本发明通常涉及涂料领域，且特别地，涉及汽车底盘用单组份水性漆的制备及其制备方法。
背景技术：
随着现代工业的不断发展，汽车产量日益增长。汽车底盘所处环境各种各样。因此，对汽车底盘的有效涂装防护就显得尤为重要。汽车底盘涂料要求具备优异的附着力、柔韧性、抗冲击性能及良好的硬度。因汽车底盘应用领域广泛，所接触环境相对较复杂，所以其外壳涂料又需具备良好的防腐性能，及良好的耐化学品性。
目前绝大部分汽车底盘主要使用溶剂型的工业涂料。传统溶剂型涂料在生产和使用过程中所释放的有机挥发性物质(volatileorganiccompounds，voc)产生的污染，成为排在汽车之后的城市主要污染源。随着我国环保法律法规的不断完善和健全，强制性使用环保型工业涂料已经成为大势所趋。而水性工业涂料作为环保型涂料的重点发展方向之一，在汽车行业中的应用具有非常广阔的市场。但是传统的水性漆存在漆膜硬度不、高手感差、容易出划痕、耐化学性差、固含低、膜厚薄、干燥性差、价格高等缺点。
因此，如何提供一种voc含量低、硬度好且具有良好的防腐性能的溶剂型的汽车底盘用单组份水性漆是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种汽车底盘用单组份水性漆，其利用水性树脂、颜填料和助剂相互作用，实现汽车底盘用单组份水性漆的voc含量低、硬度好、具有良好的防腐性能的功能。
本发明提供一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含40-50质量份的水性树脂、18-25质量份的颜填料和16-30质量份的助剂，其中，所述助剂包含3-5质量份的水合硅酸磷酸铝锌。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆中，所述颜填料还包括10-15质量份的钛白粉和8-10质量份的防锈颜料。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆中，所述助剂包含5-7质量份的水性催干剂、0.1-0.2质量份的中和剂、0.1-0.2质量份的消泡剂、0.3-0.5质量份的润湿分散剂、0.3-0.5质量份的基材润湿剂、2-5质量份的去离子水、3-5质量份的助溶剂和3-5质量份的胶乳。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆中，所述中和剂为二甲基乙醇胺和amp-95中的一种或两种混合物；所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆中，所述水性树脂中还包括硅丙乳液改性高模数硅酸钾，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为4-7/1。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆中，所述助剂还包括实心聚苯乙烯微球分散乳液。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆中，所述实心聚苯乙烯微球分散乳液中微球的粒径值为200nm-500nm。
本发明还提供一种汽车底盘用单组份水性漆的制备方法，其包括：
步骤一、按照所述原料配比将水性树脂、颜填料和助剂进行混合，以500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
步骤二、通过研磨机进行研磨处理，细度小于25微米。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆的制备方法中，在所述步骤一之前还包括，将硅丙乳液改性高模数硅酸钾混入所述水性树脂中，并在800-1000r/min转速速度搅拌10-20分钟。
在某些实施方式中，所述的汽车底盘用单组份水性漆的制备方法中，在所述步骤一之前还包括将所有助剂混合的步骤，其具体为
将所述水合硅酸磷酸铝锌、所述水性催干剂、所述中和剂、所述消泡剂、所述润湿分散剂、所述基材润湿剂、所述去离子水、所述助溶剂、所述胶乳。和所述实心聚苯乙烯微球乳液混合，并在500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量计。
本发明所述的汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含40-50质量份的水性树脂、18-25质量份的颜填料和16-30质量份的助剂，其中，所述助剂包含3-5质量份的水合硅酸磷酸铝锌。在某些实施方式中，所述水合硅酸磷酸铝锌为杭州思坦颜料化工有限公司生产的。
在某些实施方式中，所述水性树脂为丙烯酸改性乳液，该水性树脂、颜填料和助剂配置成的汽车底盘用单组份水性漆，具有低voc值、快干性好、且具有防锈性。例如，所述丙烯酸改性乳液可以采用佛山市高明同德化工有限公司的3ea44b。
在某些实施方式中，所述颜填料还包括10-15质量份的钛白粉和8-10质量份的防锈颜料。所述防锈颜料的主要功能是防止金属腐蚀、提高漆膜对金属表面的保护作用，例如氧化铁红、铝粉或云母氧化铁。
在某些实施方式中，所述助剂包含5-7质量份的水性催干剂、0.1-0.2质量份的中和剂、0.1-0.2质量份的消泡剂、0.3-0.5质量份的润湿分散剂、0.3-0.5质量份的基材润湿剂、2-5质量份的去离子水、3-5质量份的助溶剂和3-5质量份的胶乳。例如，所述水性催干剂是同德公司的水性催干剂wd03，其中，所述中和剂为二甲基乙醇胺和amp-95中的一种或两种混合物；当所述中和剂为所述二甲基乙醇胺和所述amp-95组成的混合物，则二甲基乙醇胺和amp-95按照1-2/1混合，例如，二甲基乙醇胺和amp-95按照1/1和混合，或者，二甲基乙醇胺和amp-95按照1.5/1混合，或者，二甲基乙醇胺和amp-95按照2/1混合。所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂，例如迪高公司tego的脱泡作用助剂tego-902w、有机硅类消泡剂或比克公司byk的消泡作用助剂byk-028；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂，例如海明斯的fx600，或者所述润湿分散剂为非离子型的消泡剂，例如海明斯的fx365，或者所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂和所述非离子型的消泡剂的混合物，其混合比例为1/1；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂，例如迪高tego的tego-245和/或tego-270；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳，采用水性阴离子型羧基丁苯胶乳制备的水性漆，其可在最低成膜温度以上形成清透微粘聚合物膜，且涂膜吸水率和水蒸气透过率低，适用于制备防腐漆。由于乳成膜后具有弹性，具有防石击效果。制得的防腐漆与脱脂处理的光亮金属、磷化或铅化钢板都具有很好的附着力，例如水性阴离子型羧基丁苯胶乳为杭州思坦颜料化工有限公司的ah-225。
在某些实施方式中，所述水性树脂中还包括硅丙乳液改性高模数硅酸钾，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为4-7/1。
在该单组份水性漆中添加硅丙乳液改性高模数硅酸钾，进一步提高单组分水性漆的耐冲击性能和附着力，且当所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为4-7/1是，该单组份水性漆的附着力由2级升至1级，耐冲击性能也有提高；且所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾中的si-oh能够与金属发生反应，提高单组份水性漆与汽车底盘的结合力，且单组分水性漆与颜填料结合能力强，耐腐蚀能力强，经久耐用。优选地，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数5-7/1，更优选地，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数6-7/1，例如，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数6或7。硅丙乳液改性高模数硅酸钾在单组分水性漆中贮存稳定性较好，水性漆粘度适中，涂层外观良好，
在某些实施方式中，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾与所述水合硅酸磷酸铝锌的质量之比为1-3/1，优选地，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾与所述水合硅酸磷酸铝锌的质量之比为2-3/1，例如，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾与所述水合硅酸磷酸铝锌的质量之比为2/1或3/1，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾中的si-oh能与水合硅酸磷酸铝锌中锌铝发生反应，确保水性漆粘度适中，且提高漆膜硬度。
其中，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的制备方法为：根据所需制备的高模数硅酸钾溶液的模数，室温下将设计量的低模数硅酸钾溶液倒入四口烧杯中，高速搅拌，加入一定量的去离子水，并控制温度为55℃；缓慢滴加设计量的碱性硅溶胶，并反应一段时间；分三次加入设计量的硅烷偶联剂，使其反应充分；降温至30℃，滴加设计量的硅丙乳液进行改性，30-35℃充分反应；反应完毕后，即得到乳白色、粒子均匀的硅丙乳液改性高模数硅酸钾溶液。所用的硅丙乳液的固含量为40-50％，优选地，是硅丙乳液的固含量为48％
在某些实施方式中，该单组份水性漆还实心聚苯乙烯微球分散乳液。
实心聚苯乙烯微球为纳米级单分散的聚苯乙烯微球具有纳米聚合物颗粒所具有的特殊性质，单分散性好、微球分布均一，微球的粒径小，比表面积大，利用实心聚苯乙烯微球提高单组分水性漆的吸附性，同时，提高漆膜的弹性，提高单组分水性漆的抗冲击能力，延长使用寿命。
所述实心聚苯乙烯微球分散乳液的制备方法：取苯乙烯2.5ml，将pvp、aibn配成溶液分别是0.05g/ml、2.5mg/ml，分别取pvp4ml，aibn2ml，放入加有31.5ml无水乙醇配成40ml体系，在100ml的二颈烧瓶中，在室温机械搅拌装置上，严格控制搅拌速度条件下，通n2半小时排出o2。再快速转入到微波反应器上，同样控制搅拌速度，400w功率下，迅速升温到77℃下，反应20min，制得实心聚苯乙烯微球分散乳液。
本发明所述的耐盐雾性通过国家标准《gb/t1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》来测试。
本发明所述的耐水性通过国家标准《gb/t1763-1993漆膜耐水性测定法》来测试。
本发明所述的耐酸性和耐碱性通过国家标准《gb/t1763-1979漆膜耐化学试剂性测定法》来测试。
本发明所述的耐机油性是通过在汽车底盘上涂覆水性漆，漆膜干燥后将汽车底盘的部分结构浸泡在机油中，观察漆膜是否起泡。
本发明所述的硬度通过参考国家标准《gb/t6739-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》来测试。
本发明所述的附着力和耐冲击性通过国家标准《gb/t1720-1989漆膜附着力测定法》来测试。
本发明所述的柔韧性通过国家标准《gb/t1731-1993漆膜柔韧性测定法》来测试。
本发明所述的表干时间通过国家标准《gb/t1728-1979漆膜\腻子膜干燥时间测定方法》来测试。
本发明所述的voc含量通过参考国家标准《gb/t23986-2009色漆和清漆挥发性有机化合物(voc)含量的测定气相色谱法》来测试。
实施例
实施例1
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含40质量份的水性树脂、18质量份的颜填料和16质量份的助剂，其中，所述助剂包含3质量份的水合硅酸磷酸铝锌。
上述方案中，所述颜填料还包括10质量份的钛白粉和8质量份的防锈颜料。
上述方案中，所述助剂包含5质量份的水性催干剂、0.1质量份的中和剂、0.1质量份的消泡剂、0.3质量份的润湿分散剂、0.3质量份的基材润湿剂、2质量份的去离子水、3质量份的助溶剂和3质量份的胶乳。
其中，所述中和剂为二甲基乙醇胺；所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳。
制备方法：
步骤一、按照所述原料配比将水性树脂、颜填料和助剂进行混合，以500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
步骤二、通过研磨机进行研磨处理，细度小于25微米。
实施例2
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含50质量份的水性树脂、25质量份的颜填料和30质量份的助剂，其中，所述助剂包含5质量份的水合硅酸磷酸铝锌。
上述方案中，所述颜填料还包括15质量份的钛白粉和10质量份的防锈颜料。
上述方案中，所述助剂包含7质量份的水性催干剂、0.2质量份的中和剂、0.2质量份的消泡剂、0.5质量份的润湿分散剂、0.5质量份的基材润湿剂、5质量份的去离子水、5质量份的助溶剂和5质量份的胶乳。
其中，所述中和剂为amp-95；所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳。
制备方法：
步骤一、按照所述原料配比将水性树脂、颜填料和助剂进行混合，以500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
步骤二、通过研磨机进行研磨处理，细度小于25微米。
实施例3
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含45质量份的水性树脂、20质量份的颜填料和25质量份的助剂，其中，所述助剂包含4质量份的水合硅酸磷酸铝锌。
上述方案中，所述颜填料还包括12质量份的钛白粉和9质量份的防锈颜料。
上述方案中，所述助剂包含6质量份的水性催干剂、0.1质量份的中和剂、0.1质量份的消泡剂、0.4质量份的润湿分散剂、0.4质量份的基材润湿剂、4质量份的去离子水、4质量份的助溶剂和4质量份的胶乳。
其中，所述中和剂为二甲基乙醇胺和amp-95按照质量比1/1组成的混合物；所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳。
制备方法：
步骤一、按照所述原料配比将水性树脂、颜填料和助剂进行混合，以500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
步骤二、通过研磨机进行研磨处理，细度小于25微米。
实施例4
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含40质量份的水性树脂、22质量份的颜填料和20质量份的助剂，其中，所述助剂包含4质量份的水合硅酸磷酸铝锌，所述水性树脂还包括2质量份的硅丙乳液改性高模数硅酸钾，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为4/1。
上述方案中，所述颜填料还包括12质量份的钛白粉和8质量份的防锈颜料。
上述方案中，所述助剂包含5质量份的水性催干剂、0.1质量份的中和剂、0.1质量份的消泡剂、0.4质量份的润湿分散剂、0.4质量份的基材润湿剂、3质量份的去离子水、3质量份的助溶剂和3-5质量份的胶乳。
其中，所述中和剂为二甲基乙醇胺；所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳。
制备方法：
步骤一、向水性树脂中加入硅丙乳液改性高模数硅酸钾步骤，并在800-1000r/min转速速度搅拌10-20分钟，得到第一混合液；
步骤三、将所述第一混合液、颜填料和助剂进行混合，以500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
步骤四、通过研磨机进行研磨处理，细度小于25微米。
实施例5
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含43质量份的水性树脂、23质量份的颜填料和18质量份的助剂，其中，所述助剂包含5质量份的水合硅酸磷酸铝锌，所述水性树脂还包括硅丙乳液改性高模数硅酸钾，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为7/1。
上述方案中，所述颜填料还包括5质量份的钛白粉和10质量份的防锈颜料。
上述方案中，所述助剂包含7质量份的水性催干剂、0.2质量份的中和剂、0.2质量份的消泡剂、0.4质量份的润湿分散剂、0.4质量份的基材润湿剂、3质量份的去离子水、4质量份的助溶剂和3质量份的胶乳。
其中，所述中和剂为amp-95；所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳。
制备方法：
步骤一、向水性树脂中加入硅丙乳液改性高模数硅酸钾步骤，并在800-1000r/min转速速度搅拌10-20分钟，得到第一混合液；
步骤三、将所述第一混合液、颜填料和助剂进行混合，以500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
步骤四、通过研磨机进行研磨处理，细度小于25微米。
实施例6
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含42质量份的水性树脂、19质量份的颜填料和22质量份的助剂，其中，所述助剂包含5质量份的水合硅酸磷酸铝锌和3质量份的实心聚苯乙烯微球，所述水性树脂还包括1质量份的硅丙乳液改性高模数硅酸钾，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为6/1，所述实心聚苯乙烯微球粒径值为200nm-500nm。
上述方案中，所述颜填料还包括15质量份的钛白粉和10质量份的防锈颜料。
上述方案中，所述助剂包含5质量份的水性催干剂、0.2质量份的中和剂、0.1-0.2质量份的消泡剂、0.5质量份的润湿分散剂、0.3质量份的基材润湿剂、2质量份的去离子水、5质量份的助溶剂和5质量份的胶乳。
其中，所述中和剂为二甲基乙醇胺；所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂；所述润湿分散剂为聚羟酸盐类分散剂；所述的基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；所述胶乳为水性阴离子型羧基丁苯胶乳。
制备方法：
步骤一、向水性树脂中加入硅丙乳液改性高模数硅酸钾步骤，并在800-1000r/min转速速度搅拌10-20分钟，得到第一混合液；
步骤二、将所述水合硅酸磷酸铝锌、所述水性催干剂、所述中和剂、所述消泡剂、所述润湿分散剂、所述基材润湿剂、所述去离子水、所述助溶剂、所述胶乳。和所述实心聚苯乙烯微球乳液混合，并在500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟，得到第二混合液；
步骤三、将所述第一混合液、颜填料和所述第二混合液进行混合，以500-700r/min转速速度搅拌15-25分钟。
步骤四、通过研磨机进行研磨处理，细度小于25微米。
对比例1
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含55质量份的水性树脂、20质量份的颜填料和18质量份的助剂，其中，所述助剂包含10质量份的水性催干剂、0.1质量份的中和剂、0.1质量份的消泡剂、1质量份的润湿分散剂、1质量份的基材润湿剂、4质量份的去离子水、4质量份的助溶剂和2质量份的胶乳。
对比例2
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含60质量份的水性树脂、30质量份的颜填料和20质量份的助剂，其中，所述助剂包含2质量份的水合硅酸磷酸铝锌，所述水性树脂还包括硅丙乳液改性高模数硅酸钾，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为3/1。
对比例3
一种汽车底盘用单组份水性漆，该单组份水性漆包含55质量份的水性树脂、19质量份的颜填料和30质量份的助剂，其中，所述助剂包含2质量份的实心聚苯乙烯微球，所述水性树脂还包括1质量份的硅丙乳液改性高模数硅酸钾，所述硅丙乳液改性高模数硅酸钾的模数为8/1。
上述实施例1-6和对比例1-3中制备得到的汽车底盘用单组份水性漆的制备的表征测试结果如表1所示，可以看出，采用本发明所述的汽车底盘用单组份水性漆的制备，在具有很好的耐腐蚀性、硬度、附着力、低voc值、柔韧性、冲击性和耐盐雾性等方面的性能。
表1
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。