本发明涉及一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆及其制备方法。
背景技术：
烤漆分为两大类，一类低温烤漆固化温度为140℃-180℃，另外一类就称为高温烤漆，其固化温度为280℃-400℃。[1]高温烤漆，英文全称为Polytetrafluoroetylene，简称Teflon、PTFE、F4等。特氟龙高性能特种烤漆是以聚四氟乙烯为基体树脂的氟烤漆，英文名称为Teflon，因为发音的缘故，通常又被称之为铁氟龙、铁富龙、特富龙、特氟隆等等(皆为Teflon的译音)。
按照主要成分的不同，烤漆又可分为聚酯氨基烤漆、醇酸氨基烤漆、丙烯酸氨基烤漆、环氧氨基烤漆、亚克力烤漆等。
其中，聚酯氨基烤漆一般由聚酯树脂，氨基树脂，进口耐候颜料、助剂、溶剂等组成。用作汽车、摩托车、机电产品面漆涂装。
作为面漆涂装所用，聚酯氨基烤漆的漆膜硬度是一项重要指标，涂膜硬度(paint film hardness)是表示漆膜机械强度的重要性能之一。其物理意义可理解为漆膜表面对作用其上的、另一个硬度较大的物体所表现的阻力。可以通过测定涂膜在较小的接触面上承受一定质量负荷时所表现出来的抵抗变形的能力加以确定(包括由于碰撞、压陷或擦划等而造成的变形能力)。
随着市场上汽车、摩托车、机电产品表面硬度要求的升高，现有的、作为面漆的聚酯氨基烤漆的漆膜硬度已逐渐无法满足使用要求。
目前，关于聚酯氨基烤漆，国内主要存在如下专利文献：
专利公开号：CN105111897A，公开了一种冷轧钢板冲压件烤漆，涉及烤漆技术领域，该配方是由以下重量百分比的组分组成：饱和聚酯树脂30％～45％，高亚氨基树脂20％～37％，丙烯酸树酯10％～12％，二甲 苯5％～8％，乙二酸12％～18％，助溶剂2％～5％，消泡剂1％～3％，分散剂2％～4％，水补足至100％。本发明的硬度高、附着力强和耐腐蚀能力强，比一般的烤漆经济适用，满足冲压件对于烤漆的特殊需求，烤漆干燥速度快，不容易掉漆，耐磨损。然而，该专利所提供的烤漆，其主要成分为饱和聚酯树脂、高亚氨基树脂及丙烯酸树脂这种单体树脂，只是简单功能的叠加，与现有树脂组成大同小异，对于漆膜硬度并无显著改善。
此外，现有烤漆的涂覆方式大多采用喷涂，喷涂是通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。喷涂中的主要问题是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂(即挥发性有机污染物，VOCs)，既污染环境，不利于人体健康，又浪费烤漆，造成经济损失。挥发、扩散到空气中的烤漆，则形成挥发性有机污染物，危害人体健康。在喷涂车间，烤漆作为挥发性有机污染物的主要来源，喷涂车间内空气中挥发性有机化合物浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状；重者会出现肝中毒甚至很快昏迷，有的还可能有生命危险。长期待在挥发性有机化合物污染的喷涂车间内，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经系统、引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等。有的还可能引起内分泌失调、影响性功能；苯和二甲苯还能损害系统，以至引发白血病。
技术实现要素：
为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆及其制备方法，所述烤漆以纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂和聚乙二醇改性氨基树脂为主要成分，改性后的聚酯树脂和氨基树脂可有效提升漆膜硬度，组成成分设计合理，对环境友好，提高耐磨性能，且附着力强、延展性好、耐高温、使用寿命长，涂覆时采用辊涂代替喷涂，有效改善生产环境，有利于工人身体健康。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆，所述烤漆中各成分质量分数如下：纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂：70～80份，聚乙二醇改性氨基树脂：15～25份，去离子水：30～50份，水性单体：10～20份，pH中和剂：5～10份，助溶剂：1～5份，润湿分散剂：0.1～0.5份，消泡剂：1～5份，增稠剂：0.5～1份，乳化剂：0.1～1份，颜填料：1～5份。
进一步地，所述烤漆中各成分质量分数如下：纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂：75～80份，聚乙二醇改性氨基树脂：15～20份，去离子水：40～50份，水性单体：15～20份，pH中和剂：5～8份，助溶剂：1～3份，润湿分散剂：0.1～0.3份，消泡剂：2～5份，增稠剂：0.5～0.8份，乳化剂：0.5～1份，颜填料：2～5份。
优选地，所述烤漆中各成分质量分数如下：纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂：75份，聚乙二醇改性氨基树脂：20份，去离子水：40份，水性单体：15份，pH中和剂：7份，助溶剂：2份，润湿分散剂：0.3份，消泡剂：3份，增稠剂：0.7份，乳化剂：0.5份，颜填料：3份。
另，所述纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂中SiO2的质量分数为3～5wt％。
另有，所述聚乙二醇改性氨基树脂制备方法包括如下步骤：取20～30份脲醛树脂，调节pH值至9～10，加热至65～70℃，加入3～6份三聚氰胺，保持pH值为9～10，升温至80～90℃，反应1～2小时，加入1～3份聚乙二醇，在80～90℃下，反应3～5小时，在75～80℃下蒸馏1～3小时，干燥、冷却，得所述聚乙二醇改性氨基树脂。
再，所述乳化剂为乙氧基酚醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚或烯丙基醚羟丙基磺酸钠。
再有，所述pH中和剂选自三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙醇胺、二乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、氨水中的一种或几种。
且，所述助溶剂选自异丙醇、仲丁醇、正丙醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丙醚、二丙二醇甲醚、正丁醇、乙二醇甲醚、丙二醇丁醚、 二乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇丁醚、乙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种。
另，所述水性单体为二羟甲基丙酸、偏苯三酸酐、二羟甲基丁酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠、对苯二甲酸-2-磺酸钠、对苯二甲酸-2-磺酸锂或间羧基苯磺酸钠。
同时，本发明还提供一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆的制备方法，包括如下步骤：
1)研磨色浆
在分散机中加入30～40份纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂、0.5～2份助溶剂、10～20份去离子水、pH中和剂、润湿分散剂和消泡剂，以500～800r/min的转速进行分散均匀，分散时间5～10min，加入颜填料，研磨温度40～50℃，研磨3～6min，直至细度为10～20μm，过滤得色浆，备用；
2)混合调漆：
取30～40份纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂、聚乙二醇改性氨基树脂、0.5～3份助溶剂、20～30份去离子水、乳化剂和增稠剂，在500～600r/min的转速下进行分散，分散3～5min，分散均匀后，加入步骤1)所得色浆，调节pH值至7～8；用80～120目滤网过滤，包装，即得到所述高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆。
本发明的有益效果在于：
所述烤漆以纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂和聚乙二醇改性氨基树脂为主要成分，纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂中SiO2质量分数为3～5wt％，使得树脂固化后的巴氏硬度提升了20～30％，热变形温度提高20～30％，抗冲击强度提升70～80％，改性后的聚酯树脂和氨基树脂可有效提升漆膜硬度，组成成分设计合理，对环境友好，提高耐磨性能，具有较高的耐热性、附着力、抗潮性和绝缘性，并有耐化学气体腐蚀等性能，涂覆时采用辊涂代替喷涂，有效改善生产环境，有利于工人身体健康。
辊涂成型快干的辊涂工艺代替喷涂工艺，涂装时烤漆的利用度能达到 90％以上，减少了空气中的挥发和浪费，有效降低因喷涂导致烤漆挥发形成的VOCs，辊涂车间内VOCs排放量≤420ppm，烤漆环保效果好。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
本发明提供一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆，所述烤漆中各成分质量分数如下：纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂：70～80份，聚乙二醇改性氨基树脂：15～25份，去离子水：30～50份，水性单体：10～20份，pH中和剂：5～10份，助溶剂：1～5份，润湿分散剂：0.1～0.5份，消泡剂：1～5份，增稠剂：0.5～1份，乳化剂：0.1～1份，颜填料：1～5份。
进一步地，所述烤漆中各成分质量分数如下：纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂：75～80份，聚乙二醇改性氨基树脂：15～20份，去离子水：40～50份，水性单体：15～20份，pH中和剂：5～8份，助溶剂：1～3份，润湿分散剂：0.1～0.3份，消泡剂：2～5份，增稠剂：0.5～0.8份，乳化剂：0.5～1份，颜填料：2～5份。
优选地，所述烤漆中各成分质量分数如下：纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂：75份，聚乙二醇改性氨基树脂：20份，去离子水：40份，水性单体：15份，pH中和剂：7份，助溶剂：2份，润湿分散剂：0.3份，消泡剂：3份，增稠剂：0.7份，乳化剂：0.5份，颜填料：3份。
另，所述纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂中SiO2的质量分数为3～5wt％。
另有，所述聚乙二醇改性氨基树脂制备方法包括如下步骤：取20～30份脲醛树脂，调节pH值至9～10，加热至65～70℃，加入3～6份三聚氰胺，保持pH值为9～10，升温至80～90℃，反应1～2小时，加入1～3份聚乙二醇，在80～90℃下，反应3～5小时，在75～80℃下蒸馏1～3小时，干燥、冷却，得所述聚乙二醇改性氨基树脂。
再，所述乳化剂为乙氧基酚醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚或烯丙基醚 羟丙基磺酸钠。
再有，所述pH中和剂选自三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙醇胺、二乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、氨水中的一种或几种。
且，所述助溶剂选自异丙醇、仲丁醇、正丙醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丙醚、二丙二醇甲醚、正丁醇、乙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇丁醚、乙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种。
另，所述水性单体为二羟甲基丙酸、偏苯三酸酐、二羟甲基丁酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠、对苯二甲酸-2-磺酸钠、对苯二甲酸-2-磺酸锂或间羧基苯磺酸钠。
同时，本发明还提供一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆的制备方法，包括如下步骤：
1)研磨色浆
在分散机中加入30～40份纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂、0.5～2份助溶剂、10～20份去离子水、pH中和剂、润湿分散剂和消泡剂，以500～800r/min的转速进行分散均匀，分散时间5～10min，加入颜填料，研磨温度40～50℃，研磨3～6min，直至细度为10～20μm，过滤得色浆，备用；
2)混合调漆：
取30～40份纳米SiO2改性不饱和聚酯树脂、聚乙二醇改性氨基树脂、0.5～3份助溶剂、20～30份去离子水、乳化剂和增稠剂，在500～600r/min的转速下进行分散，分散3～5min，分散均匀后，加入步骤1)所得色浆，调节pH值至7～8；用80～120目滤网过滤，包装，即得到所述高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆。
其中，表1为本发明各实施例所述一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆成分质量分数列表。表2为本发明各实施例所述一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆中聚乙二醇改性氨基树脂的成分列表。表3为本发明各实施例所 述一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆性能参数列表。
表1(单位：重量份)
表2(单位：重量分)
表3
将本发明实施例所述一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆通过辊涂方式涂覆，在200℃下固化后，冷却至室温，放置48小时，测定板坯表面涂层性能如表3所示。其中，耐冲击性能测试方法参照国家标准GB/T1732-93规定的测定漆膜耐冲击性能的方法，以固定质量(1kg)的重锤落于试板上而不引起漆膜破坏的最大高度(cm)表示漆膜耐冲击性能。
采用本发明所提供的一种高强度耐磨改性聚酯氨基烤漆，T弯性能可达1T。烤漆利用率高，每30公斤烤漆可涂装1吨板坯。在230℃高温下不开裂、不变色，抗老化能力强，放置在户外连续日照10～15年不泛黄、不变色。耐酸耐腐蚀能力强，将辊涂好的产品放入85℃水内煮2H生再逐渐加热到100℃，产品无变色、掉漆、起泡。在常温下用5％的Nad溶液浸泡24H后，产品表面无锈蚀、变色及镀层脱落。把纯棉布蘸满95％酒精包在500g砝码上，以每分钟40-60次的速度(20mm)左右的行程在产品表面擦试50个循环，无掉色脱油。漆膜干燥后，采用5H铅笔以垂直压力1千克的力量，45°斜角在漆膜画出3CM长度，5次，漆膜没划痕，漆膜硬度高达5H。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。