汽车用单组份水性素色漆及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽车用单组份水性素色漆及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 目前我国汽车涂料仍以溶剂型为主，大量挥发性有机化合物（VOCs)在涂装过程 中对生态环境造成了严重的污染，同时也对人类健康带来了极大的危害。随着人们环保意 识的提高，各国政府都出台了相关的法规以限制VOCs的排放量。为了适应时代的发展，汽 车涂料正向环境友好型方向转变，其中环境友好型涂料包括了水性涂料、粉末涂料、UV固化 涂料和高固体份涂料，而水性涂料是其中发展最快的一类。
[0003] 汽车涂料主要分为底漆、中涂、底色漆和罩光漆，底色漆又可分为素色漆和金属闪 光漆，底色漆是所有涂层中VOCs排放量最大的，其有机溶剂含量高达85 %，施工固体份只 有15 %左右，占汽车车身涂装所用各道涂层的VOCs总排放量的50 %左右。因此，国内外都 在研宄开发水性的汽车底色漆，以快速降低汽车涂料的VOCs排放量。
[0004] 聚氨酯水分散体（PUD)以其对生态环境的友好、在运输和使用上的安全性等优 势，越来越受到人们的关注，并逐渐被市场所接受。在聚氨酯水分散体中，以阴离子型的应 用较为广泛，它是在聚氨酯（PU)链上引入阴离子基团，使其具有足够的亲水性而分散在水 中形成稳定的乳液。因此也被用来制备汽车用水性素色漆。
[0005] 汽车用水性素色漆具有以下几个特点：①颜色众多：大概包含65种颜色，可大致 分黑色、白色、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和紫色，其中每种颜色下又可再进行细分，如红 色可分为带鲜红、亮红、暗红、紫相红等；②汽车用单组份水性素色漆要求具有良好的施工 性、良好的物理机械性能以及良好的户外耐水性、耐化性和耐候性；③汽车用水性素色漆要 求符合环保法规，其V0C排放必须< 420g/L。
[0006] 目前国内外关于汽车用水性素色漆的报道已有很多，但大多存在三个问题：①使 用丙烯酸乳液作为主体树脂的水性素色漆，储存稳定性差，丙烯酸乳液对色浆的展色力差， 而且丙烯酸乳液的蓝光常影响素色漆的色相。②使用聚氨酯水分散体作为主体树脂的水性 素色漆，所用的聚氨酯水分散体与各类树脂、色浆和助剂的相容性并不理想，所以制备出的 素色漆稳定性较差；③用一般的聚氨酯水分散体制备的素色漆的物理机械性能、耐水性、耐 化性以及耐候性方面都存在一定缺陷。
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明的提供一种汽车用单组份水性素色漆及其制备工艺。
[0008] 本发明的汽车用单组份水性素色漆，由以下重量百分比的组分组成：
[0009] 阴离子型聚氨酯水分散体 50-70%
[0010] 色浆 20-45% 基材润湿剂 0.1-10% 消泡剂 0.2-1% 增稠剂 0.2-1%。
[0011] 其中阴离子型聚氨酯水分散体可加快素色漆的干燥速度，同时为素色漆膜提供优 异物理机械性能、耐水性、耐化性和耐候性；色浆可以为素色漆提供各类颜色，可以是常用 的各种颜色的色浆；基材润湿剂可帮助素色漆在各类基材上更好的润湿流平；消泡剂可帮 助素色漆快速消去搅拌过程中产生的气泡；增稠剂可以增大素色漆的粘度，保证其储存稳 定性。
[0012] 优选地，所述阴离子型聚氨酯水分散体按照重量百分比，是由5?30%预聚物单 体、0?30%聚碳酸醋二醇、20?45%聚醋二元醇、1?5%扩链单体、0. 1?3%的交联单 体、10?40%的二异氰酸酯单体合成的；其中所述的预聚物单体是由酯类单体和羧酸单体 合成，且带有伯羟基、肿羟基和大位阻侧基。带有大位阻侧基的预聚物单体可以降低聚氨酯 的粘度，有利于聚氨酯的乳化，使得所生产的聚氨酯涂料产品具有优异的耐水性和耐化性。
[0013] 进一步优选地，所述酯类单体是叔碳酸缩水甘油酯，所述羧酸单体是二羟甲基丙 酸（DMPA)和/或二羟甲基丁酸（DMBA)。其中二羟甲基叔碳酸酯可以为阴离子型聚氨酯水 分散体提供大位阻侧基，可在合成时大幅度降低聚氨酯粘度；同时提高得到的阴离子型聚 氨酯水分散体的耐水性和耐化性。进一步优选地，合成得到的预聚物单体的酸值< 7mgK0H/ g°
[0014] 聚碳酸酯二醇和聚酯二元醇为软组分，其中聚碳酸酯二醇为提高阴离子型聚氨酯 水分散体的物理机械性能、耐水性、耐化性和耐候性；聚酯二元醇为提高阴离子型聚氨酯水 分散体的柔韧性，与其他类型树脂、各类色浆、助剂的相容性；及提供水溶性；具体如磺酸 盐聚酯二醇等具有亲水基团的聚酯二元醇。
[0015] 优选地，所述二异氰酸酯单体为分子链末端具有两个异氰酸根、链中不带有苯环 的、脂肪族或脂环族二异氰酸酯单体。优选地为异佛尔酮二异氰酸酯（iroi)、二环己基甲烷 二异氰酸酯（HMDI)、环己烷二亚甲基二异氰酸酯（HXDI)和甲苯二异氰酸酯（TDI)。
[0016] 扩链单体、交联单体、催化剂和助溶剂可选用本领域技术人员熟知的常用物质，如 扩链单体可选用乙二醇、乙二胺、1，4-丁二醇等。交联单体可以为三羟甲基丙烷（TMP)、丙 三醇、季戊四醇和双季戊四醇等常用的合成阴离子聚氨酯水分散体的交联单体。催化剂可 以从叔胺催化剂、哌嗪衍生物催化剂、吗啉类催化剂、咪唑衍生物类催化剂或有机金属催化 剂中选择任意一种。助溶剂可以是常用的N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮等。
[0017] 优选地，所述基材润湿剂为氟碳改性丙烯酸酯或聚硅氧烷类润湿剂，如常见的商 品牌号为TEG0-500、AFC0NA-3570 或AFC0NA-3585 等的产品。
[0018] 优选地，所述消泡剂可以为天然油脂、聚醚类消泡剂、高碳醇消泡剂、硅类消泡剂、 聚醚改性硅类消泡剂或自乳化消泡剂。如TEG0-810、TEG0-822、TEG0-830等。
[0019] 所述增稠剂为聚醚聚氨酯类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂或缔合型聚氨酯增稠 剂，如常见的海明斯-299、海明斯-1070等系列增稠剂。
[0020] 本发明还提供了上述含有阴离子型聚氨酯水分散体的汽车用单组份水性素色漆 的制备工艺，具体包括步骤：首先将阴离子型聚氨酯水分散体加入反应釜，在500?700r/ min搅拌条件下加入色浆，分散3?lOmin;然后依次加入基材润湿剂、消泡剂和增稠剂， 每种助剂加入后都需要搅拌3?lOmin，方可加入下一个助剂；所有助剂加完后搅拌5? 15min，最后静置消泡、过滤出料。
[0021] 本发明的有益效果是：本发明的阴离子型聚氨酯水分散体搭配相应的助剂制备的 汽车用