一种水性底面合一涂料

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种水性底面合一涂料。

背景技术

环境保护的压力促使车辆涂料加速水性化与无溶剂化，然而涂料水性化的自干性体系往往存在防护性能不足、涂料内聚力强而时间长了粘附性下降过快等问题；加之水性涂料由于受原材料与技术发展水平的限制，普遍成本高于溶剂型体系，导致在车辆涂装领域应用受限。所以如何实现降低涂装成本并满足车辆结构件保护与装饰的要求催生了底面合一车辆结构件涂装用涂料的诞生。

水性环氧涂料体系虽然可以实现涂层良好的保护性能，但普通的环氧体系由于结构上双酚A的存在，导致涂层在耐光方面存在缺陷，这限制了环氧体系作为涂层面漆尤其是车辆面漆的应用，但环氧体系的抗环境腐蚀能力强，往往是自干性车辆底漆的首选体系。

丙烯酸聚氨酯涂料不仅成膜后具有良好的装饰性，也具有极好的耐光性，同时对基材具有广谱适应性，能适应如ABS、PVC、HIPS、ASA、PMMA等塑料以及多种金属。

鉴于丙烯酸与环氧性能方面各自存在特点，如果在成膜体系中能兼顾环氧与丙烯酸的抗腐蚀性、耐光性，就可能实现车辆零部件的单涂层涂装，降低因涂层水性化后带来的涂装成本的升高。

然而大多数情况下，环氧体系与丙烯酸体系因为氢键值的差异，相容性并不理想，尤其是水分散体系中，丙烯酸水分散体或乳液的表面张力相对于溶剂型体系更高，与一般环氧体系采用冷拼的方式无法实现相容。

关于水性底面合一涂料，中国专利文献CN102108250B（申请号201110053774.7）公开了一种水性底面合一防腐漆及其制备方法，该水性底面合一防腐漆包括以下重量百分比的成分：水性聚氨酯改性环氧树脂20%～60%，去离子水5%～25%、分散剂0.5%～5%，消泡剂0.1%～5%，基材润湿剂0.1%～5%，颜填料为10%～40%，pH调节剂0.5%～10%，触变剂0.5%～10%，成膜助剂0.5%～5%，光稳定剂1%～5%，闪蚀抑制剂0.5%～5%，耐盐雾助剂0%～10%。所述水性聚氨酯改性环氧树脂通过如下步骤制备：(1)将250kg聚醚二醇和380kg甲苯二异氰酸酯混合搅拌，逐渐升温至100℃反应1.5h；(2)加入60kg二羟甲基丁酸和20kg三羟甲基丙烷，继续搅拌，反应1h，得到混合物；(3)将70kg环氧树脂E-51溶解在120kg丙酮中，滴加入混合物中共聚1h，反应过程中可 添加适量的丙酮以控制反应体系的粘度至70mPa·s；(4)降温至40℃左右，加入60kg三乙胺中和，反应20min；(5)将生成物溶解在去离子水中，加入40kg乙二胺进行扩链，以1000转/min的速度搅拌 30min，制得水性聚氨酯改性环氧树脂。

中国专利文献CN102627902B（申请号201210075173.0）公开了一种水性丙烯酸改性环氧底面合一防腐烤漆涂料及其制备方法。按重量百分比计，所述涂料包括以下原料组分：水性丙烯酸改性环氧乳液30-50%、氨基树脂3-7%、胺调节剂0.3-0.6%、水15-35%、助溶剂0-6%、颜料15-30%、防闪锈剂0.3-0.6%、耐盐雾剂2-5%、润湿分散剂0.3-0.5%、消泡剂0.3-0.5%、流平剂0.3-0.5%和增稠剂0.4-1.1%。所述水性丙烯酸改性环氧乳液按重量百分比计，是由25-35%的环氧氯丙烷、40-50% 的双酚A、5-15%的丙烯酸丁酯、5-15%的甲基丙烯酸甲酯、0.5-2%的乙烯基苯磺酸二甲基乙醇胺盐和1-5%的苯乙烯在0.1-0.5%的引发剂作用下经嵌段及接枝聚合反应后，直接和水混合所制备成的水分散体乳液；所述水性丙烯酸改性环氧乳液的粘度为500-2000mPa.s，重量固体含量为35-40%，pH 值为7-9。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于车辆金属件和非金属件涂装的、综合性能优异的水性底面合一涂料及其制备方法。

实现本发明第一目的的技术方案是一种水性底面合一涂料，包括油漆组分和固化剂，油漆组分中包括环氧丙烯酸水分散体、防锈颜料、着色颜料、填料、防闪锈剂、疏水剂、分散剂、消泡剂、基材润湿剂、防沉剂、亲水性助溶剂和水；其中环氧丙烯酸水分散体由环氧树脂、乙烯基单体、有机硅共聚得到。

固化剂为脂肪族多异氰酸酯，油漆组分和固化剂的质量比为1～1.2:1。

进一步的，所述环氧丙烯酸水分散体的制备方法如下：在反应釜中投入环氧树脂，向反应釜中加丙二醇甲醚，混合并加热至50℃～60℃，搅拌直至环氧树脂完全溶解；然后升温至100℃～120℃，开始滴加乙烯基单体-有机硅 -引发剂-丙二醇甲醚混合溶液，分2.5～3.5h滴加完毕，保温后补加丙二醇甲醚-引发剂混合液，继续保温4～5h，用N,N-二甲基乙醇胺中和调节PH值，减压蒸馏脱除丙二醇甲醚，加水预分散并搅匀得到环氧丙烯酸水分散体。

所述环氧树脂占环氧丙烯酸水分散体中固体总量的的5%～15%。

所述乙烯基单体为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的两种或两种以上的组合物；共聚得到的丙烯酸树脂链段由丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体、苯乙烯中的两种或两种以上共聚后得到；丙烯酸树脂链段的玻璃化温度为50℃～70℃。

所述有机硅为1-羟基烯丙基三甲基硅烷；在环氧丙烯酸水分散体中，1-羟基烯丙基三甲基硅烷的含量为固体总量的1～3wt%。

按固体计，环氧丙烯酸水分散体的羟值为1.3%～1.5%；交联固化反应采用脂肪族异氰酸酯水分散体室温固化成膜树脂中的羟基，NCO/OH比例为1.5～2.0：1。

在成膜涂层中，按重量计，环氧丙烯酸分散体的用量为油漆组分中固体总量的40%～55%；防锈颜料的用量为油漆组分中固体总量的10%～20%；填料的用量为油漆组分中固体总量的10%～20%；防闪锈剂的用量为油漆组分中固体总量的0.8%～1.0%；疏水剂的用量为油漆组分中固体总量的0.5%～2%；分散剂占颜填料总量的2%～25%；基材润湿剂的用量为油漆组分中固体总量的0.5%～2.0%；防沉剂的用量为油漆组分中固体总量的0.5%～4.0%。

实现本发明第二目的的技术方案是一种环氧丙烯酸水分散体，采用如下方法制备得到：在反应釜中投入环氧树脂，向反应釜中加丙二醇甲醚，混合并加热至50℃～60℃，搅拌直至环氧树脂完全溶解；然后升温至100℃～120℃，开始滴加乙烯基单体-有机硅 -引发剂-丙二醇甲醚混合溶液，分2.5～3.5h滴加完毕，保温后补加丙二醇甲醚-引发剂混合液，继续保温4～5h，用N,N-二甲基乙醇胺中和调节PH值，减压蒸馏脱除丙二醇甲醚，加水预分散并搅匀得到环氧丙烯酸水分散体。

所述环氧树脂占环氧丙烯酸水分散体中固体总量的的5%～15%。

所述乙烯基单体为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的两种或两种以上的组合物；共聚得到的丙烯酸树脂链段由丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体、苯乙烯中的两种或两种以上共聚后得到；丙烯酸树脂链段的玻璃化温度为50℃～70℃。

所述有机硅为1-羟基烯丙基三甲基硅烷；在环氧丙烯酸水分散体中，1-羟基烯丙基三甲基硅烷的含量为固体总量的1～3wt%。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的水性底面合一涂料中，有机硅1-羟基烯丙基三甲基硅烷中的双键参与丙烯酸酯共聚后，游离的羟基与丙烯酸酯中的羟基、环氧树脂中的羟基一同与异氰酸酯聚合，既能规避涂料中抗老化助剂迁移带来的耐候性下降隐患，又能改进涂层固化后与基材的润湿性。

（2）本发明在制备环氧丙烯酸水分散体时，丙烯酸-有机硅共聚过程中与环氧树脂形成互穿结构，实现丙烯酸酯与环氧树脂互容；该聚合反应既没有催化剂对环氧开环的不稳定、不彻底的隐患，也没有因接枝可能造成分子量过大产生的凝胶后遗症。

形成互穿结构的环氧丙烯酸酯后，环氧树脂上的羟基易于在室温下同羟基树脂链段上的羟基（有机硅链节与丙烯酸链节引入的羟基）一道参与异氰酸酯反应，形成的膜结构均一性好，防护性完整（没有破口）。

（3）使用本发明的涂料涂装后得到的涂层兼顾防腐、防锈、耐光等的目的，防护周期长，满足车辆零部件的涂装要求。

具体实施方式

本发明的水性底面合一涂料为双组分涂料，包括油漆组分和固化剂，固化剂为脂肪族多异氰酸酯水分散体，油漆组分和固化剂的质量比为1～1.2:1。

油漆组分中包括环氧丙烯酸水分散体、防锈颜料、着色颜料、填料、复合防闪锈剂（兼顾钝化和络合除锈）、疏水剂、分散剂、消泡剂、基材润湿剂、防流挂与防沉助剂、亲水性助溶剂和水。

其中，环氧丙烯酸水分散体的制备方法如下：

在反应釜中投入大分子量环氧树脂（609环氧树脂），向反应釜中加丙二醇甲醚，混合并加热至50℃～60℃，搅拌直至环氧树脂完全溶解；然后升温至100℃～120℃，开始滴加乙烯基单体-有机硅 -引发剂-丙二醇甲醚混合溶液，分2.5～3.5h滴加完毕，保温1h后补加丙二醇甲醚-引发剂混合液，继续保温4～5h，直至粘度合格（粘度达到500-3000mPa.s），用N,N-二甲基乙醇胺中和调节PH值为7左右，减压蒸馏脱除丙二醇甲醚至其含量控制在10%以内，加水预分散并搅匀得到环氧丙烯酸水分散体，羟值为1.3%～1.5%（按固体计）。

所述环氧树脂占环氧丙烯酸水分散体中固体总量的的5%～15%。

所述乙烯基单体为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的两种或两种以上的组合物；相应的，共聚得到的丙烯酸树脂链段由丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体、苯乙烯中的两种或两种以上共聚后得到；丙烯酸树脂链段的玻璃化温度为50℃～70℃。丙烯酸树脂链段占环氧丙烯酸水分散体中固体总量的的45～55%。

所述有机硅为含双官能团（羟基与双键）的1-羟基烯丙基三甲基硅烷；在制备得到的环氧丙烯酸水分散体中，1-羟基烯丙基三甲基硅烷的含量为固体总量的1～3wt%。

1-羟基烯丙基三甲基硅烷的结构式如下：

。

所述引发剂为过氧化物，如过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯等，本实施例中选择过氧化苯甲酰。

在成膜涂层中，按重量计，环氧丙烯酸分散体的用量为油漆组分中固体总量的40%～55%。

所述防锈颜料为复合锌盐，防锈颜料的用量为油漆组分中固体总量的10%～20%。

所述着色颜料的用量为油漆组分中固体总量的1～1.5%。

所述填料的用量为油漆组分中固体总量的10%～20%。所述填料为云母粉、硫酸钡、滑石粉中的一种或一种以上的混合物。

所述复合防闪锈剂为非铬钝化与络合除锈相结合的防闪锈制剂，例如江苏十松新材料科技有限公司生产的防闪锈剂ZH-66。复合防闪锈剂的用量（原液）为油漆组分中固体总量的0.8%～1.0%。

所述疏水剂为不影响重涂或修补的有机硅改性石蜡，疏水剂的用量为油漆组分中固体总量的0.5%～2%。例如疏水剂可以为南京天诗新材料科技有限公司生产的疏水剂LW-102A。

所述分散剂占颜填料总量的2%～25%，添加量随颜填料的比表面积变化而变化；例如分散剂为毕克化学的byk190。

消泡剂可以使用大田化学的PA311消泡剂。

所述基材润湿剂为长碳链（8-12个碳）氨基硅氧烷，该氨基硅氧烷为端氨基，可以水分散（借助于助溶剂），如上海深竹化工助剂有限公司的基材润湿剂4333；基材润湿剂的用量为油漆组分中固体总量的0.5%～2.0%。

所述防沉剂的用量为油漆组分中固体总量的0.5%～4.0%；使用聚氨酯水分散体作为防沉剂，例如合肥泰瑞克新材料科技有限公司是TRK-928D。

所述亲水性助溶剂的用量为油漆组分中固体总量的10～30%；所述亲水性助溶剂为丙二醇丁醚、异丙醇、丙二醇甲醚中的一种或一种以上的混合物。

所述固化剂为脂肪族多异氰酸酯水分散体，例如Vencorex chemicals的Easaqua™ L 600。

所述水性底面合一涂料的油漆组分制备方法如下：按计量比（质量百分数，下同）将环氧丙烯酸水分散体、分散剂、消泡剂、去离子水、少量亲水性助溶剂加入带有搅拌的混合罐搅拌混匀，然后依次按计量比添加复合锌盐、着色颜料与填料，高速分散半小时后用砂磨机进行研磨分散，直至细度满足成膜要求，再添加辅助成膜材料如基材润湿剂、复合防闪锈剂、疏水剂等搅拌均匀即得到水性底面合一涂料的油漆组分。

具体实施例如下：

（实施例1至实施例5、环氧丙烯酸水分散体）

按照上述环氧丙烯酸水分散体的制备方法，实施例1至实施例5的环氧丙烯酸水分散体原料剂量如下：

（实施例6至实施例11、水性底面合一涂料的油漆组分）

实施例6至实施例11的水性底面合一涂料的油漆组分的组成如下：

（试验例）

将实施例6至实施例11的油漆组分研磨到细度25µm以下，分别与Easaqua™ L 600混合搅匀，涂装后分别交联固化得到涂膜；油漆组分与Easaqua™ L 600的质量比为1～1.2:1。

各实施例的油漆组分固化后得到的涂膜的性能如下（检测标准——对应的国家标准或行业标准）：

从结果看到，本发明的涂料成膜后得到的涂层，具有良好的耐盐雾特性与耐光特性；具有极好的机械性能，对多种金属（如：锌、铁、铝合金）与多种塑料（如：ABS、PVC、HIPS、ASA、PMMA）具有很好的附着牢度。