合液中，搅拌均匀后以恒定速度滴加至反应装置中，控制滴加时间为2h，滴加结束后150℃下保温反应2h，反应结束后冷却至室温，用二甲基乙醇胺中和后缓慢加入去离子水调节固含量，得到固含量为43wt％的具有核壳结构的水性羟基丙烯酸分散体；
(2)水性环保高耐候型水性汽车面涂料的制备：
以质量百分比计，将60wt％上述制得的水性羟基丙烯酸分散体、15wt％水、2wt％水性分散剂、0.3wt％水性消泡剂、25wt％金红石型钛白粉、0.5wt％水性膨润土混合均匀后研磨至细度10μm以下，加入6wt％水性成膜助剂、0.5wt％水性基材润湿剂、0.5wt％水性流平剂、2wt％缔合型聚氨酯增稠剂，分散均匀后得到高光白汽车面涂料A组分；将有机硅改性异氰酸酯固化剂以70wt％的比例分散于PGDA溶剂中，即得到高光白汽车面涂料B组分，将A组分和B组分以质量比4：1混合后制得涂料。
实施例2
(1)水性羟基丙烯酸分散体制备过程与实施例1相同；
(2)以质量百分比计，将70wt％上述制得的水性羟基丙烯酸分散体、10wt％水、2wt％水性分散剂、0.3wt％水性消泡剂、2wt％高色素炭黑粉、0.5wt％水性膨润土混合均匀后研磨至细度10μm以下，加入6wt％水性成膜助剂、0.1-0.5wt％水性基材润湿剂、0.1wt％水性流平剂、2wt％缔合型聚氨酯增稠剂，分散均匀后得到高光黑汽车面涂料A组分；将有机硅改性异氰酸酯固化剂以50wt％的比例分散于PGDA溶剂中，即得到高光黑汽车面涂料B组分，将A组分和B组分以质量比4：1混合后制得涂料。
实施例3
(1)水性羟基丙烯酸分散体制备过程与实施例1相同；
(2)以质量百分比计，将65wt％上述制得的水性羟基丙烯酸分散体、13wt％水、2wt％水性分散剂、0.2wt％水性消泡剂、5wt％水性成膜助剂、0.4wt％水性基材润湿剂、0.3wt％水性流平剂、2wt％缔合型聚氨酯增稠剂，分散均匀后得到汽车罩光清漆A组分；将有机硅改性异氰酸酯固化剂以60wt％的比例分散于PGDA溶剂中，即得到涂料B组分，将A组分和B组分以质量比4：1混合后制得涂料。
实施例4
(1)水性羟基丙烯酸分散体制备过程与实施例1相同；
(2)将2g三聚氰胺和0.25g氧化石墨烯加入到50ml去离子水中升温至80℃，在1000转/分的状态下搅拌处理40min，之后冷却至室温，过滤，并将过滤后的沉淀重新分散在去离子水中，制得浓度为6wt％的分散液，然后加入0.2g纳米氧化钛，500W下超声处理30min，最后进行真空干燥处理，制得氧化硅掺杂氧化石墨烯材料。
(2)以质量百分比计，将65wt％上述制得的水性羟基丙烯酸分散体、15wt％水、2.5wt％水性分散剂、0.2wt％水性消泡剂、3wt％高色素炭黑粉、2wt％废大理石粉、2wt％氧化硅掺杂氧化石墨烯材料、0.2wt％水性膨润土混合均匀后研磨至细度10μm以下，加入5wt％水性成膜助剂、0.2wt％水性基材润湿剂、0.5wt％水性流平剂、2wt％缔合型聚氨酯增稠剂，分散均匀后得到高光黑汽车面涂料A组分；将有机硅改性异氰酸酯固化剂以65wt％的比例分散于PGDA溶剂中，即得到高光黑汽车面涂料B组分，将A组分和B组分以质量比4：1混合后制得涂料。
将上述实施例中制得的涂料进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
从上述测试结果可以看出，本发明制得的涂料不仅具有硬度高，且与基体的结合性好，力学性能优异，耐候性佳。
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸酯类单体、引发剂和链转移剂混合均匀制得混合液，将溶剂加入到反应器中升温，然后向反应器中加入部分混合液，进行第一次保温反应制得核层树脂材料，向剩余的混合液中加入丙烯酸酯类单体，混合均匀后制得壳层溶液，将壳层溶液加入到上述核层树脂材料中，继续进行第二次保温反应，反应结束后冷却至室温，向反应液中缓慢加入胺中和剂进行中和，添加去离子水调节反应液的固含量，制得具有核壳结构的水性羟基丙烯酸分散体；
(2)将上述制得的水性羟基丙烯酸分散体、颜填料、助剂和水混合研磨均匀制得A组分，将水性异氰酸酯固化剂和溶剂混合均匀制得B组分。
2.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种混合物，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物中的一种或多种混合物；所述链转移剂为脂肪族硫醇或十二烷基硫醇；所述溶剂为丙二醇丁醚、二甲苯、三甲苯、溶剂汽油中的一种或多种混合物；所述胺中和剂为二甲基乙醇胺、三乙胺、氨水中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，混合液中丙烯酸酯类单体、引发剂、链转移剂的质量比为1：(0.005-0.02)：(0.01-0.02)，核层树脂材料制备中添加的混合液与溶剂的质量比为(2-3)：(2-3)。
4.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，壳层溶液中剩余的混合液与丙烯酸酯类单体的质量比为(2-3)：(1-2)，壳层溶液与核层树脂材料的质量比为(10-20)：(15-25)。
5.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，反应过程中第一次保温反应时混合液的加入量为总混合液质量的45-55％，所述第一次保温反应的温度为150-170℃，时间为2-4h，所述第二次保温反应的温度为150-170℃，时间为2-4h。
6.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水性羟基丙烯酸分散体的固含量为43-45wt％，所述水性羟基丙烯酸分散体中固体的羟基含量为3.5-3.6wt％。
7.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述A组分还包括废大理石粉以及氧化硅掺杂氧化石墨烯材料，A组分中以质量百分比计，各组分用量分别为水性羟基丙烯酸分散体50-70wt％、颜填料0-20wt％、废大理石粉2-5wt％、氧化硅掺杂氧化石墨烯材料2-3wt％，助剂1-5wt％、水10-20wt％。
8.根据权利要求7所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，所述氧化硅掺杂氧化石墨烯材料的制备方法为：将三聚氰胺和氧化石墨烯以质量比为(5-10)：1的比例加入到去离子水中升温至70-90℃，在800-1500转/分的状态下搅拌处理30-50min，之后冷却至室温，过滤，并将过滤后的沉淀重新分散在去离子水中，制得浓度为5-7wt％的分散液，然后加入纳米氧化硅，超声处理，最后进行真空干燥处理，即得。
9.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，B组分中，所述水性异氰酸酯固化剂为经磺酸盐改性或有机硅改性的异氰酸酯固化剂，所述溶剂为丙二醇二乙酸酯或丙二醇甲醚醋酸酯，B组分中，水性异氰酸酯固化剂、溶剂的质量百分比分别为40-80wt％、20-60wt％。
10.根据权利要求1所述的一种环保高耐候型水性汽车面涂料的制备方法，其特征在于，A组分与B组分的质量比为(3-10)：1。
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