一种综合性能优异的汽车用水性单组分白漆及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有优异的综合性能的汽车用水性单组份白漆及其制备方法。本发明设计的水性单组份白漆由树脂、胺中和剂、白浆和助剂组成，其中白浆是由去离子水、助溶剂、助剂和钛白粉组成。按白浆配方投完料后，高速分散10?15min，然后进入砂磨机研磨至细度＜5μm，即得白浆，然后按白漆配方顺序投料，搅拌均匀即得水性白漆。本发明提供的水性单组份白漆有几个优点：①优良的储存稳定性；②优良的冻融稳定性；③优良的遮盖力；④优良的耐水性、耐化性和耐候性；⑤优良的施工性和抗流挂性；⑥优良的干燥速度。
【专利说明】
一种综合性能优异的汽车用水性单组分白漆及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车涂料技术领域，具体涉及一种综合性能优异的水性单组份白漆及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前我国的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，各国政府都出台了大量相关的法规以限制VOCs的排放量。为了顺应时代的发展， 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] 据统计，市面上最流行的车身颜色是白色，市面上白色车的保有量也是最高的，所 以白漆可以说是世界范围内用量最大的汽车漆颜色。一个综合性能优异的水性单组份白漆 必须具备以下几个性能：
[0004] ①优良的储存稳定性。
[0005] ②优良的附着力；
[0006] ③优良的遮盖力；
[0007] ④优良的耐候性；
[0008] ⑤优良的低粘防沉性；
[0009] ⑥优良的施工性和防流挂性；
[0010] ⑦优良的干燥速度。
[0011] 目前市面上有很多厂家在售卖水性单组份白漆，性能参次不齐，但基本上没有一 个品牌能够同时满足以上所有要求。所以，开发一种综合性能良好的水性单组份白漆填补 此项技术空白是必然的趋势。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是提供一种综合性能优异的水性单组份白漆及其制备方法，这类白 漆不仅VOC含量低，属于环境友好型产品，而且具有优良的储存稳定性、附着力、遮盖力、耐 候性、低粘防沉性、施工性、防流挂性和优良的干燥速度。
[0013] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0014] -种具有优异的综合性能的水性单组份白漆，由以下按重量比的原料组成： 水性聚氨酯树脂 25-34% 胺中和剂 0. 1-1% 白浆 65-74%
[0015] 消泡剂 0. 1-0. 5% 流平剂 0,1-1% 増稠剂 0· 1-2%。
[0016] 其中，所述的白浆由以下按重量比计的原料组成： 去罔子水 14-18% 助溶剂 1-10% 分散剂 2-6%
[0017] 润湿剂 0.卜1% 消泡剂 0. 1-2% 防沉剂 0.6-0,9% 钛白粉 .65-74:% ,
[0018] 优选的，所述的白浆中所用助溶剂是亲水性的和亲油性的醇醚类助溶剂按1:1-5 的比例复配，其中亲水性的助溶剂是聚乙二醇(数均分子量为400)或聚丙二醇(数均分子量 为400)，亲油性的助溶剂的沸点低于160°C，同时蒸发潜热低于530KJ/Kg，如正戊醇或正己 醇。
[0019] 优选的，所述的分散剂为阴离子型的高分子量的分散剂和阴离子型的低分子量的 分散剂复配，其中高分子量的分散剂的数均分子量>20000,低分子量的分散剂的数均分子 量是3000-10000。所述的阴尚子型的尚分子量的分散剂与阴尚子型的低分子量的分散剂的 重量比为1.5-2:3-3.5。
[0020] 进一步优选的，所述的阴离子型的高分子量的分散剂为BYK-190和BYK-194N中至 少一种。
[0021] 进一步优选的，所述的阴离子型的低分子量的分散剂有ELEMENTIS FX600、Rohm& Haas OROTAN快易和BYK151等中至少一种。
[0022] 优选的，白浆中所用的消泡剂为有机硅类消泡剂，如BYK-O22、TEG0-810、TEGO-90 lw、SURFYNOL 104BC等中至少一种。白漆中所用的消泡剂为非硅类消泡剂，如TEG0-830、 TEG0-831 和 TEG0-832 中至少一种。
[0023] 优选的，所述的白浆中的湿润剂为不稳泡的湿润剂，如TEG0-500、BYK-800等中至 少一种;所述的白浆中的防沉剂为有机蒙脱土类防沉剂，如ELEMENTIS ΒΕΝΤ0ΝΕ LT、DE、BYK LAPONITE RD等中至少一种;所述的钛白粉为金红石型钛白粉，如杜邦钛白粉R-706。
[0024]优选的，所述的白漆中的流平剂是具有基材润湿和流平的双重功能的流平剂，如 TEG0240、TEG0425、TEG0450等中至少一种；所述的增稠剂是缔合型聚氨酯类增稠剂，如 ELEMENTIS RHEOLATE 299、FX1070和FX1010，Viscoplus 3030、Rohm&Haas RM-8W中至少一 种。所述的胺中和剂是沸点高于130°C的胺中和剂，进一步优选的是二甲基乙醇胺和2-氨 基-2-甲基-1-丙醇中至少一种。
[0025] -种制备上述水性单组份白漆的方法，包括以下步骤：
[0026] (1)将去离子水、助溶剂、分散剂、润湿剂和消泡剂混合均匀后，加入防沉剂和钛白 粉，在8-9m/s的线速度下分散10-15min，最后进入砂磨机研磨至细度<5μπι，即得水性白浆；
[0027] (2)将水性聚氨酯树脂、胺中和剂混合均匀后，缓慢加入经过步骤（1)制备得到的 水性白浆，分散均匀后，再加入消泡剂、流平剂和增稠剂，搅拌分散，过滤出料即得水性白 漆。
[0028]上述水性单组份白漆的施工方法：用去离子水调节白漆粘度至30-35s(涂-4杯，23 °C )，喷涂于打磨好的马口铁板上，60°C下干燥5min，待漆膜干燥后，在其表面喷涂罩光清 漆，60°C下固化Ih，即得性能优异的白漆膜。
[0029] 本发明的有益效果
[0030] 本发明技术方案中制备水性单组份白漆的方法与现有技术相比，具有下述优点：
[0031] ①白浆中有亲水的和疏水的助溶剂，保证白浆和白漆有更好的储存稳定性，以及 在施工时漆膜有更快的干燥速度和更好的外观效果；
[0032] ②白浆中有65 % -74%的钛白粉，而白漆中有65 %-74 %的白浆，即白漆中大概有 50 %的钛白粉，因此白漆有优良的遮盖力；
[0033]③白衆中有尚分子量的和低分子量的阴尚子型分散剂，还有不稳泡的润湿剂，保 证了前搅拌（即预分散)阶段，钛白粉能够被快速润湿，而研磨好的白浆和配好的白漆也有 优良的储存稳定性和冻融稳定性；
[0034]④白浆中加入了有机蒙脱土类防沉剂，保证比重如此大的白浆和白漆在储存过程 中不沉降不分水；同时加入阴离子型高分子量分散剂可以帮助防沉剂在体系中稳定，而不 会在静置过程中团聚而失去防沉作用，并且防沉剂与增稠剂协同作用，为白漆提供了优良 的触变性，确保白漆具有优良的施工性和防流挂性；
[0035]⑤白漆中加入的流平剂既能帮助基材润湿，也能帮助漆膜流平，可以保证最终漆 膜平整光滑无缩孔。
【附图说明】
[0036]图1是有机蒙脱土类防沉剂的电荷稳定示意图。
【具体实施方式】
[0037] 以下结合实施例对本发明做进一步描述，但并不局限于此。
[0038] 实施例1
[0039] 1.水性白浆的制备
[0040]水性白浆的配方如表1所示，其制备工艺过程如下:①把去离子水、不同种类的助 溶剂加入搅拌釜中，然后边搅拌边加入BYK-190、FX600、TEG0-500、TEG0-901W，待分散均匀 后，继续加入RD和R-706,在8-9m/s的线速度下搅拌10-15min;②把搅拌均匀的白浆注入砂 磨机，研磨45min_lh，待其细度< 5μηι，即得到白衆。
[0041 ] 2.水性单组份白漆的制备
[0042] 把树脂2606加入搅拌釜中，边搅拌边加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇，中和5min后，缓 慢加入研磨好的白浆、TEG0-830、TEG0-240、FX1070，加完所有物料后搅拌30min，过滤出料， 即得水性单组份白漆。
[0043] 3.水性单组份白漆膜的制备
[0044] 用去离子水调节白漆粘度至30-35S(涂-4杯，23°C)，喷涂于打磨好的马口铁板上， 60°C下干燥5min，待漆膜干燥后，在其表面喷涂罩光清漆，60°C下固化Ih，即得性能优异的 白漆膜。
[0045] 由配方1、配方2、配方3和配方4制备的水性单组份白漆的性能如表2所示。由表可 知，配方1、配方2、配方3和配方4制备的白漆均具有优良的储存稳定性、遮盖力、附着力、柔 韧性、耐化性和耐候性，但是配方1和配方4的干燥速度明显比配方2和配方3慢。这是因为， 水的沸点是100°C，蒸发潜热是588KJ/Kg，正丁醇的沸点是117.7°C，蒸发潜热是591.5KJ/ Kg，正庚醇的沸点是176.3 °C，蒸发潜热是1837.2KJ/Kg，正戊醇的沸点是138 °C，蒸发潜热是 504.8KJ/Kg，正己醇的沸点是157.1°C，蒸发潜热是448.7KJ/Kg，虽然正戊醇和正己醇的沸 点比水高，但是其蒸发潜热比水低很多，而正丁醇和正庚醇的沸点和蒸发潜热都比水高，所 以，正戊醇和正己醇在相同环境温度下，会比水更快挥发，从而把水更快的排出漆膜，同时 聚乙二醇或聚丙二醇的存在一方面可以保证体系的稳定性，另一方面可以大大延长漆膜的 开放时间，使漆膜中的水份挥发的更彻底。因此，优选的水性单组份白漆的助溶剂是(聚乙 二醇+正己醇)或(聚丙二醇+正戊醇）。
[0046] 表1实施例1改变助溶剂类型制备水性单组份白漆的基本配方
[0049 ]表2实施例1助溶剂类型与水性单组份白漆性能的关系
[0052]①通过吹风使漆膜完全干燥的时间作为干燥时间，环境温度是25°C，湿度是75% ; [0053]②贴黑白格测试遮盖力，下同。
[0054] 实施例2
[0055] 表3是实施例2在保证其他物料不变的情况下，改变分散剂类型制备水性白漆的投 料配方，其配方编号依次为5、6、7和8。按实施例1制备水性单组份白漆的工艺过程制备表3 所示编号为5~8的4种白漆，按实施例1制备白漆膜的工艺过程制备漆膜。
[0056] 由配方5、配方6、配方7和配方8制备的水性单组份白漆的性能如表4所示。由表可 知，当配方中使用（BYK-190+FX600)或（BYK-194N+0R0TAN快易+BYK-151)的分散剂组合时， 水性单组份白漆具有优异的储存稳定性、冻融稳定性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性、耐 化性和耐候性;当选用(FX365+FX600)的分散剂组合时，水性单组份白漆的储存稳定性不合 格，当选用(BYK-192+FX600)的分散剂组合时，水性单组份白漆的储存稳定性和冻融稳定性 不合格，主要表现在储存后出现粒径返粗、沉降分水，以及粘度有所升高。这是因为低分子 量的阴离子型分散剂可以分散钛白粉，同时赋予白浆良好的流动性，高分子量的阴离子型 分散剂可以稳定钛白粉和防沉剂，确保防沉剂不会在储存过程中出现凝聚。BYK-190、BYK- 194N与FX365都属于阴离子型分散剂，但是FX365的数均分子量远小于BYK-190和BYK-194N， 而BYK-192属于非离子型分散剂，其分子量比BYK-190和BYK-194N要小，导致其不能稳定防 沉剂，同时BYK-192在温度低于20°C时就会出现浑浊凝结现象，所以由BYK-190或BYK-194N 制备的水性单组份白漆综合性能最好。因此，优选的分散剂组合是（BYK-190+FX600)或 (8￥1(-194肝01?0了厶沖决易+8￥1(-151)。
[0057]表3实施例2改变分散剂类型制备水性单组份白漆的基本配方
[0060]表4实施例2分散剂类型与水性单组份白漆性能的关系
[0063] 实施例3
[0064] 表5是实施例3在保证其他物料不变的情况下，改变分散剂比例制备水性白漆的投 料配方，其配方编号依次为9、10、11和12。按实施例1制备水性单组份白漆的工艺过程制备 表5所示编号为9~12的4种白漆，按实施例1制备白漆膜的工艺过程制备漆膜。
[0065] 由配方9、配方10、配方11和配方12制备的水性单组份白漆的性能如表6所示。由表 可知，当分散剂BYK-190与FX600的配比为0 · 5:4 · 5时，水性白漆具有优异的遮盖力、附着力、 柔韧性、耐化性和耐候性能，但其储存稳定性、冻融稳定性和耐水性不合格；当分散剂BYK-190与FX600的配比为1.5:3.5时，水性白漆具有优异的各项性能；当分散剂BYK-190与FX600 的配比为2:3时，水性白漆也具有优异的各项性能，但是白浆的粘度稍微偏高，影响研磨效 率；当分散剂BYK-190与FX600的配比为4.5:0.5时，白浆流动性太差，无法进行研磨。这是因 为，BYK190作为高分子量的阴离子型分散剂，其具有两个优点：①空间位阻大，对钛白粉和 防沉剂有较强的稳定作用;②耐水性好。FX600作为低分子量的阴离子型分散剂也具有两个 优点:①比较亲水，能快速在水相中移动，能快速分散钛白粉;②分子链较短，可以为白浆提 供良好的流动性。当FX600的用量为4.5%，BYK-190的用量为0.5%时，水性白漆的储存稳定 性、冻融稳定性和耐水性肯定不行；当BYK-190用量为2%，而FX600的用量为3%时，BYK-190 的分子链会产生局部缠绕，导致白浆的粘度稍高；当BYK-190用量为4.5%，而FX600的用量 为0.5%时，BYK-190的分子链会产生严重缠绕，导致白浆流动性太差，不能满足砂磨机的进 料粘度。因此，优选的BYKl 90与FX600的比例为1.5:3.5。
[0066] 表5实施例3改变分散剂比例制备水性单组份白漆的基本配方
[0072] 实施例4
[0073] 表7是实施例4在保证其他物料不变的情况下，改变防沉剂类型制备水性白漆的投 料配方，其配方编号依次为13、14、15和16。按实施例1制备水性单组份白漆的工艺过程制备 表7所示编号为13~16的4种白漆，按实施例1制备白漆膜的工艺过程制备漆膜。
[0074] 由配方13、配方14、配方15和配方16制备的水性单组份白漆的性能如表8所示。由 表可知，当选用RD或DE作为防沉剂时，水性单组份白漆具有优异的储存稳定性、冻融稳定 性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性、耐化性和耐候性，但是因为DE带有粉红色，影响白漆的 白度，所以不适用于制备白漆；当选用A200或FX1070作为防沉剂时，水性单组份白漆具有优 异的遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性、耐化性和耐候性，但是其储存稳定性、冻融稳定性不 合格和施工性较差，主要表现在储存后出现沉降分水，施工性差主要体现在喷涂时出油不 顺畅，易流挂。这是因为RD和DE作为有机蒙脱土类防沉剂，其参与共研磨时，可以均匀分散 在颜料和体质颜料中，然后其在水中电离，从而在表面出现电荷层，通过电荷层的静电斥力 和大分子分散剂的空间位阻使得钛白粉稳定在体系中，其示意图如附图1所示。同时，若这 种稳定结构被外力破坏之后，其可以通过电荷作用快速恢复，这就为体系提供了高触变性 和良好的施工性;A200属于二氧化硅类防沉剂，其防沉机理是靠粒子间的氢键作用，众所周 知，电荷的作用力会远大于氢键的作用力，所以A200的防沉性不如RD和DE，由其制备的中涂 漆的触变性和防流挂性也较弱;FX1070属于缔合型聚氨酯类型的增稠剂，其没有电荷作用， 也没有氢键作用，所以其防沉性不如RD、DE和A200，由其制备的中涂漆的触变性和防流挂性 最弱。因此，优选的防沉剂是RD。
[0075] 表7实施例4改变防沉剂类型制备水性单组份白漆的基本配方
[0081 ] 实施例5
[0082]表9是实施例5在保证其他物料不变的情况下，改变防沉剂用量制备水性白漆的投 料配方，其配方编号依次为17、18、19和20。按实施例1制备水性单组份白漆的工艺过程制备 表9所示编号为17~20的4种白漆，按实施例1制备白漆膜的工艺过程制备漆膜。
[0083]由配方17、配方18、配方19和配方20制备的水性单组份白漆的性能如表10所示。由 表可知，当RD用量为0.5 %时，水性白漆具有优异的遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性、耐化性 和耐候性，但其储存稳定性和冻融稳定性不合格，主要表现在储存后出现沉降分水；当RD用 量为0.7 %时，水性白漆具有优异的各项性能；当RD用量为1.0 %时，水性白漆具有优异的储 存稳定性、冻融稳定性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐化性和耐候性，但其耐水性不合格，且白 浆的粘度过大，影响了生产效率；当RD用量为1.3%时，白浆的粘度非常大，已经超出砂磨机 的研磨粘度。因此，优选的防沉剂RD用量为0.7%。
[0084]表9实施例5改变防沉剂用量制备水性单组份白漆的基本配方
[0090] 实施例6
[0091] 表11是实施例6在保证其他物料不变的情况下，改变增稠剂类型制备水性白漆的 投料配方，其配方编号依次为21、22、23和24。按实施例1制备水性单组份白漆的工艺过程制 备表11所示编号为21~24的4种白漆，按实施例1制备白漆膜的工艺过程制备漆膜。
[0092]由配方21、配方22、配方23和配方24制备的水性单组份白漆的性能如表12所示。由 表可知，采用FX1070和RM-8W制备的白漆具有优异的各项性能；而用HV30和RHE0LATE 420制 备的白漆具有优异的储存稳定性、冻融稳定性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐化性和耐候性， 但其耐水性不合格。这是因为，FX1070和RM-8W是缔合型聚氨酯增稠剂，HV30和RHE0LATE420 是属于乳液型的碱增稠助剂，缔合型聚氨酯增稠剂的耐水性要比乳液型的碱增稠助剂要 好。因此，优选的增稠剂是FXl 070或RM-8W。
[0093] 衷11卖施例6E々夺增稠剂#型制备7tC件单钼份A漆的某太配方
【主权项】
1. 一种水性单组份白漆，其特征在于，由以下按重量比计的原料组成： 水性聚氨酯树脂 25-34% 胺中和剂 0. 1-1% 白浆 65-74% 消泡剂 Q. 1-Q. 5% 流平剂 0.1-1% 增稠剂 Q. 1_2%〇2. 根据权利要求1所述的水性单组份白漆，其特征在于，所述的白浆由以下按重量比计 的原料组成： 去离子水 14-18% 助溶剂 1-1概 分散剂 2-6% 润湿剂 0. 1-1% 。 消泡剂 0,1-1% 防沉剂 0. 6-0. 9% 钛白粉 65-74%3. 根据权利要求2所述的水性单组份白漆，其特征在于，所述的助溶剂为亲水性的和亲 油性的醇醚类助溶剂按1:1-5的比例复配，其中亲水性的助溶剂是聚乙二醇或聚丙二醇，亲 油性的助溶剂的沸点低于160°C，同时蒸发潜热低于530KJ/Kg。4. 根据权利要求2所述的水性单组份白漆，其特征在于，所述的分散剂为阴离子型的高 分子量的分散剂和阴尚子型的低分子量的分散剂复配，其中所述阴尚子型的尚分子量的分 散剂的数均分子量> 20000，所述阴尚子型的低分子量的分散剂的数均分子量是3000-10000。5. 根据权利要求4所述的水性单组份白漆，其特征在于，所述的阴离子型的高分子量的 分散剂与阴呙子型的低分子量的分散剂的重量比为1.5-2:3-3.5。6. 根据权利要求2所述的水性单组份白漆，其特征在于，所述的白浆用消泡剂为有机硅 类消泡剂。7. 根据权利要求2所述的水性单组份白漆，其特征在于，所述的湿润剂为不稳泡的湿润 剂;所述的防沉剂为有机蒙脱土类防沉剂;所述的钛白粉为金红石型钛白粉。8. 根据权利要求1所述的水性单组份白漆，其特征在于，所述的消泡剂属于非硅类消泡 剂;所述的胺中和剂是沸点高于130°C的胺中和剂;所述的流平剂是具有基材润湿和流平 的双重功能的流平剂;所述的增稠剂是缔合型聚氨酯类增稠剂。9. 一种制备上述权利要求中任一项所述的水性单组份白漆的方法，其特征在于，包括 以下步骤： (1)将去离子水、助溶剂、分散剂、润湿剂和消泡剂混合均匀后，加入防沉剂和钛白粉， 在8-9m/s的线速度下分散10-15min，最后进入砂磨机研磨至细度<5μπι，即得水性白浆； (2)将水性聚氨酯树脂、胺中和剂混合均匀后，缓慢加入经过步骤（1)制备得到的水性 白浆，分散均匀后，再加入消泡剂、流平剂和增稠剂，搅拌分散，过滤出料即得水性白漆。
【文档编号】C09D7/12GK105860806SQ201610293091
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】张育波, 李耀明, 黄劼, 阮伟明, 伍祺卓, 冯兆华, 王炼石
【申请人】雅图高新材料有限公司