一种双组份水性汽车罩光清漆及其应用的制作方法

本发明专利涉及一种双组份水性汽车罩光清漆，属于涂料领域，可用于汽车制造和汽车修补。
背景技术：
：经过几十年的发展，我国已经成为全球汽车制造和汽车消费的大国。迄今，全国汽车年生产量在3000万辆左右，年销售量2800万辆左右。全国汽车保有量达2.5亿辆。作为整个汽车工业的组成部分之一，汽车涂料无论在消费数量还是在环保品质方面也得到了同步发展。迄今，在我国汽车主机厂(oem)涂料和后市场修补涂料中除了罩光清漆以外，基本都实现了水性化。换句话说，虽然汽车涂料领域里的电泳漆、中涂漆和面漆(色漆)都已经实现了水性化，但目前罩光清漆依然还是沿续使用溶剂型漆。汽车罩光清漆之所以难以实现水性化，在于罩光清漆是汽车涂装的最后一道措施，它的作用不仅是汽车所有防腐防护性能的最后保障，还是车身靓丽外观的颜值担当。作为汽车罩光清漆，这两个功能必须同时具备。水性涂料与溶剂型涂料相比，存在两个与生俱来的缺陷：一是水性涂料的成膜机理是非均相成膜，二是水性涂料自身含有亲水基团或单体。这两个缺陷导致水性涂料无论在物理性能还是在光学性能方面都很难与溶剂型涂料匹敌。因此，虽然多年来人们不断从事水性汽车罩光清漆的研究开发，但鲜有实质性成果，更无实际应用的报道。cn110564242报道了一种高性能水性汽车清漆的制备方法。该方法采用普通水性丙烯酸树脂为树脂组份，封闭型水性异氰酸酯为固化剂。但该专利只报道了清漆的耐盐雾性能在195-330小时之间，没有提供耐老化性能的数据，且抗冲击和弯曲性能也不高。无法满足汽车涂料的实际要求。cn109535898报道了一种水性汽车清漆的制备方法。但该专利只罗列了一些光泽度、抗冲击等与外观和触摸有关的指标，而对于汽车罩光清漆十分重要的耐老化、耐腐蚀和耐水性等性能均未提供。cn108059914报道了一种高耐候性可剥离的水性汽车清漆。该专利为了强调快速干燥和可剥离效果，把水性涂料的施工固含量提高到了60％。如此高的固含量对于汽车罩光清漆施工而言，其自流平性能显然会受影响，因此漆膜的光泽度(60°)低于90。另外，虽然该专利标题声称是一种“高耐候性”涂料，但文中未提供耐老化性能和耐盐雾性能的数据。cn108219646报道了一种可自修复的水性汽车修补清漆。该专利为了强调“自修复”功能，不得不将漆膜硬度降低到hb以下。由于牺牲了漆膜的交联密度，不可避免给漆膜带来两个缺陷：一是光泽度的缺陷，文中报道60°下只有86.5。另一个是耐腐蚀性能的缺陷，文中干脆没有提供耐老化和耐盐雾的性能数据。本发明专利的目的是发明一种双组份水性汽车罩光清漆，这种水性罩光清漆既能满足汽车涂料对耐老化、抗冲击等防腐防护性能方面的要求，又能满足汽车对光泽度、透明度等光学性能的要求。同时，这种双组份水性汽车罩光清漆的工艺性既能满足汽车主机厂(oem)的涂装要求，也能满足汽车钣喷修补的要求。技术实现要素：本发明专利涉及一种双组份水性汽车罩光清漆，其特征在于这种罩光清漆由至少一种聚天门冬氨酸酯分散体所组成。由此，本发明专利进一步涉及到这种双组份水性汽车罩光清漆在汽车涂装上的应用。’本发明专利涉及的一种双组份水性汽车罩光清漆包括树脂组份(a组份)和固化剂组份(b组份)两个组份。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆的a组份包括：①至少一种聚天门冬氨酸酯分散体。②其它合适的含有活性羟基的树脂分散体，这种活性羟基是指可与异氰酸酯基团反应的羟基基团。③合适的成膜助剂。④合适的水性涂料助剂。⑤合适的ph调节剂。⑥去离子水。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆的b组份包括：①水可分散异氰酸酯固化剂；②合适的稀释剂。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆a组份中所包括的①至少一种聚天门冬氨酸酯水分散体，是根据中国发明专利《一种水可分散的聚天门冬氨酸酯及水性聚脲涂料的制备方法和应用》(申请号cn201910161992.9)制备得到的系列聚天门冬氨酸酯分散体。如cn201910161992.9所述，这种聚天门冬氨酸酯水分散体是由如下水可分散的聚天门冬氨酸酯树脂经中和及乳化得到的：当上述水可分散树脂e1、e2经中和及乳化后，便得到对应的聚天门冬氨酸酯分散体e1、e2。上述本发明专利所涉及的至少一种聚天门冬氨酸酯分散体是指e1、e2中的一种或它们之间的组合。当需要组合时，可以按任何比例组合。本发明专利所涉及的上述至少一种聚天门冬氨酸酯分散体可以在a组份中作为唯一的树脂分散体使用，也可以与其它含活性羟基的树脂分散体复合使用，这里的活性羟基是指可与异氰酸酯基团反应的羟基基团。上述各类分散体的总用量为a组份总重量的50-75％。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆a组份中所包括的②其它合适的含有活性羟基的树脂分散体，是指可与异氰酸酯基团反应的羟基树脂分散体。合适的含活性羟基树脂分散体包括但不限于羟丙树脂分散体、含羟基聚氨酯乳液等。合适的羟丙树脂分散体包括单不限于科思创bayhydrola2470，bayhydrola2646，上海禹丞化工uratecha2507，仕全兴2218，仕全兴2233，万华化学antkote2042n等。上述本发明专利涉及的其它合适的含活性羟基的树脂分散体可以是一种树脂分散体，也可以是多种树脂分散体的组合。当它们需要组合时，可以按任何比例组合。上述本发明专利涉及的其它合适的含活性羟基的树脂分散体的用量为a组份中总重量0—30％。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆a组份中所包括的③合适的成膜助剂，包括但不限于乙二醇丁醚(bcs)、丙二醇二醋酸酯(pgda)、丙二醇单甲醚(pm)、丙二醇丁醚(pnb)、丙二醇甲醚醋酸酯(pma)、二丙二醇甲醚(dpm)、二丙二醇丙醚(dpnp)、三丙二醇丁醚(tpnb)等。作为成膜助剂，它们可以单独使用，也可以按任何比例混合使用。上述本发明专利涉及的成膜助剂的用量为a组份重量的1—10％，合适的用量为2—8％。优选的用量为4—6％。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆a组份中所包括的④合适的水性助剂，包括但不限于水性流平(如迪高flow425、)、水性消泡剂(如先创sf561、迪高foamex825)、水性润湿剂(如迪高twin4100、byk345)、水性增稠剂(海明斯108、299)、水性抗刮蹭剂(如by-5330、道康宁51)、水性催化剂以及水性抗氧剂、水性紫外线稳定剂等等。上述本发明专利涉及的水性助剂的使用量分别按照各供应商的推荐范围使用，一般是a组分总重量的0.3-3％。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清a组份中所包括的⑤合适的ph调节剂，包括但不限于三乙胺(tea)、二甲基乙醇胺(dmea)、2-氨基甲基-1-丙醇(amp-95)等。上述本发明专利涉及的合适的ph调节剂的使用量根据a组份的ph值确定，合适ph值范围为7—9，优选范围为8—9。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆a组份中所包括的⑥去离子水，为经过水净化装置处理的纯净水，其电阻率不低于10兆欧。上述本发明专利涉及的去离子水的使用量的确定，需要根据上述各水性分散体既有固含量先计算出已有的水份含量，然后再设定a组份的理论固含量计算。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆b组份中所包括的①水可分散异氰酸酯固化剂，为经过亲水基团改性的脂肪族异氰酸酯。包括但不限于水可分散的六-亚甲基二异氰酸酯(hdi)三聚体(如bayhydurxp2655、aqolin269)，水可分散的氟尔酮二异氰酸酯(ipdi)三聚体(如bayhydur401-70)，以及其它合适的水可分散的异氰酸酯类固化剂。上述本发明专利涉及的水可分散异氰酸酯固化剂可以单独使用，也可混合使用。混合使用时，ipdi体系的水可分散固化剂占固化剂总量的比例不超过50％。上述本发明专利涉及的水可分散的异氰酸酯固化剂用量，按a组份中各树脂的活性氢当量的总和计算。固化剂组份中的异氰酸根当量总数[nco]与树脂组份活性氢当量总数[h]的比例可以为2.0:1，合适的比例为1.6:1.0，优选的比例为1.2:1。本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆b组份中所包括的②合适的稀释剂，包括但不限于丙二醇二醋酸酯(pgda)、丙二醇丁醚(pnb)、丙二醇甲醚醋酸酯(pma)、二丙二醇丙醚(dpnp)、三丙二醇丁醚(tpnb)等。作为稀释剂，它们可以单独使用，也可以按任何比例混合使用。上述本发明专利涉及的合适的稀释剂的使用量可以为b组份重量的0-50％，合适的用量为20-40％，优选的用量为20-30％。一种双组份水性汽车罩光清漆的制备方法，其特征在于按如下步骤实现：a组份配制①在容器中先加入树脂分散体，开启高速分散机，调整转速至200—300rpm；②保持搅拌，其它含有活性羟基的树脂分散体；③保持搅拌，加入成膜剂④保持搅拌，依次加入消泡剂、流平剂、润湿剂；⑤保持搅拌，加ph调节剂，调整ph值⑥保持搅拌，加入去离子水；⑦提高搅拌速度至1500—2000rpm，保持高速分散30min；分散过程中可用夹套冷却的方法控制物料温度不高于40℃，高速分散后即得双组份水性罩光清漆的a组份；b组份配制：①在容器中加入水可分散异氰酸酯固化剂；②再加入稀释剂，然后开启搅拌，保持转速150—200rpm，至搅拌均匀即可即得b组份；将组分a和组分b混合，加水调节粘度，获得双组份水性汽车罩光清漆。本发明专利还进一步涉及到的与本发明专利有关的双组份水性汽车罩光清漆在汽车涂装上的应用包括在汽车主机厂(oem)涂装线上的应用和在汽车钣喷修补的应用。本发明专利涉及到的与本发明专利有关的双组份水性汽车罩光清漆在主机厂(oem)应用的工艺流程(如图1所示)为：①前道工件(车身)的色漆涂膜的脱水率大于等于90％，工件外板温度25-30℃，工件内板温度30-37℃。②1#喷涂室：温度为25±2℃，湿度65±5％。风速0.25-0.35m/s(手工喷涂、自动喷涂)。车身外第一次喷涂厚度(干膜)10-15μm。③2#喷涂室：温度为25±2℃，湿度65±5％。风速0.25-0.35m/s(手工喷涂、自动喷涂)。车身内喷涂厚度(干膜)15-20μm。④3#喷涂室：温度为25±2℃，湿度65±5％。风速0.25-0.35m/s(手工喷涂、自动喷涂)。车身外第二次喷涂厚度(干膜)30-40μm。⑤流平室：温度为25±2℃，湿度45±5％。流平时间：6-10minn。⑥预烘干室：温度为45±5℃，喷嘴风速3-5m/s，空气湿度小于10g/kg。预烘干时间：3-5minn。⑦烘干室：温度为85±5℃，喷嘴风速7-10m/s，空气湿度小于10g/kg。烘干时间：20-25minn。⑧强冷室：风速15m/s。强冷时间2-3min。本发明专利涉及到的与本发明专利有关的双组份水性汽车罩光清漆在汽车钣喷修补应用的工艺流程(如图2所示)为：上述各工序的工艺要求为：①喷房要求：温度为25±5℃，湿度60±10％。进风量18000m3/h，空气向下流动速度0.3-0.6m/s。②烘房要求：温度为60±5℃，空气流速0.05m/s左右，新鲜空气补充量10-15％。③喷涂方式：空气喷涂，推荐喷枪satajetx5500，喷嘴口径1.3-1.5mm。喷涂空气压力2.5-3.5bar。④根据修补面积的大小，清漆喷涂分2-3道完成，每道间隔时间5-10mim。第一道喷涂控制干膜厚度在5-10μm，最终控制涂膜厚度35-40μm。⑤清漆喷涂完毕后，在喷枪房内静置、流平15-20min，待乳白色的湿膜返转至基本透明后，即送入烘房烘烤30-40min。⑥烘烤后4小时，即可打磨、抛光。本发明创新点：e1或e2及混合物占组分a的比例是关键因素，具体而言从表3和表5可以看出，f1、f2、f3、f4、f5及f8的a组份(树脂组份)的配方中e1和e2树脂分散体的含量占a组分的50-75％，因此它们的主要涂膜性能(包括光泽度、耐水性、耐老化性能)和工艺性能(固化条件和可操作时间)均能满足汽车清漆的使用要求。而f6、f7及f9作为对比样板，它们a组份中的e1或e2树脂分散体含量为零或小于30％，因此它们的耐水性、耐盐雾、耐老化性能及光泽度均不能符合要求，并且它们的固化温度还必须升高至90℃以上时才能成膜，可操作时间也大大缩短了。有益效果本发明专利涉及到的一种双组份水性汽车罩光清漆，其特征在于这种罩光清漆由至少一种聚天门冬氨酸酯分散体所组成，而这种聚天门冬氨酸酯分散体是根据发明专利cn201910161992.9制得的。这种聚天门冬氨酸酯树脂是一类带位阻基团的仲氨基封端的高活性树脂，它们与异氰酸酯固化剂反应固化后得到含有大量脲键结构的聚脲涂料。由此，本发明专利涉及的这种双组份水性汽车罩光清漆具备了两方面的突出优势，使其完全能够满足汽车罩光清漆对性能和工艺的全部要求。1、性能方面的突出优势：a、这种聚脲涂料的交联密度高并且具有弹性体的微相结构特征，由此决定了这种聚脲涂料具有的耐腐蚀、耐水解、高强度及抗冲击等性能显著优于其它非聚脲结构的水性涂料。b、这种聚脲涂料结构中同时带有大量的位阻胺单元，赋予涂膜天然的耐紫外光老化的稳定性能。因此，这种聚脲涂料的耐老化性能也显著优于其它非聚脲结构的水性涂料。c、这种聚脲涂料结构中还带有大量酯键及甲基短支链，具有较高的摩尔折射率，因此这种聚脲涂料具有非常优异的光泽度及透明度。2、工艺方面的突出优势：d、如上所述，本发明专利涉及的聚天门冬氨酸酯水分散体是一类仲氨基化合物，在常温下便能与异氰酸酯固化剂快速固化。因此，当这种体系的罩光清漆用于主机厂涂装时，只要适当提高烘烤温度至80℃，便能满足现有涂装线上需要140℃烘烤的溶剂型罩光清漆的涂装节奏。而当这种罩光清漆用于汽车钣喷修补时，只需要60℃烘烤，就能满足汽车修补的节奏需要。这是其它非聚脲结构的双组份水性涂料无法比拟的。e、众所周知，在溶剂或无溶剂体系里的双组份聚脲涂料，由于氨基树脂的高活性，它们的可操作时间相当短暂，因此施工不方便是这类聚脲涂料最大的缺点。然而，本发明专利涉及的这种双组份水性汽车罩光清漆虽然也属于聚脲涂料范畴，但由于根据发明专利cn201910161992.9制得的聚天门冬氨酸酯树脂分散体具有独特的微粒结构和稳定性，使得这种涂料的可操作时间不可思议地长达5小时。这无论是对于汽车主机厂的涂装还是对于汽车钣金修补都是非常难得的利好。本发明专利涉及的这种双组份汽车罩光清漆既能在低温下快速固化又能具有足够长久的可操作时间，也是其它非聚脲结构双组份水性涂料无法比拟的。附图说明图1为与本发明专利有关的双组份水性汽车罩光清漆在主机厂(oem)应用的工艺流程图；图2为本发明专利有关的双组份水性汽车罩光清漆在汽车钣喷修补应用的工艺流程图；图3为各样板光泽度测试照片(20°)，其中f1-f9为实施例3所述7个涂膜。具体实施方式如前所述，本发明专利涉及的双组份水性汽车罩光清漆a组份(树脂组份)中的聚天门冬氨酸酯分散体，是根据专利cn201910161992.9制得的。其中树脂e1、e2经中和及乳化后，便得到对应的聚天门冬氨酸酯水分散体e1、e2它们的主要质量指标如下：表1聚天门冬氨酸酯水分散体主要质量指标树脂分散体固含量％ph值平均粒径(nm)活性氢当量e1508.5-990-110514.6e2508.5-980-100542.2本实施例中使用的其它含活性羟基的树脂分散体质量指标如下：表2各树脂分散体主要质量指标树脂分散体生产商固含量％活性氢当量antkote2042n万华化学45899.52233仕全兴451149uratecha2507上海禹丞化工421161.5竞品1412303竞品250894.7实施例1罩光清漆a组份(树脂组份)配制①在容器中先加入50份树脂分散体e2，开启高速分散机，调整转速至200—300rpm。②保持搅拌，加入25份antkote2042n。②保持搅拌，加入5份丙二醇单甲醚(pm)。④保持搅拌，依次加入0.3份消泡剂sf561、0.4份流平剂tego425、0.6份润湿剂tego4100。⑤保持搅拌，加入5份10％浓度的二甲基乙醇胺(dmea)水溶液，调整ph值在8-9范围。⑥保持搅拌，加入13.7份去离子水。⑦提高搅拌速度至1500—2000rpm，保持高速分散30min。分散过程中可用夹套冷却的方法控制物料温度不高于40℃。高速分散后即得双组份水性罩光清漆的a组份(树脂组份)。记为a1实施例2-7根据表3给定的配方，按实施例1的配制步骤及方法操作，得到a2、a3、a4、a5、a6和a7。表3双组份罩光清漆a组份(树脂组份)的配方组成实施例2罩光清漆b组份(固化剂组份)配制①在容器中依次加入48份bayhydurxp2655(nco含量：21％)和32份bayhydur401-70(nco含量：9.4％)。②再加入20份丙二醇二醋酸酯(pgda)。然后开启搅拌，保持转速150—200rpm，至搅拌均匀即可即得b组份(固化剂组份)，记为b。其平均nco含量为13％，平均固含量为80％。实施例3涂膜制作和测试底板准备：a)170×70×0.8mm阴极电泳钢板若干块，由标格达提供。事先喷好ppg白色水性汽车修补漆(p990-8900)，并按照供应商的要求制作、烘干后待用。b)0,28mm马口铁板若干块，由标格达提供。实验室喷涂条件：①喷涂温度25±5℃，湿度55—65％。②喷枪选用satajetx5500，喷嘴口径1.3-1.5mm，空气压力2.5-3.5bar。按照表4给定的混合比分别称取a1-a7树脂组份和固化剂组份，充分混合，根据实际需要可添加10-20％的去离子水以调整粘度。静置10-15分钟后分别喷涂在指定的测试底板上，得到f1-f7共7个配方的涂膜。试板流平10-15分钟后，f1、f2、f3、f4、f5、f8试板放入60℃烘箱烘烤30分钟。由于f6、f7和t9试板无法在同等条件下固化成膜，需放入90℃烘箱烘烤30分钟。经7天熟化后测试各项性能。主要性能测试结果列于表5。表中“可操作时间”定义为a、b组份混合均匀后涂料可持续喷涂且有效成膜的时间，以小时为单位。光色度测试仪深圳三恩时科技有限公司制造。表4各清漆与固化剂的混合比f1f2f3f4f5f6f7f8f9a1100a2100a3100a4100a5100a6100a7100a8100a9100b465044.546.447.734.725.456.938.6[nco]/[h]1.21.21.21.21.21.21.21.21.2表5各涂膜主要性能测试结果从表3和表5可以看出，f1、f2、f3、f4、f5及f8的a组份(树脂组份)的配方中e1和e2树脂分散体的含量均符合本发明专利的推荐范围(占a组分的50-75％)，因此它们的主要涂膜性能(包括光泽度、耐水性、耐老化性能)和工艺性能(固化条件和可操作时间)均能满足汽车清漆的使用要求。而f6、f7及f9作为对比样板，它们a组份中的e1或e2树脂分散体含量为零或小于30％，因此它们的耐水性、耐盐雾、耐老化性能及光泽度均不能符合要求，并且它们的固化温度还必须升高至90℃以上时才能成膜，可操作时间也大大缩短了。当前第1页12