一种水性光敏变色隔热汽车涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种水性光敏变色隔热汽车涂料及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，国内外相继制定了严厉的环保法来规定限制挥发性有机化合物(voc)向大气排放，高性能、环保化已成为涂料的发展方向。汽车漆就是喷在汽车上的一种保护膜，它保证了汽车美丽的外观，具有绚丽的装饰效果，同时汽车漆具备优良的机械性能，极好的耐候性、耐刮耐磨性、光泽保持性和良好的耐酸、耐碱、耐酒精、耐汽油等性能。随着人们环保意识的不断增强，水性汽车漆越来越受到市场的欢迎和消费者的青睐。
3.现有的水性汽车漆普遍具有低voc环保的优点，具有一定的耐化学、耐腐蚀性，但在反射隔热及隔热保温性能表现不突出，夏季车内很容易特别热、冬季寒冷车内保温差影响人们乘坐的舒适感，对抗紫外线性能一般，对基材附着性不佳，整体性能仍有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种水性光敏变色隔热汽车涂料及其制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
5.一方面，本发明提供的一种水性光敏变色隔热汽车涂料，包括以下组分：水性环氧丙烯酸分散体、ph调节剂、去离子水、隔热纳米颗粒、光敏变色颜料、甲醚化氨基树脂和助剂。
6.其中：选用水性环氧改性丙烯酸分散体为主要成膜物质与甲醚化氨基树脂作交联剂进行固化交联反应，所得漆膜交联密度高，与溶剂型涂料相比实现了低voc及具有优良的机械性能、耐腐蚀性、耐刮磨性、保光保色性以及极佳的基材附着性、涂装效果。
7.在某些实施方案中，所述助剂为成膜助剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、去离子水、阻燃剂和增稠剂。
8.在某些实施方案中，包括以下重量份数的组分：
[0009][0010]
其中：选用的甲醚化氨基树脂是甲醚化的三聚氰胺树脂，此类氨基树脂游离羟甲基少，甲醚化度高，分子量低，分子中保留一定量的亚氨基，可溶于水，适用于水性涂料作交联剂，在固化时进行交联反应，也能进行自缩聚反应，故能得到性能优异的涂膜，以此类氨基树脂与水性羟基丙烯酸分散体交联反应的涂料热固化速度快，硬度光泽高，烘烤时能保持较好的保光保色性，具有优异的耐候、耐盐雾性。
[0011]
在某些实施方案中，所述ph调节剂选自dmea、amp-95中的至少一种。
[0012]
在某些实施方案中，所述成膜助剂选自二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚、异丁醇中的至少一种。
[0013]
在某些实施方案中，所述分散剂选自聚羧酸钠盐或铵盐分散剂，优选为byk190、tego755w、byk760中的至少一种。
[0014]
在某些实施方案中，所述润湿剂选自水性有机硅润湿剂，优选为tego270、tego4100、byk346中的至少一种
[0015]
在某些实施方案中，所述消泡剂选自聚醚硅氧烷共聚物类消泡剂。
[0016]
在某些实施方案中，所述消泡剂选自byk-024、tego902w中的至少一种。
[0017]
在某些实施方案中，所述阻燃剂选自复合三氧化二锑阻燃剂。
[0018]
其中：该阻燃剂是由表面改性三氧化二锑、磷酸酯胺盐、有机铜盐热稳定剂和偶联剂复配而成，其具有良好的阻燃防火及抑烟性能。其中三氧化二锑燃烧时能反应产生锑的氮氧化物气体从而起到阻燃的效果，磷酸酯胺盐燃烧时能提供一层与氧气隔绝的磷化物隔离层因隔绝氧气而自熄。
[0019]
在某些实施方案中，所述增稠剂选自缔合型聚氨酯增稠剂、碱溶涨增稠剂中的至少一种，所述缔合型聚氨酯增稠剂选自rm-8w、rm-12w中的至少一种，所述碱溶涨增稠剂选自tt-935。
[0020]
在某些实施方案中，所述甲醚化氨基树脂选自氰特cymel327、长春mr-625中的至少一种。
[0021]
在某些实施方案中，所述光敏变颜料由氧化铜、氯化银和溴化银按质量比0.01：1：(1-5)合成，所述光敏变颜料为圆球状颗粒，平均直径为100-800nm。
[0022]
其中：该光敏变颜料具有较强的附着力、较强的稳定性、形成的漆膜具有较好的透
明性、较高的光泽度、优异的丰满度、极高的保光保色效果。本发明一种水性光敏变色隔热汽车涂料在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色，在一定波长的光线照射下可以产生变色现象，而在另外一种波长的光线照射下(或热的作用)，又会发生可逆变化回到原来的颜色。常规的隔热涂料通过反射太阳光而保持汽车内部凉爽，从而节省空调能耗；但在冬季则会进一步降低汽车内部的温度，反而增大取暖能耗。本发明一种水性光敏变色隔热汽车涂料可提供深颜色与浅颜色之间可逆变色的隔热涂料，可以使隔热涂料在夏季高温时保持近透明的浅颜色，反射大部分的太阳辐射能；而在冬季低温时变为深颜色，吸收更多的太阳辐射能，从而实现更高的节能及保温效果。同时，本发明的可逆色彩变化赋予隔热涂料优良的装饰性，具有广阔的市场前景。
[0023]
在某些实施方案中，所述隔热纳米颗粒由以下步骤制得：
[0024]
(1)取间苯二酚按1:2的摩尔比溶于甲醛溶液中，35℃水浴反应2h，冷却制得rf前驱体；将ticl4溶液于去离子水中超声分散均匀，将所得的盐溶液与rf前驱体混合，分散均匀后于180℃下水热反应18h，冷却至室温后进行抽滤分离，洗涤干燥，制得tio2包覆rf前驱体的微球；
[0025]
(2)将制的tio2包覆rf前驱体的微球在空气氛围下煅烧，以1℃/min的升温速率升至250℃并停留5h，再0.5℃/min的升温速率升至400℃停留1h，最后自然冷却，得到所述隔热纳米颗粒。
[0026]
在某些实施方案中，还包括对所述隔热纳米颗粒进行表面改性处理，包括以下步骤：
[0027]
a、去除所述隔热纳米颗粒表面杂质并进行干燥处理；
[0028]
b、于60℃下，将步骤a干燥处理后的隔热纳米颗粒进行加热搅拌，待隔热纳米颗粒表面温度加热至120℃后加入偶联剂，反应20min后放料，得到表面改性的隔热纳米颗粒。
[0029]
在某些实施方案中，偶联剂选自γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh560)、钛酸酯、烷基阴离子表面活化剂中的至少一种。
[0030]
其中：选用的隔热纳米颗粒为改性空心玻璃微珠，经过处理粒径达到纳米级，且具有极小的比表面积和低吸油率，可大大减少涂料中其他各生产成份的使用量。玻璃微珠玻化质的表面更抗化学腐蚀，对光有反射作用。因此，涂料涂层具有防污、防腐蚀、防紫外线、防黄变以及抗刮效果。紧密排列的空心玻璃微珠内部含有稀薄的气体，其导热系数低，所以涂料涂层具有非常好的隔热保温效果。空心玻璃微珠可有效增强涂层的流动、流平性。空心玻璃微珠内含有气体，具有较好的抗冷热收缩性，从而增强涂层的弹性，大大减少涂层因受热胀冷缩而引起开裂和脱落。在高填充量的前提下，涂料的黏度增加不明显，因此溶剂的使用量可减少，从而降低涂料在使用过程中有毒气体的排放量，有效减小voc值。
[0031]
另一方面，本发明提供的一种水性光敏变色隔热汽车涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
s1、按照配比称取各组分；
[0033]
s2、将水、水性环氧改性羟基丙烯酸分散体、ph调节剂、成膜助剂、分散剂、润湿剂、隔热纳米颗粒、光敏变色颜料和阻燃剂混合，得到混合液；
[0034]
s3、依次向上述混合液中加入消泡剂、氨基树脂、增稠剂调至合适粘度搅拌至物料均匀，得到所述水性光敏变色隔热汽车涂料。
[0035]
在某些实施方案中，步骤s2具体为：
[0036]
将水加入到反应器中，在500-800rmp搅拌速度下，每隔10min依次向反应器中加入水性环氧改性羟基丙烯酸分散体、ph调节剂、成膜助剂、分散剂、润湿剂、隔热纳米颗粒、光敏变色颜料和阻燃剂，在800-1000rmp搅拌速度下搅拌30min。
[0037]
在某些实施方案中，步骤s3具体为：在500-800rpm搅拌转速下，依次向反应器中加入消泡剂、氨基树脂、增稠剂调至合适粘度搅拌至物料均匀。
[0038]
有益效果：本发明的水性光敏变色隔热汽车涂料既能在在温度很高、太阳直射的夏季能够有反射隔热的效果，又能在寒冷的冬季能够有隔热保温的效果，而且又有变色功能，在太阳下、紫外线及红外线照射下能够变色起到遮阳及美观的装饰效果，以满足人们的美观追求。
具体实施方式
[0039]
下面通过实施方式对本发明进行进一步详细的说明。
[0040]
实施例1
[0041]
水性光敏变色隔热汽车涂料，包括以下重量份数的组分：
[0042][0043]
制备方法：
[0044]
s1、按上述原材料配比称取各组分；
[0045]
s2、将水加入到反应器中，在500rmp搅拌速度下，每隔10min依次向反应器中加入水性环氧改性羟基丙烯酸分散体、ph调节剂、成膜助剂、分散剂、润湿剂、隔热纳米颗粒、光敏变色颜料、阻燃剂，800搅拌速度下搅拌30min；
[0046]
s3、在500rpm搅拌转速下，依次向反应器中加入消泡剂、氨基树脂、增稠剂调至合
适粘度搅拌至物料均匀。
[0047]
其中：隔热纳米颗粒由以下步骤制得：
[0048]
(1)取间苯二酚按1:2的摩尔比溶于甲醛溶液中，35℃水浴反应2h，冷却制得rf前驱体；将ticl4溶液于去离子水中超声分散均匀，将所得的盐溶液与rf前驱体混合，分散均匀后于180℃下水热反应18h，冷却至室温后进行抽滤分离，洗涤干燥，制得tio2包覆rf前驱体的微球；
[0049]
(2)将制的tio2包覆rf前驱体的微球在空气氛围下煅烧，以1℃/min的升温速率升至250℃并停留5h，再0.5℃/min的升温速率升至400℃停留1h，最后自然冷却，得到所述隔热纳米颗粒。
[0050]
(3)对所述隔热纳米颗粒进行表面改性处理，包括以下步骤：
[0051]
a、去除所述隔热纳米颗粒表面杂质并进行干燥处理；
[0052]
b、于60℃下，将步骤a干燥处理后的隔热纳米颗粒进行加热搅拌，待隔热纳米颗粒表面温度加热至120℃后加入kh560，反应20min后放料，得到表面改性的隔热纳米颗粒。
[0053]
实施例2
[0054]
水性光敏变色隔热汽车涂料，包括以下重量份数的组分：
[0055][0056]
制备方法：
[0057]
s1、按上述原材料配比称取各组分；
[0058]
s2、将水加入到反应器中，在600rmp搅拌速度下，每隔10min依次向反应器中加入水性环氧改性羟基丙烯酸分散体、ph调节剂、成膜助剂、分散剂、润湿剂、隔热纳米颗粒、光敏变色颜料、阻燃剂，850rmp搅拌速度下搅拌30min；
[0059]
s3、在600rpm搅拌转速下，依次向反应器中加入消泡剂、氨基树脂、增稠剂调至合
适粘度搅拌至物料均匀。
[0060]
其中：隔热纳米颗粒由以下步骤制得：
[0061]
(1)取间苯二酚按1:2的摩尔比溶于甲醛溶液中，35℃水浴反应2h，冷却制得rf前驱体；将ticl4溶液于去离子水中超声分散均匀，将所得的盐溶液与rf前驱体混合，分散均匀后于180℃下水热反应18h，冷却至室温后进行抽滤分离，洗涤干燥，制得tio2包覆rf前驱体的微球；
[0062]
(2)将制的tio2包覆rf前驱体的微球在空气氛围下煅烧，以1℃/min的升温速率升至250℃并停留5h，再0.5℃/min的升温速率升至400℃停留1h，最后自然冷却，得到所述隔热纳米颗粒。
[0063]
(3)对所述隔热纳米颗粒进行表面改性处理，包括以下步骤：
[0064]
a、去除所述隔热纳米颗粒表面杂质并进行干燥处理；
[0065]
b、于60℃下，将步骤a干燥处理后的隔热纳米颗粒进行加热搅拌，待隔热纳米颗粒表面温度加热至120℃后加入烷基阴离子表面活化剂，反应20min后放料，得到表面改性的隔热纳米颗粒。
[0066]
实施例3
[0067]
水性光敏变色隔热汽车涂料，包括以下重量份数的组分：
[0068][0069]
制备方法：
[0070]
s1、按上述原材料配比称取各组分；
[0071]
s2、将水加入到反应器中，在700rmp搅拌速度下，每隔10min依次向反应器中加入水性环氧改性羟基丙烯酸分散体、ph调节剂、成膜助剂、分散剂、润湿剂、隔热纳米颗粒、光敏变色颜料、阻燃剂，900rmp搅拌速度下搅拌30min；
[0072]
s3、在700rpm搅拌转速下，依次向反应器中加入消泡剂、氨基树脂、增稠剂调至合适粘度搅拌至物料均匀。
[0073]
其中：隔热纳米颗粒由以下步骤制得：
[0074]
(1)取间苯二酚按1:2的摩尔比溶于甲醛溶液中，35℃水浴反应2h，冷却制得rf前驱体；将ticl4溶液于去离子水中超声分散均匀，将所得的盐溶液与rf前驱体混合，分散均匀后于180℃下水热反应18h，冷却至室温后进行抽滤分离，洗涤干燥，制得tio2包覆rf前驱体的微球；
[0075]
(2)将制的tio2包覆rf前驱体的微球在空气氛围下煅烧，以1℃/min的升温速率升至250℃并停留5h，再0.5℃/min的升温速率升至400℃停留1h，最后自然冷却，得到所述隔热纳米颗粒。
[0076]
(3)对所述隔热纳米颗粒进行表面改性处理，包括以下步骤：
[0077]
a、去除所述隔热纳米颗粒表面杂质并进行干燥处理；
[0078]
b、于60℃下，将步骤a干燥处理后的隔热纳米颗粒进行加热搅拌，待隔热纳米颗粒表面温度加热至120℃后加入钛酸酯，反应20min后放料，得到表面改性的隔热纳米颗粒。
[0079]
实施例4
[0080]
水性光敏变色隔热汽车涂料，包括以下重量份数的组分：
[0081][0082]
制备方法：
[0083]
s1、按上述原材料配比称取各组分；
[0084]
s2、将水加入到反应器中，在800rmp搅拌速度下，每隔10min依次向反应器中加入水性环氧改性羟基丙烯酸分散体、ph调节剂、成膜助剂、分散剂、润湿剂、隔热纳米颗粒、光敏变色颜料、阻燃剂，1000rmp搅拌速度下搅拌30min；
[0085]
s3、在800rpm搅拌转速下，依次向反应器中加入消泡剂、氨基树脂、增稠剂调至合适粘度搅拌至物料均匀。
[0086]
其中：隔热纳米颗粒由以下步骤制得：
[0087]
(1)取间苯二酚按1:2的摩尔比溶于甲醛溶液中，35℃水浴反应2h，冷却制得rf前驱体；将ticl4溶液于去离子水中超声分散均匀，将所得的盐溶液与rf前驱体混合，分散均匀后于180℃下水热反应18h，冷却至室温后进行抽滤分离，洗涤干燥，制得tio2包覆rf前驱体的微球；
[0088]
(2)将制的tio2包覆rf前驱体的微球在空气氛围下煅烧，以1℃/min的升温速率升至250℃并停留5h，再0.5℃/min的升温速率升至400℃停留1h，最后自然冷却，得到所述隔热纳米颗粒。
[0089]
(3)对所述隔热纳米颗粒进行表面改性处理，包括以下步骤：
[0090]
a、去除所述隔热纳米颗粒表面杂质并进行干燥处理；
[0091]
b、于60℃下，将步骤a干燥处理后的隔热纳米颗粒进行加热搅拌，待隔热纳米颗粒表面温度加热至120℃后加入钛酸酯，反应20min后放料，得到表面改性的隔热纳米颗粒。
[0092]
实施例5性能测试
[0093]
对实施例1-4制备的汽车涂料分别进行行业内常规检测，检测结果如表1所示：
[0094]
表1
[0095]
[0096][0097]
从表1可以看出，本发明实施例1-4制备的汽车涂料各项指标均合格。
[0098]
对实施例1-4制备的汽车涂料进行反射隔热效果验证试验，热反射率按照jc/t 1040-2007进行测试；导热系数检测按照gb/t 10294-2008进行测试，测得各项性能如表2：
[0099]
表2
[0100][0101]
从表2可以看出，同时采用隔热纳米颗粒和光敏变色颜料制得的汽车涂料，在夏季具有更高的热反射率和更低的导热系数，在冬天具有更低的热反射率和更高的导热系数。说明采用隔热纳米颗粒和光敏变色颜料搭配使用，在太阳直射的高温夏季，隔热涂料保持近透明的浅颜色，反射大部分的太阳辐射能；而在冬季低温时变为深颜色，吸收更多的太阳
辐射能，从而实现更高的节能及保温效果。
[0102]
综上所述：本发明的水性光敏变色隔热汽车涂料，具有以下优点：
[0103]
采用水性环氧改性丙烯酸分散体为主要成膜物质与甲醚化氨基树脂作交联剂进行固化交联反应，所得漆膜交联密度高，与溶剂型涂料相比实现了低voc及具有优良的机械性能、耐腐蚀性、耐刮磨性、保光保色性以及极佳的基材附着性、综合性能优异；采用隔热纳米颗粒和光敏变色颜料搭配使用。在太阳直射的高温夏季，隔热涂料保持近透明的浅颜色，反射大部分的太阳辐射能；而在冬季低温时变为深颜色，吸收更多的太阳辐射能，从而实现更高的节能及保温效果，同时，本发明的可逆色彩变化赋予隔热涂料优良的装饰性；采用三氧化二锑阻燃剂有良好的阻燃防火及抑烟性能。
[0104]
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为发明的保护范围之内。