本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种水性自行车涂料，尤其涉及一种高性能环保型水性自行车涂料及其制备方法。
背景技术：
涂料是一种重要的化工材料，广泛用于建筑、汽车、机械、家用电器、轻工仪表、耐用消费品、航天航空、船舶等领域，是国民经济中必不可少的材料。目前国内自行车行业绝大多数使用的仍是油性漆，包括全球最大的自行车企业天津富士达自行车有限公司、全球知名的捷安特自行车有限公司等都在使用油性涂料。油性涂料有几下几个不足：
1)油性涂料中含有苯类、醚类、酮类等有机溶剂，大多数对人体有害；
2)油性漆火灾安全隐患大，易造成人员伤亡及财产损失；
3)油性漆使用过程中排放大量VOC，对大气环境的污染严重。据中国自行车协会发布数据，2015年，国内自行车产量约8000万辆。每辆自行车生产过程消耗油漆及稀释剂约450g，其中VOCs占67％，自行车行业总计造成VOCs排放约24120吨，对环境影响较大。
2016年1月1日起新实施的《大气污染防治法》进一步加强了对VOC排放的管理，迫使企业加快转型升级，淘汰落后的油性工艺，改用环保水性自行车工业涂料。
普通的水性工业漆中丙烯酸树脂中存在的亲水基团如羟基、羧基等，使得涂膜的耐水性、耐污染性和耐溶剂性较差，硬度和机械性能较溶剂类产品差，另外还存在漆膜干燥时间长，漆膜存在热粘冷脆现象，抗回粘性差的问题。由于水性自行车涂料体系的主要溶剂是水，表面张力大，对底材润湿性差，在静电施工线上经常遇到底材不上漆的情况。
技术实现要素：
本发明提供了一种高性能环保型水性自行车涂料，该自行车涂料附着力强、对底材润湿性好，同时具有优良的耐候性、耐寒性、耐污性及耐化学品性能。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种高性能环保型水性自行车涂料，由以下重量份数组分组成：混醚化三聚氰氨甲醛树脂5-13份、水性环氧改性丙烯酸树脂10-15份、水性有机氟改性丙烯酸树脂5-10份、水性丙烯酸树脂30-50份、半成品色浆0-30份、去离子水10-15份、乙二醇单丁醚0-5份、二甲基乙醇胺3份、丙二醇甲醚5-10份、抗流挂助剂0.5份、流平助剂1份、消泡剂0.1份、二壬基萘二磺酸0-0.1份和润湿剂0.2份；
所述半成品色浆的制备方法为在反应容器中加入以下重量份数原料5份分散剂、2份润湿剂、20-50份水和0.3-0.5份水性二甲基乙醇胺，搅拌均匀后，再加入40-70份颜料、0.2份有机膨润土和0.3份消泡剂，高速分散后研磨至细度15μm以下，即得半成品色浆。配方中加入二甲基乙醇胺，可将体系的pH值控制在8～9之间，而分散剂在弱碱性条件下对颜料粒子有更好的润湿及分散效果，可以改善颜料粒子表面性质，调整颜料粒子的运动性，在碱性条件下，色浆展色性、贮存稳定性及与树脂的相溶性更好。
由于水性自行车涂料体系的主要溶剂是水，表面张力大，对底材润湿性差，在静电施工线上经常遇到底材不上漆的情况，故需降低水性自行车涂料的表面张力，措施如下：
(1)采用混醚化的氨基树脂替代甲醚化氨基树脂，从而降低涂料的表面张力，增加其附着力。尽管甲醚化氨基树脂与水的相溶性好，但甲醚化氨基树脂表面张力大，对底材润湿性差，在静电施工过程中易出现喷不上漆的情况，而混醚化氨基树脂(合成时甲醇:丁醇＝75：25)具有表面张力低，流平性能好，涂层间附着力强以及对底材润湿性能好等优点，并且能明显改善涂料的光泽、柔韧性和化学性。
(2)因为醇醚溶剂有表面活性物质的结构，而以乙二醇单丁醚最为突出，此外丙二醇甲醚表面张力也低，但更安全环保，故在配方中加入乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚以降低水性自行车涂料的表面张力，增强润湿性。
(3)配方中设计润湿剂以辅助增强润湿性，但其用量不超过0.2％，用量过大，会引起起泡并降低漆膜的耐水性能。
普通的水性丙烯酸树脂中存在的亲水基团如羟基、羧基等，使得涂膜的耐水性、耐污染性和耐溶剂性较差，硬度和机械性能较溶剂类产品差，改进措施如下：
(1)对水性丙烯酸酯进行有机氟改性，有机氟具有低的表面张力，因此具有良好的耐水性、耐油污性能。氟元素电负性大，而原子半径小，仅为0.064nm，具有最低的极化率，而且氟原子取代C-H键上的H，形成C-F键，键极短且键能大高达460kJ/mol，通过有机氟改性，既可保留丙烯酸树脂本身具有的耐候性、玻璃化温度可调、漆膜丰满、保光保色性能，又具有有机氟涂料低表面能，优良的耐候性、耐寒性、耐污性及耐化学品性能。配方中设计用量5～10％，用量过大将导致成本过高，不利市场推广。
(2)通过分子接枝共聚改性法，对水性丙烯酸树脂进行环氧改性，改性后的树脂既具有环氧树脂优异的防腐性、耐化学品性、附着力等，又具有丙烯酸树脂本身具有的耐候性、玻璃化温度可调、漆膜丰满、保光保色性能。
水性涂料体系呈酸性，易发生交联反应，此外，在酸性条件下，色浆易发生沉降(尤其是酸性颜料)，不利长期贮存，改进措施为：
配方中加入二甲基乙醇胺，将水性涂料的pH值控制在8～9之间，可有效抑制交联反应，同时碱性条件下，水性涂料粘度会升高，色浆不易沉降，从而可以提高水性涂料的贮存稳定性。另外高温条件下，二甲基乙醇胺会逐渐挥发，不会对工件上漆膜的干燥造成影响。
作为优选，所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、硫酸月桂脂或油酸丁基酯硫酸化物。
作为优选，所述润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂脂或油酸丁基酯硫酸化物。
作为优选，所述抗流挂助剂为丙烯酸酯共聚物。
作为优选，所述流平助剂为改性聚丙烯酸酯化合物。
作为优选，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚二甲基硅氧烷。
作为优选，所述分散剂为聚(丙烯酸丁酯-co苯乙烯-b-丙烯酸)嵌段聚合物。
本发明同时提供了一种制备高性能环保型水性自行车涂料，包括如下步骤：
(1)在反应容器中加入以下重量份数原料5份分散剂、2份润湿剂、20-50份水和0.3-0.5份水性二甲基乙醇胺，搅拌均匀后，再加入40-70份颜料、0.2份有机膨润土和0.3份消泡剂，高速分散后研磨至细度15μm以下，即可制得半成品色浆；
(2)先将5-13份混醚化三聚氰氨甲醛树脂、10-15份水性环氧改性丙烯酸树脂、5-10份水性有机氟改性丙烯酸树脂和30-50份水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再边搅拌便加入10-15份去离子水、0-5份乙二醇单丁醚、3份二甲基乙醇胺、5-10份丙二醇甲醚、0.5份抗流挂助剂、1份流平助剂、0.1份消泡剂、0-0.1份二壬基萘二磺酸和0.2份润湿剂，最后加入0-30份半成品色浆，搅拌混合均匀即可。
本发明的有益效果为：
1、采用采用混醚化的氨基树脂替代甲醚化氨基树脂，并加入乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚和润湿剂，从而降低涂料的表面张力，增加其对底材的润湿性和附着力。
2、采用水性环氧改性丙烯酸树脂和水性有机氟改性丙烯酸树脂，能增强涂料的耐候性、耐寒性、耐污性及耐化学品性能。
3、采用二甲基乙醇胺抑制涂料的交联反应，从而提高涂料的贮存稳定性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)在反应容器中加入以下5g分散剂、2g润湿剂、20g水和0.5g水性二甲基乙醇胺，搅拌均匀后，再加入50g红色颜料、0.2g有机膨润土和0.3g消泡剂，高速分散后研磨至细度15μm以下，即可制得78g半成品色浆；
(2)先将10g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、10g水性环氧改性丙烯酸树脂、8g水性有机氟改性丙烯酸树脂和30g水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再边搅拌便加入12g份去离子水、3g二甲基乙醇胺、6g丙二醇甲醚、0.5g抗流挂助剂、1g流平助剂、0.1g消泡剂、0.1g二壬基萘二磺酸和0.2g润湿剂，最后加入20g半成品色浆，搅拌混合均匀即可。
实施例2
(1)在反应容器中加入以下5g分散剂、2g润湿剂、50g水和0.4g水性二甲基乙醇胺，搅拌均匀后，再加入40g蓝色颜料、0.2g有机膨润土和0.3g消泡剂，高速分散后研磨至细度15μm以下，即可制得98g半成品色浆；
(2)先将5g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、15g水性环氧改性丙烯酸树脂、5g水性有机氟改性丙烯酸树脂和40g水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再边搅拌便加入10g份去离子水、2g乙二醇单丁醚、3g二甲基乙醇胺、10g丙二醇甲醚、0.5g抗流挂助剂、1g流平助剂、0.1g消泡剂和0.2g润湿剂，最后加入30g半成品色浆，搅拌混合均匀即可。
实施例3
(1)在反应容器中加入以下5g分散剂、2g润湿剂、30g水和0.3g水性二甲基乙醇胺，搅拌均匀后，再加入70g黄色颜料、0.2g有机膨润土和0.3g消泡剂，高速分散后研磨至细度15μm以下，即可制得108g半成品色浆；
(2)先将13g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、12g水性环氧改性丙烯酸树脂、10g水性有机氟改性丙烯酸树脂和50g水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再边搅拌便加入15g份去离子水、5g乙二醇单丁醚、3g二甲基乙醇胺、5g丙二醇甲醚、0.5g抗流挂助剂、1g流平助剂、0.1g消泡剂、0.1g二壬基萘二磺酸和0.2g润湿剂，最后加入10g半成品色浆，搅拌混合均匀即可。
实施例1-3所制涂料的性能测试见表1：
表1：
比较例1
采用实施例1相同的操作方法制备自行车涂料，不同的是采用10g甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和20g水性丙烯酸树脂作为主体树脂，替代实施例1中的主体树脂(10g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、30g水性环氧改性丙烯酸树脂、8g水性有机氟改性丙烯酸树脂和20g水性丙烯酸树脂)，所得涂料的干燥温度为180℃，干燥时间为30min，96h耐盐雾性不通过，500h耐候性通过，168h耐水性不通过。
比较例2
采用实施例1相同的操作方法制备自行车涂料，不同的是采用10g混醚醚化三聚氰胺甲醛树脂和20g水性丙烯酸树脂作为主体树脂，替代实施例1中的主体树脂(10g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、30g水性环氧改性丙烯酸树脂、8g水性有机氟改性丙烯酸树脂和20g水性丙烯酸树脂)，所得涂料的干燥温度为100-120℃，干燥时间为20min，96h耐盐雾性不通过，500h耐候性通过，168h耐水性不通过。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。