本发明属于涂料制备技术领域，具体涉及一种水性涂料组合物、制备方法及其应用。
背景技术：
当前，工程机械及轨道交通车辆车身的涂装，需要进行以下步骤：前处理、底漆、中涂、面漆，所采用的各道涂层基本上都是溶剂型涂料。溶剂型涂料所含有的溶剂所带来的大量的溶剂排放会造成严重的环境污染，在各方面都在关注voc排放的时候，工程机械及轨道交通车辆车身涂料势必需要水性化。
有少数的厂家已经开始采用水性面漆，但是发展得比较慢。与溶剂型涂料相比，目前水性面漆普遍存在的问题比较多：
1、光泽偏低。
因市售的大多水性丙烯酸树脂本身光泽难以达到溶剂型同等水平，并且水性聚氨酯固化剂与水及水性丙烯酸树脂的混溶性相对较差，得到的涂膜光泽偏低。
2、耐候性差。
水性面漆的耐候性除了要求树脂、固化剂、颜料本身耐候性好以外，还需要用紫外光吸收剂、位阻胺光稳定剂来进一步提高其耐候性。传统的紫外光吸收剂、位阻胺光稳定剂添加在水性漆中，容易导致体系不稳定，容易析出，严重时造成涂料胶化等，缩短活化期，因此，无法添加进水性漆中。缺少紫外光吸收剂、位阻胺光稳定剂的水性漆进行涂膜，耐候性差。
3、活化期短。
因聚氨酯固化剂本身能与水反应，且受到涂料的丙烯酸树脂、ph、助剂、助溶剂等影响，市面上的很多水性面漆活化期不到2小时，有些甚至低于1小时，非常不利于大规模施工。
有鉴于此，有必要发展一种光泽高、耐候性好、活化期长的水性涂料组合物。
技术实现要素：
针对现有技术的问题，本发明的一个目的是提供一种光泽高、耐候性好、活化期长的水性涂料组合物。
本发明的另一个目的是提供一种使用所述水性涂料组合物制备的涂层。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一个方面提供了一种水性涂料组合物，包括以下重量份的组分：
a组分包括以下重量份的组分：
高羟值水分散型丙烯酸酯树脂40.0～70.0份，
颜料10.0～40.0份，
高分子学上可接受的涂料助剂3.6～22.0份；
b组分包括以下重量份的组分：
改性聚氨酯固化剂65.0～100.0份。
优选地，所述水性涂料组合物包括以下重量份的组分：
a组分包括以下重量份的组分：
b组分包括以下重量份的组分：
改性聚氨酯固化剂65.0～100.0份。
优选地，所述水性涂料组合物包括以下重量份的组分：
a组分包括以下重量份的组分：
高羟值水分散型丙烯酸酯树脂40.0～70.0份，
颜料10.0～40.0份，
高分子学上可接受的涂料助剂3.6～22.0份；
b组分包括以下重量份的组分：
第二助溶剂0.1～35.0份，
改性聚氨酯固化剂65.0～100.0份。
优选地，所述水性涂料组合物包括以下重量份的组分：
a组分包括以下重量份的组分：
b组分包括以下重量份的组分：
第二助溶剂0.1～35.0份，
改性聚氨酯固化剂65.0～100.0份。
所述高羟值水分散型丙烯酸酯树脂的羟值在100～140之间，玻璃化温度tg在30℃以下，粒径为100～180nm，ph值在7.0～7.5之间；优选为bayhydrola2470(购自拜耳材料科技贸易(上海)有限公司)、bayhydrola2646(购自拜耳(中国)有限公司)、burnockwd-551(购自上海迪爱生贸易有限公司)、antkote2042(购自烟台万华化学集团股份有限公司)、antkote2033(购自万华化学集团股份有限公司)、neocrylxk-540(购自帝斯曼(中国)有限公司)。
所述颜料为钛白粉、碳黑、有机颜料中的至少一种。
所述第一助溶剂是指沸点在180～280℃的醇醚类溶剂。
所述醇醚类溶剂为二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇己醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇二乙酸酯、二乙二醇二丁醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇单丁醚中的至少一种。
优选地，所述高分子学上可接受的涂料助剂包括以下重量份的组分：
优选地，所述高分子学上可接受的涂料助剂包括以下重量份的组分：
所述第二助溶剂为醚酯类、双酯类型有机溶剂，优选为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇二乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯中的至少一种。
本发明的另一个方面提供了一种使用所述水性涂料组合物制备的涂层，将所述a组分与b组分按照重量份数100:(15～30)的比例混合，nco基团(异氰酸酯基团)与oh基团(羟基基团)的比例为(1～1.5)：1，涂覆交联后得到涂层。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明的水性涂料组合物是一种用于户外使用的工程机械、轨道交通车辆车身涂装的面漆涂料，所成膜具有较高的光泽、较好的耐候性、较长的活化期、优良的外观、无缺陷。
本发明的水性涂料组合物适用于户外使用的工程机械、轨道交通车辆车身涂装的面漆涂层，用本发明的水性涂料组合物涂覆而得到的涂层和目前市场上所使用的水性工程机械、轨道交通车辆车身涂装的面漆涂层相比较，光泽能提高5～10度(60度角)，耐候性能提高300～500小时(quv-b)，活化期能提高1～2小时。
本发明提供的水性涂料组合物具有光泽高、耐候性好、活化期长、可常温固化且环保的特性，当配合合适的助溶剂以及润湿剂和消泡剂，进一步获得了附着力、储存性等良好的水性涂料组合物。本发明的水性涂料组合物具有较好的储存稳定性，各项性能能够达到目前溶剂型涂料所要求的性能，价格适中，能够适应国内市场的需求。
具体实施方式
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。
在通过以下实施例对本发明的目的予以阐明、解释的情形下，所有组分均以重量份为通用标准予以释明。在无特别说明的情况下，为简明起见，本发明实施例中所述的“份”与重量份具有相同的意义。
以下对本发明的各个方面进行详述。如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
本发明实施例所用的高羟值水分散型丙烯酸酯树脂的羟值在100～140之间，玻璃化温度tg在30℃以下，粒径为100～180nm，ph值在7.0～7.5之间；优选为bayhydrola2470(购自拜耳材料科技贸易(上海)有限公司)、bayhydrola2646(购自拜耳(中国)有限公司)、burnockwd-551(购自上海迪爱生贸易有限公司)、antkote2042(购自烟台万华化学集团股份有限公司)、antkote2033(购自万华化学集团股份有限公司)、neocrylxk-540(购自帝斯曼(中国)有限公司)。
本发明实施例选用特定的高羟值水分散型丙烯酸酯树脂，在光泽、耐候性、活化期、贮存稳定性方面表现较好。在高羟值水分散型丙烯酸酯树脂中，羟基含量相对较高，在与改性聚氨酯固化剂反应后，能获得相对较高的交联密度，耐化学品性优异，而且光泽高。
在一个优选实施例中，所述a组分中，高羟值水分散型丙烯酸酯树脂的羟值为140。
在一个优选实施例中，所述a组分中，高羟值水分散型丙烯酸酯树脂的ph值在7.0～7.5之间。
在一个优选实施例中，所述a组分中，高羟值水分散型丙烯酸酯树脂的粒径为100～180nm。
在一个优选实施例中，所述a组分中，高羟值水分散型丙烯酸酯树脂的玻璃化温度tg值在30℃以下。
本发明实施例中对颜料没有特殊限制，只要求其本身为耐候型颜料即可，所述颜料对本领域技术人员而言是熟知的，例如，可以通过商业途径得到的duponr960钛白颜料，basfheliogenbluel7080蓝色有机颜料。
本发明实施例中选择高沸点助溶剂，有利于在大面积施工或者环境湿度低的情况下，获得外观良好的涂膜；同时，高沸点助溶剂有利于烘烤时涂膜起泡；并且，高沸点助溶剂对涂料的活化期影响较小。
本发明实施例中醇醚类助溶剂，即使其本身与水的混溶性很低，也能稳定的分散于水性涂料中，并且带来明显的消泡效果。
本发明实施例a组分中高分子学上可接受的涂料助剂包括分散剂、底材润湿剂、强效消泡剂、易分散消泡剂、增稠剂、紫外光吸收剂、位阻胺光稳定剂、去离子水或其组合。本发明还可以采用其他涂料助剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
本发明实施例所用的强效消泡剂用于色浆研磨阶段，有利于色浆的消泡，同时经过研磨时的强剪切作用，强效消泡剂的混溶性大大改善，不容易出现缩孔的弊病；所述强效消泡剂对于本领域技术人员是已知的。
本发明实施例所用的易分散消泡剂用于调漆阶段，用来消除调漆阶段搅拌带来的泡沫。此类型消泡剂既使在较低的剪切力下，也能很好的混合到涂料中，不会出现缩孔的弊病。所述易分散消泡剂对于本领域技术人员也是已知的。
本发明实施例所用的特定的增稠剂对改善光泽、改善贮存稳定性、改善施工性有明显帮助。
在一个优选实施例中，增稠剂选择低剪增稠效果良好的聚氨酯类增稠剂。该增稠剂可以通过商业途径获得，如rheolate299购自南京海明斯新材料科技有限公司；rm-8w购自陶氏化学。
本发明实施例所用的特定的紫外光吸收剂、位阻胺光稳定剂，有助于涂料体系的贮存稳定性，不影响涂料的活化期，并能大大提高耐候性。
在一个优选实施例中，紫外光吸收剂、位阻胺光稳定剂为tinuvin99dw(n)、tinuvin123dw(n)、tinuvin400dw(n)、tinuvin477dw(n)中的至少一种；以上牌号的试剂均购自巴斯夫股份公司。
本发明实施例中b组分的第二助溶剂选择醚酯类、双酯类型有机溶剂，有利于b组分本身的贮存稳定性，且有利于提高交联反应后涂膜的光泽。
在一个优选实施例中，所述第二助溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇二乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯中的至少一种。
本发明实施例中选择特定的改性聚氨酯固化剂，有利于获得更高的涂膜光泽以及更长的活化期。
在一个优选实施例中，改性聚氨酯固化剂为bayhydurxp2655(购自拜耳材料科技贸易(上海)有限公司)、bayhydurxp304(购自拜耳(中国)有限公司)、bayhydurxp304(购自拜耳(中国)有限公司)、desmodurn3900(购自拜耳(中国)有限公司)、burnockdnw-5500(购自上海迪爱生贸易有限公司)、aquolin268(购自烟台万华化学集团股份有限公司)、aquolin161(购自万华化学集团股份有限公司)中的至少一种。
在一个优选实施例中，a组分与b组分的混合比例按nco:oh＝(1～1.5)：1来计算。
以下列出获得各种试剂的商业途径：
bayhydrola2470(购自拜耳材料科技贸易(上海)有限公司，中国上海)
antkote2042(购自烟台万华化学集团股份有限公司)
efka4550(购自巴斯夫(中国)有限公司)
tegowettwin4100(购自tegochemieservicegmbh公司)
byk-024(购自byk-chemiegmbh公司)
byk-015(购自byk-chemiegmbh公司)
ti-purer-960(购自杜邦钛白科技(上海)有限公司)
rheolate299(购自南京海明斯新材料科技有限公司)
tinuvin99dw(n)(购自巴斯夫(中国)有限公司)
tinuvin123dw(n)(购自巴斯夫(中国)有限公司)
aquolin268(购自烟台万华化学集团股份有限公司)
bayhydurxp2655(购自拜耳材料科技贸易(上海)有限公司，中国上海)
burnockdnw-5500(购自迪爱生合成树脂(中山)有限公司)。
实施例1
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分：
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
丙二醇二乙酸酯20.0份，
bayhydurxp2655改性聚氨酯固化剂80.0份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:24的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:24，经计算nco基团与oh基团的比例为1.5：1。
实施例2
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分：
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
丙二醇二乙酸酯20.0份，
bayhydurxp2655改性聚氨酯固化剂80.0份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:21的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:21，经计算nco基团与oh基团的比例为1.32：1。
实施例3
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分：
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
丙二醇二乙酸酯20.0份，
bayhydurxp2655改性聚氨酯固化剂80.0份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:17.5的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:17.5，经计算nco基团与oh基团的比例为1.1：1。
实施例4
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分：
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
burnockdnw-5500改性聚氨酯固化剂100.0份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:30的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:30，经计算nco基团与oh基团的比例为1.5：1。
实施例5
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
burnockdnw-5500改性聚氨酯固化剂100.0份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:25的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:25，经计算nco基团与oh基团的比例为1.25：1。
实施例1～5制备的水性涂料组合物试板制备方法：
本发明中使用带有水性双组分环氧底漆的spcc钢板涂装水性涂料组合物，表干30分钟，80℃烘干2小时，室温环境放置7天后测试性能，性能如表1所示：
表1
从表1中可知，相对外购的对比样品，实施例1～5均获得了更长的活化期，有利于规模化工业生产；光泽度更高，因此外观比外购对比样品更好；同时，耐候性均可达到1000小时，远远超过外购对比样品，能让表面涂层具有更好的防护性与持久性。
实施例6
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分：
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
丙二醇二乙酸酯20.0份，
burnockdnw-5500改性聚氨酯固化剂80.0份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:19的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:19，经计算nco基团与oh基团的比例为1.1：1。
实施例7
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分：
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
丙二醇二乙酸酯35.0份，
bayhydurxp2655改性聚氨酯固化剂65.0份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:30的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:30，经计算nco基团与oh基团的比例为1.25：1。
实施例8
(1)用搅拌机均匀混合以下组分：(以下组分均以重量份数计)
(2)然后用砂磨机进行砂磨到细度在10um以下，加入以下各组分：
以上组分高速搅拌均匀作为a组分。
(3)用搅拌机均匀混合以下组分：
丙二醇二乙酸酯25份，
bayhydurxp2655改性聚氨酯固化剂75份，
搅拌均匀获得b组分。
将a组分和b组分分别用包装罐进行密封包装备用，获得所述水性涂料组合物，避免敞露在空气中。
将a组分与b组分按照重量份数100:24的比例混合，涂覆交联后得到涂层。
所述a组分与b组分的混合比例按重量份选定a:b＝100:24，经计算nco基团与oh基团的比例为1.5：1。
本发明提供的水性涂料组合物具有光泽高、耐候性好、活化期长、可常温固化且环保的特性，当配合合适的助溶剂以及润湿剂和消泡剂，进一步获得了附着力、储存性等良好的水性涂料组合物。本发明的水性涂料组合物具有较好的储存稳定性，各项性能能够达到目前溶剂型涂料所要求的性能，价格适中，能够适应国内市场的需求。
本发明的水性涂料组合物是一种用于户外使用的工程机械、轨道交通车辆车身涂装的面漆涂料，所成膜具有较高的光泽、较好的耐候性、较长的活化期、优良的外观、无缺陷。
本发明的水性涂料组合物适用于户外使用的工程机械、轨道交通车辆车身涂装的面漆涂层，用本发明的水性涂料组合物涂覆而得到的涂层和目前市场上所使用的水性工程机械、轨道交通车辆车身涂装的面漆涂层相比较，光泽能提高5～10度(60度角)，耐候性能提高300～500小时(quv-b)，活化期能提高1～2小时。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，本发明所例举的实施例无法对所有的实施方式予以穷尽，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。在本发明中提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同一篇文献被单独引用为参考那样。