一种水性复合涂料及其复合涂膜方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涂料的技术领域。更具体地，涉及一种水性复合涂料及其复合涂膜方 法。
【背景技术】
[0002] 三涂一烘（3C1B)工艺，是指汽车涂装工艺中，在涂有电泳涂膜的车身上，中涂、面 漆、清漆三个涂层在同一个喷房内全部湿碰湿完成涂装。
[0003] 与传统的汽车涂装工艺3C2B相比，表面上3C1B只是少了一次烘烤过程（中涂烘 烤），但是，无论是在涂层膜厚的控制、涂层外观的控制、涂装工艺上都有更高的要求。与 3C2B相比，3C1B需要严格控制中涂与面漆之间交联反应时间和反应速率，使得中涂与面漆 之间的层间配合性更好；为了确保涂膜的平滑性，中涂涂膜的膜厚必须比3C2B复合涂膜的 中涂涂膜的膜厚薄，而由此可能会导致耐石击性降低、或在车辆行驶过程中飞溅的石子与 涂抹碰撞导致复合涂膜破坏，或在电泳涂膜和水性中涂涂膜的界面处发生剥离。
[0004] 目前，在3C1B材料配方中采用了丙烯酸树脂和高韧性聚酯树脂，通过调整中涂的 树脂结构及溶剂来优化固化速率，使之与面漆有良好的湿碰湿涂装性能。该技术对涂料粘 度和触变性要求大，在施工过程中，对喷漆室环境温度和湿度要求较高。
[0005] 因此，需要提供一种水性复合涂料及其复合涂膜方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的在于提供一种水性复合涂料，本发明的水性复合涂料中涂与面 漆之间的层间配合性好，所得复合涂膜平滑性、耐水性及耐石击性优异。
[0007] 本发明的另一个目的在于提供一种水性复合涂料的复合涂膜方法，采用该涂装方 法可得到一种平滑性、耐水性及耐石击性优异的复合涂膜。
[0008] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0009] 一种水性复合涂料，所述水性复合涂料包括水性中涂涂料和水性面漆涂料；所述 水性中涂涂料的原料包括至少一种水性聚氨酯；所述水性面漆涂料的原料包括至少一种水 性聚氨酯。
[0010] 优选地，所述水性中涂涂料的原料包括水性聚氨酯A和水性聚氨酯B;
[0011] 所述水性聚氨酯A的数均分子量大于7000,羟基值小于5 ;
[0012] 所述水性聚氨酯B的数均分子量为1500-5000,羟基值为80-250。
[0013] 高分子量、且低羟基的水性聚氨酯不会发生交联，可使涂膜具有柔韧性，因而可以 得到伸长率较高的涂膜；而且通过采用高分子量体，还可使涂膜具有抗拉强度；但是由于 不会发生交联，所以单独使用高分子量低羟基的水性聚氨酯，会出现交联密度较低，耐水性 能较差的结果；因此，通过并用含羟基的水性聚氨酯，来确保交联密度，以便维持耐水性能。 但是，如果交联的水性聚氨酯的分子量也较高的话，涂膜就会变得非常硬，耐石击性就会下 降；因此经过多次试验，选择了上述两种水性聚氨酯。
[0014] 优选地，所述水性面漆涂料的原料包括水性聚氨酯C和水性聚氨酯D;
[0015] 所述水性聚氨酯C的数均分子量为1500-5000,羟基值为20-80;
[0016] 所述水性聚氨酯D的数均分子量为1500-5000,羟基值为80-250。
[0017] 本发明面漆涂料中使用所述两种水性聚氨酯，可以同时确保耐石击性能和耐水性 能处于较高等级。本发明的中涂涂料与面漆涂料必须同时使用，由于本发明的涂装体系是 3C1B，即在不烘干中涂的状态下喷涂面漆，所以会发生中涂和面漆的混层；也就是说可考虑 成1个涂膜。因此，中涂和面漆必须是配套的。
[0018] 优选地，所述水性中涂涂料的原料中水性聚氨酯A的用量占水性复合涂料总重的 10-20wt%;水性聚氨酯B的用量占水性复合涂料总重的20-40wt%。
[0019] 优选地，所述水性面漆涂料的原料中水性聚氨酯C的用量占水性复合涂料总重的 5-15wt%;水性聚氨酯D的用量占水性复合涂料总重的10-30wt%。
[0020] 本发明提供一种水性聚氨酯A的制备方法：
[0021] 将具有数均分子量Mn1500-4000,酸价AV(固含量）在5以下，羟值OHV在20-80 的至少一种的聚酯多元醇，
[0022] 至少含有1个二元醇和三元醇的混合物，
[0023] 含有阴离子形成的官能团，另外需要含有至少二个能够与异氰酸酯反应的官能团 的化合物，
[0024] 非环式脂肪族二异氰酸酯，或者脂环族二异氰酸酯，
[0025] 以上物质反应后胺中和，然后在水中分散，含有至少2个能与异氰酸酯反应的官 能团并且经过扩链后即可得到数均分子量Mn7000以上，羟值OHV(固含量）在5以下的水 分散性聚酯改性聚氨酯树脂A。
[0026] 本发明提供一种水性聚氨酯B的制备方法：
[0027] 具有数均分子量Mn500-2000,酸价AV(固含量）在5以下，羟值OHV在100-300的 至少一种的聚酯多元醇，
[0028] 至少含有1个二元醇和三元醇的混合物，
[0029] 含有阴离子形成的官能团，另外需要含有至少二个能够与异氰酸酯反应的官能团 的化合物，
[0030] 非环式脂肪族二异氰酸酯，或者脂环族二异氰酸酯
[0031] 以上物质反应后胺中和，然后在水中分散后得到数均分子量Mn在1500-5000,羟 值OHV(固含量）在80-250的水分散性聚酯改性聚氨酯树脂B。
[0032] 本发明提供一种水性聚氨酯C的制备方法：
[0033] 具有数均分子量Mn500-2000,酸价AV(固含量）在5以下，羟值OHV在100-300的 至少一种的聚酯多元醇，
[0034] 至少含有1个二元醇和三元醇的混合物，
[0035] 含有阴离子形成的官能团，另外需要含有至少二个能够与异氰酸酯反应的官能团 的化合物，
[0036] 非环式脂肪族二异氰酸酯，或者脂环族二异氰酸酯，
[0037] 以上物质反应后胺中和，然后在水中分散后得到的水分散性聚酯改性聚氨酯树脂 Co
[0038] 水性聚氨酯D的制备方法与水性聚氨酯B的制备方法相同。
[0039] 除上述水性聚氨酯树脂，本发明所使用的树脂还包括聚酯树脂、丙烯树脂和聚醚 树脂。
[0040] 本发明所使用的固化剂包括氨基树脂和封闭性异氰酸酯等。
[0041] 一种水性复合涂料的复合涂膜方法，包括以下步骤：
[0042] (1)喷涂水性中涂涂料使其干燥涂膜的膜厚为10-20ym，形成未硬化的水性中涂 涂月旲；
[0043] (2)在步骤（1)未硬化的水性中涂涂膜上喷涂水性面漆涂料并使水性面漆涂料的 干燥涂膜膜厚达到5-20ym，形成未硬化的水性面漆涂膜；
[0044] (3)将步骤（1)和（2)中得到的未硬化的水性中涂涂膜和未硬化的水性面漆涂膜 进行加热、干燥后，喷涂清漆涂料使其干燥涂膜的膜厚达到30-50ym，形成未硬化的清漆涂 膜；
[0045] (4)将未硬化的水性中涂涂膜、未硬化的水性面漆涂膜和未硬化的清漆涂膜一次 性加热，使未硬化的水性中涂涂膜、未硬化的水性面漆涂膜及未硬化的清漆硬化，形成包括 水性中涂涂膜、水性面漆涂膜和清漆涂膜的复合涂膜。
[0046] 优选地，步骤（4)所述的复合涂膜中，水性中涂涂膜单膜的干燥膜厚在15ym、 20°C时伸长率为20-40%、抗拉强度为20-40N/mm2、交联密度为10-20mmol/ml;水性面漆涂 膜单膜的干燥膜厚在12ym、20°C时伸长率为10-20%、抗拉强度为20-40N/mm2、交联密度为 10-20mmo1/ml〇
[0047] 步骤（3)中的加热为预热（预干燥），加热温度为80_70°C，加热只要使水分、低沸 点溶剂挥发掉而已；不发生加热固化反应。
[0048] 本发明的有益效果如下：
[0049] 本发明通过设计4种不同的聚氨酯树脂，将其适当的混合到中涂、及面漆中，便可 获得所需要的涂膜物性（伸长率、抗拉强度、交联密度），可同时使耐石击性和耐水性处于 车父尚等级。
[0050] 人们都知道传统的聚氨酯树脂是通过其内部所兼具的氨酯键，而具有较高的弹性 和较高的硬度、进而具有优异的附着性的，以往，尤其是为了提高耐石击等级而在涂料中混 合聚氨酯树脂的例子有很多。这些树脂被用于中涂单体、或面漆单体，然后再谈及设计1个 聚氨酯树脂、或涂膜物性。本发明的3C1B涂装体系是，分别针对中涂、及面漆设计不同的聚 氨酯树脂（分子量、及羟值）。由此得到最佳物性的复合涂膜，得到比以往等级更高的涂膜 性能。
【具体实施方式】
[0051] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领 域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本 发明的保护范围。
[0052] 本发明给出部分原料的至少一种制备方法，采用其它方法制备的相同或相近的原 料也在本发明保护范围内。
[0053] 制造例1、聚酯多元醇1-1 (PE1-1)的制备
[0054] 配备有反应出水口的回流冷却装置，温度计，搅拌装置和氮气导入管的反应容器 里，新戊二醇（7.5份），1，6-己二醇（38.5份），1，6-己二酸（54份）投入，升温到120°C原 料溶解后，持续搅拌升温至160°C。160°C保持1小时后，持续5小时升温到230°C。230°C 保温中定时测试酸价，直至树脂酸价到lmgKOH/g。然后冷却至80°C以下，得到酸价lmgKOH/ g，羟值36mgK0H/g，数均分子量3000的聚酯多元醇1-1 (PE1-1)。
[0055] 制造例2、聚酯多元醇1-2 (PE1-2)的制备
[0056] 新戊二醇（13份），1，6-己二醇（33. 5份），1