CN1556157A - 水性阴极电泳涂料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性阴极电泳涂料组合物及其制备方法。一种水性阴极电泳涂料组合物，包括已经与胺反应了的环氧树脂的环氧一胺加合物的粘合剂和封闭的多异氰酸酯交联剂，还包括占组合物重量百分比为1－10％的扩链剂和0.1－0.5％的增膜剂。本发明具有优良的电沉积稳定性和储存稳定性，有良好的泳透力。通过扩链剂和增膜剂，改变高分子结构，达到一次性涂膜比普通的阴极电泳高出10um以上，达到30－40um，成为双组份厚膜型电泳涂料组合物，与现有技术相比在控制相同膜厚时，耗漆量下降，制备方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性阴极电泳涂料组合物及其制备方法。
背景技术
用电泳涂漆法(也称电沉积法)涂装导电底材是众所周知的一种重要的工业涂漆施工法，汽车底漆的电泳已被广泛应用于汽车工业中。在这种方法中，将导电物体例如车身浸入到成膜聚合物水乳液的涂料组合物浴液中，在浴液槽中，导电工件是电极，槽体一部分是相反电极，通入直流电后，导电材料上沉积涂层，经烘干得固化涂膜。在阴极电泳中，被涂复的是阴极，相反的电极是阳极。
一般阴极电泳涂料中树脂组合物是众所周知的，一般采用聚环氧树脂制备的，将环氧树脂与胺化合物反应来引入胺基团，再与交联剂混合，然后用酸中和，经乳化制成水乳液，即常称2K型的主乳液。
将这种中和后的树脂与颜料、助剂混合，经研磨后制得2K型涂料的另一个组分色浆。
将乳液与色浆及去离子水混合，形成涂料浴槽液，放入装有阳极的绝缘的电泳槽中，要被涂复的是工件作为阴极浸入电泳槽中，通电后，涂料在阴极上沉积，其涂膜厚度随槽液性能、电流电压、电泳时间等因素变化，电泳一定时间后，一般2-3分钟，工件取出，用去离子水冲洗工件涂膜，在规定温度下烘干固化，得到电泳涂膜。
随着大气污染增加和适应南北气候的要求，现有技术成型出的涂膜显得太薄，不够经久耐用。
发明内容
因此，本发明的第一目的在于提供一种能增加涂膜厚度并能节约涂料的水性阴极电泳涂料组合物。
本发明的目的是这样实现的。
一种水性阴极电泳涂料组合物，包括已经与胺反应了的环氧树脂的环氧一胺加合物的粘合剂和封闭的多异氰酸酯交联剂，还包括占组合物重量百分比为1-10％的扩链剂和0.1-0.5％的增膜剂。
上述目的还可通过下述技术方案作进一步完善。
所述扩链剂是聚醚多元醇。所述聚醚多元醇为聚醚2000。
所述增膜剂是多元醇丁酸酯。所述多元醇丁酸酯为1、2亚乙基戊二醇异丁酸酯。
本发明的第二目的在于提供一种水性阴极电泳涂料组合物的制备方法。
一种制备水性阴极电泳涂料组合物的方法，该方法包括以下步骤，a、制备环氧一胺加合物的粘合剂，b、制备封闭的多异氰酸酯交联剂，c、将环氧一胺加合物的粘合剂与封闭的多异氰酯酯交联剂混合制得阳离子型树脂，d、用有机酸中和阳离子型树脂制成乳液，e、将乳液与颜料浆混合，
(1)在进行步骤a时加入扩链剂直至胺值到115-135，
(2)在进行步骤c时加入增膜剂后继续进行化学反应，使胺值降到60-95，NCO值降到3以下，
(3)在进行步骤d时尚需加入增膜剂，完善反应。
下面再详细说明一下本发明的组份和制备方法及原理。
(1)取不同环氧当量的3种或3种以上的环氧树脂，按重量比7～45％溶解于溶剂中，然后用重量比1-10％的有机胺开环反应，然后加入重量比为10-20％的聚酰胺和1-10％扩链剂，使它们聚合反应成环氧聚酰胺组份。
(2)取多异氰酸酯按总量的重量比10-20％的加入量，用重量比5-15％的封闭剂制备成封闭多异氰酸酯。
(3)将上述多异氰酸酯封闭物在60-120℃下与环氧聚酰胺在重量比0.1-0.3％增膜剂存在下热拼，并与环氧树脂聚合成更大的分子(该高分子聚合物带阳离子基团)，使半封闭的多异氰酸酯反应成为全封闭状态。
在干净的乳化器中，加入一半左右的去离子水(电导率≤10us/cm，25℃)，然后放入部分中和剂、乳化剂、助剂和重量比0.1-0.2％的增膜剂，然后开动搅拌，逐渐加入上述阳离子型高分子树脂，乳化2小时后过滤、包装，制得乳液组份。
乳液技术指标：
颜色与外观：白色或带黄相乳状液；PH值：6.5-7.2；固体份：35±2％；电导率：1300±500us/cm(25℃)
另外，在中和后的上述阳离子型树脂高分子物在搅拌下加入所需的颜料和填料，研磨至10-20u细度，经过滤、包装制成色浆组份。
色浆技术指标：
颜色与外观：均匀浆状物，颜色为所需颜色；PH值：5.0～6.0；电导率：1500±300us/cm(25℃)；固体份：41-58％
上述组份的制备方法是：
(1)多异氰酸酯的封闭物制备：
将多异氰酸酯与带活泼基因的封闭剂反应，制备半封闭异氰酸酯交联剂。所用多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)；六甲撑二异氰酸酯(HDI)，4.4--二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，2--甲基五亚甲基二异氰酸酯(MPDI)等化合物及其混合物；封闭剂为二元醇，醇醚、多元醇混合物，如二乙醇胺、异丙醇、乙二醇乙醚、异辛醇、二乙二醇乙醚等；多异氰酸酯与封闭剂在40～80℃下反应，直至游离异氰酸酯活性基因NCO为50～70，冷却备用。
(2)环氧聚酰胺树脂的制备：
将多种环氧树脂溶解于溶剂中，溶解温度为75-120℃，所用溶剂为酮类、丙二醇醚、异丙醇、异辛醇、多元醇等混合物。所用环氧树脂的分子量分别为370、900、1400、2900。在溶解后的环氧树脂中加入有机胺开环，然后在80-100℃温度下加入聚酰胺和扩链剂进行聚合反应，直至胺值到115-135为止。然后加入预先制备的半封闭异氰酸酯。使聚合树脂扩链并进一步封闭异氰酸酯，加入增膜剂(用它来诱导高分子改性环氧树脂和交联剂之间发生互穿网络，使交联剂和聚环氧树脂之间巧妙结合)使胺值降到60～95，NCO值降到3以下，制得阳离子型树脂，合格后经中和再用于制乳液和色浆。
(3)制乳液：
在净化的中和桶内，加入去离子水和中和用有机酸、乳化剂、溶剂、增膜剂搅拌下加入上述合成好的阳离子树脂，进行中和反应2小时，再加入有机催化剂、溶剂，搅拌均匀后，加到预先加有水、乳化剂、有机酸的乳化器中，乳化2小时，过滤、包装。
(4)制色浆：
在干净的色浆桶内，加入上述阳离子树脂和有机酸、溶剂，搅拌下加入颜料，经高速分散充分润湿分散之后，再由砂磨机，利用高剪切原理，将色浆研磨至10-20u细度，即得组份色浆。
色浆制备中所用的溶剂为醇醚、BYK助剂及水，颜料为钛白粉、碳黑等视要求颜色而选用耐化学性能好的颜料，采用颜料P/B比为1∶2-1∶5。
用本发明制备的乳液和色浆及去离子水配成固体份为15～20％的电泳液进行电泳实验，其PH值为6～7，电导率为1000～3000us/cm(25℃)，电泳电压100-250伏，电泳温度25～30℃，制得涂膜外观平整光滑，无气泡、无桔皮。膜厚30-40um内可调节，耐冲击50kgcm，附着力1mm，耐盐雾≥1000小时。
本发明具有优良的电沉积稳定性和储存稳定性，有良好的泳透力。通过扩链剂和增膜剂，改变高分子结构，达到一次性涂膜比普通的阴极电泳高出10um以上，达到30-40um，成为双组份厚膜型电泳涂料组合物，与现有技术相比在控制相同膜厚时，耗漆量下降，制备方法简单。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，但本发明不局限于此。
实施例
1.异氰酸酯封闭物的合成
配方
| 名称 | 规格 | 用量(kg) |
| 4.4-二苯基 甲烷二异氰酸酯 | 工业 | 289.60 |
| 二乙二醇丁醚 | 工业 | 220.40 |
| 甲基异丁基酮 | 工业 | 30.00 |
工艺：在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器及高位槽的干燥洁净的反应釜中，加入异氰酸酯，高位槽中放入二乙二醇丁醚。搅拌升温至45℃后，开始滴加二乙二醇丁醚，控制温度在45-60℃范围内，2小时滴加完，加入甲基异丁基酮，然后维持搅拌半小时，确认反应完全后，取样测游离NCO含量，控制NCO值在40-80％，然后升温到70-80℃，保温1小时，再降温到50℃以下出料，放在干燥洁净的容器内避水，保存备用。
改性环氧聚酰胺阳离子树脂的制备
2.配方：
| 名 称 | 规 格 | 用量(kg) |
| 环氧树脂 | 环氧值0.04～0.07 | 2.5 |
| 环氧树脂 | 0.09～0.14 | 6.8 |
| 环氧树脂 | 0.18～0.22 | 25.2 |
| 环氧树脂 | 0.48～0.5 | 7.5 |
| 丙二醇甲醚 | 工业 | 15.4 |
| 异丙醇 | 工业 | 5.7 |
| 甲乙酮 | 工业 | 10.5 |
| 聚酰胺树脂 | 工业 | 11.8 |
| 聚醚 | PP2000 | 2.0 |
| 二乙胺 | 工业 | 5.0 |
| 封闭交联剂 | 自制 | 6.5 |
| 水 | 去离子水 | 3.1 |
| 1、2亚乙基戊二醇异丁酸酯 | 工业 | 0.2 |
工艺：在装有搅拌器、回流冷凝器的洁净的反应釜中投入丙二醇甲醚，开搅拌升温到80℃以上，然后加入环氧树脂，不断搅拌使其溶解。环氧树脂全溶后，加入甲乙酮，降温，降到50℃后，加入二乙胺，搅拌升温到80℃，加入聚醚，保温2小时，再加入预先脱水的聚酰胺树脂，升温到90℃，保温反应2小时，测定胺值为100，然后降温至75℃，加入自制的异氰酸脂封闭物和扩链剂，保温2小时，胺值下降到65，继续搅拌下加入去离子水，保温1小时，测胺值已稳定，可过滤装桶。然后到树脂中和桶内，用醋酸和乳酸中和，酸加量为总量的4％，控制到可使乳液和色浆的PH值均在合格范围，同时加入溶剂乙二醇乙醚2％和有机铅催化剂0.5％，并在50℃搅拌2小时，制成阳离子高分子树脂。
3.乳液制备
配方
| 名 称 | 规格 | 数量(kg) |
| 阳离子树脂 | 自制 | 40.0 |
| 聚醚 | 陶氏 | 5.5 |
| 醋酸 | 工业冰醋酸 | 2.0 |
| 乳化剂 | OP-10 | 0.9 |
| 增膜剂 | 进口 | 0.2 |
| 助剂 | BYK | 0.5 |
| 水 | 去离子水 | 50.9 |
工艺：在彻底清洗干净的乳化器内，加入去离子水和醋酸、乳化剂及助剂等，搅拌20分钟，在搅拌下，2小时内慢慢加入中和好的阳离子树脂，使其充分水散、乳化。加完料继续乳化搅拌2小时，制得乳液，其指标为：
颜色及外观：白色或淡黄色乳状液体；固体含量：35±2％；PH值：6.5～7.2；电导率：1300±500us/cm(25±1℃)
4.白色浆制备
配方：
| 名 称 | 规格 | 数量(kg) |
| 阳离子树脂 | 自制 | 38.0 |
| 钛白粉 | R930 | 14.5 |
| 聚醚 | 陶氏 | 5.1 |
| 乙二醇乙醚 | 工业 | 1.2 |
| 分散剂 | OP-13 | 1.5 |
| 醋酸 | 工业 | 0.5 |
| 水 | 去离子水 | 42.4 |
工艺：在洁净的色浆桶内，依次加入配方量的树脂、溶剂、醋酸、助剂和水，开动搅拌半小时，然后加入颜料，润湿分散2小时，研磨到细度10-20u，过滤、装桶。色浆技术指标为：
颜色及外观：白色均匀浆状液体；固体份：41-58％；PH值：5-6；电导率：1500±500us/cm(25℃)
槽液配制
按色浆∶乳液∶去离子水＝1∶3∶4比例混合，搅拌熟化4小时。
电泳：(1)电压150V，2分钟，槽液温度26℃，未加扩链剂和增膜剂的涂膜厚19±1um，加有扩链剂和增膜剂的涂膜厚31±1um。
(2)未加扩链剂和增膜剂的涂膜厚18um时，耗涂料0.0282g/m2，加有扩链剂和增膜剂的涂膜厚18um时，耗涂料0.0252g/m2
Claims (6)
1、一种水性阴极电泳涂料组合物，包括已经与胺反应了的环氧树脂的环氧一胺加合物的粘合剂和封闭的多异氰酸酯交联剂，其特征在于：还包括占组合物重量百分比为1-10％的扩链剂和0.1-0.5％的增膜剂。
2、根据权利要求1所述水性阴极电泳涂料组合物，其特征在于：所述扩链剂是聚醚多元醇。
3、根据权利要求2所述水性阴极电泳涂料组合物，其特征在于：所述聚醚多元醇为聚醚2000。
4、根据权利要求1所述水性阴极电泳涂料组合物，其特征在于：所述增膜剂是多元醇丁酸酯。
5、根据权利要求4所述水性阴极电泳涂料组合物，其特征在于：所述多元醇丁酸酯为1、2亚乙基戊二醇异丁酸酯。
6、一种制备水性阴极电泳涂料组合物的方法，该方法包括以下步骤，a、制备环氧一胺加合物的粘合剂，b、制备封闭的多异氰酸酯交联剂，c、将环氧一胺加合物的粘合剂与封闭的多异氰酯酯交联剂混合制得阳离子型树脂，d、用有机酸中和阳离子型树脂制成乳液，e、将乳液与颜料浆混合，其特征在于：
(1)在进行步骤a时加入扩链剂直至胺值到115-135，
(2)在进行步骤c时加入增膜剂后继续进行化学反应，使胺值降到60-95，NCO值降到3以下，
(3)在进行步骤d时尚需加入增膜剂，完善反应。
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| CNA2004100150043A CN1556157A (zh) | 2004-01-05 | 2004-01-05 | 水性阴极电泳涂料组合物及其制备方法 |
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| CN (1) | CN1556157A (zh) |
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| CN102272353B (zh) * | 2008-12-29 | 2014-02-26 | 巴斯夫涂料有限公司 | 含磺基或氨磺酰基的阴极电涂树脂 |
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| CN112266723A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-26 | 浩力森化学科技（江苏）有限公司 | 一种具有环保前处理高匹配性的阴极电泳涂料及制备方法 |
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