一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆及其制备方法与流程

1.本发明属于汽车涂料技术领域，具体为一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国社会经济的快速发展，也带动了汽车工业的高速发展，现在很多家庭都有了属于自己的汽车，而汽车作为一个交通工具其使用频率也非常高，其工作环境也比较恶劣，要经受多年的风吹日晒，因此对其表面的涂料质量要求也非常高，目前汽车漆普遍使用的是油性涂料，但其环保性比较差，voc含量高，施工环境差，而水性涂料特别是水性面漆涂料，其长时间在烈日暴晒下，容易出现开裂、起泡、脱落、防水性差等问题，且不耐磕碰、耐磨性差、附着力差、硬度低、干燥慢，因此，如何提高水性汽车涂料的硬度、耐磨性、耐候性、干燥性等性能，是目前水性汽车涂料领域的主要研究方向。


技术实现要素：

3.针对以上存在的问题，本发明提出了一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆及其制备方法，本发明的主要特点是通过以合成硅改性聚氨酯树脂为主体树脂，适当搭配水性硅溶胶、纳米氧化铝、石墨烯瓷晶等原料以进一步提高其硬度及耐磨性能，另外再通过搭配催干剂、交联剂进一步提高其干燥速度，制成了一种具有高硬度、高耐磨、快干性的水性汽车漆涂料，其还具有良好的耐候性、低voc等性能。
4.为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.(1)水性改性聚氨酯树脂的合成：量取定量的聚酯多元醇加入反应釜中，边搅拌边升温，将反应釜温度控制在85～95℃之间，在搅拌状态下向反应釜中滴加二异氰酸酯单体，滴加完毕后在85～95℃条件下反应3小时左右，得到聚氨酯预聚体a；
6.将上步得到的聚氨酯预聚体a降温到55℃以下，然后向反应釜中加入用nmp溶解的多羟基羧酸，反应30min后，再向反应釜里面滴加多元醇，滴加时间1小时左右，直到滴加完毕后，再升温到70～80℃，反应3小时，反应结束后得到聚氨酯预聚体b；
7.将上步骤得到的聚氨酯预聚体b降温到60℃以下，加入三羟甲基丙烷、季戊四醇等多元醇，温度控制在60～70℃，反应1.5小时，再加入一定量的多元胺进行中和，得到聚氨酯预聚体c；
8.将上步骤中得到的聚氨酯预聚体c在搅拌状态下加入一定量的二异氰酸酯单体、聚醚改性聚硅氧烷，反应约30min后再加入多元醇，再反应约40min，之后将反应温度降到40℃以下，加入适量的丙酮降低粘度，再加入适量的多元胺中和，之后在高速搅拌的条件下加入去离子水搅拌30～60min，乳化得到固含量为35～45％的有机硅改性水性聚氨酯树脂；
9.(2)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂20～40份、颜料5～20份、纳米改性氧化铝2～8份、石墨烯瓷晶2～10份、分散剂2～8份、水10～40份、消泡剂0.2～0.6份、ph调节
剂1～4份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到一定细度做成浆料d作为备用；
10.(3)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂30～40份、水性硅溶胶5～20份、催干剂1～10份、流平剂0.1～0.6份、附着力促进剂0.1～0.8份、成膜助剂1～10份、消泡剂0.1～0.5份、润湿剂0.2～0.6份、杀菌剂0.1～0.5份、ph调节剂1～6份、去离子水10～35份,在1200r/min的条件下将以上物料分散均匀做成中间体e作为备用；
11.(4)将浆料d和中间体e按照一定的比例进行混合，再加入防沉剂进行分散，最后加入交联剂，直到分散均匀，用水调整到一定粘度，就做成了一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆涂料。
12.一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆涂料，其施工工艺在于，以喷涂的方式涂布于汽车表面。
13.本发明的高硬度高耐磨快干水性汽车面漆，通过对聚氨酯树脂进行有机硅改性，增强了主体树脂的硬度及耐磨性能，再通过适当搭配水性硅溶胶、纳米氧化铝、石墨烯瓷晶等原料以进一步提高其硬度及耐磨性能，另外再通过搭配催干剂、交联剂进一步提高其干燥速度，使其具有高硬度、高耐磨、快干性等特点，其还具有良好的耐候性、低voc等性能，对现在市面上的相关产品有其明显的性能提升，具有极高的经济和社会效益，促进了社会和企业的健康发展。
具体实施方式
14.为了更好的解释本发明，下面将结合本发明实施例中的例子，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，其所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方法，都属于本发明保护的范围。
15.实施例一：
16.(1)水性改性聚氨酯树脂的合成：量取30份的聚酯多元醇加入反应釜中，边搅拌边升温，将反应釜温度控制在85～95℃之间，在搅拌状态下向反应釜中滴加10份ipdi二异氰酸酯单体，滴加完毕后在85～95℃条件下反应3小时左右，得到聚氨酯预聚体a；
17.将上步得到的聚氨酯预聚体a降温到55℃以下，然后向反应釜中加入20份用nmp溶解的多羟基羧酸，反应30min后，再向反应釜里面滴加15份多元醇，滴加时间1小时左右，直到滴加完毕后，再升温到70～80℃，反应3小时，反应结束后得到聚氨酯预聚体b；
18.将上步骤得到的聚氨酯预聚体b降温到60℃以下，加入10份三羟甲基丙烷、12份季戊四醇，温度控制在60～70℃，反应1.5小时，再加入一定量的三乙胺进行中和，得到聚氨酯预聚体c；
19.将上步骤中得到的聚氨酯预聚体c在搅拌状态下加入8份的ipdi二异氰酸酯单体、5份的聚醚改性聚硅氧烷，反应约30min后再加入多元醇，再反应约40min，之后将反应温度降到40℃以下，加入适量的丙酮降低粘度，再加入适量的多元胺中和，之后在高速搅拌的条件下加入去离子水搅拌30～60min，乳化得到固含量为35～45％的有机硅改性水性聚氨酯树脂；
20.(2)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂35份、钛白粉30份、纳米改性氧化铝8
份、石墨烯瓷晶10份、分散剂3份、水25份、消泡剂0.2份、ph调节剂2份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到一定细度做成浆料d作为备用；
21.(3)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂40份、水性硅溶胶10份、催干剂3份、流平剂0.3份、附着力促进剂0.3份、成膜助剂6份、消泡剂0.3份、润湿剂0.2份、杀菌剂0.2份、ph调节剂2份、去离子水35份,在1200r/min的条件下将以上物料分散均匀做成中间体e作为备用；
22.(4)将浆料d和中间体e按照一定的比例进行混合，再加入0.3份防沉剂进行分散，最后加入交联剂，直到分散均匀，用水调整到一定粘度，就做成了一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆涂料。
23.实施例二：
24.(1)水性改性聚氨酯树脂的合成：量取32份的聚酯多元醇加入反应釜中，边搅拌边升温，将反应釜温度控制在85～95℃之间，在搅拌状态下向反应釜中滴加10份hdi二异氰酸酯单体，滴加完毕后在85～95℃条件下反应3小时左右，得到聚氨酯预聚体a；
25.将上步得到的聚氨酯预聚体a降温到55℃以下，然后向反应釜中加入20份用nmp溶解的多羟基羧酸，反应30min后，再向反应釜里面滴加17份多元醇，滴加时间1小时左右，直到滴加完毕后，再升温到70～80℃，反应3小时，反应结束后得到聚氨酯预聚体b；
26.将上步骤得到的聚氨酯预聚体b降温到60℃以下，加入15份三羟甲基丙烷，温度控制在60～70℃，反应1.5小时，再加入一定量的三乙胺进行中和，得到聚氨酯预聚体c；
27.将上步骤中得到的聚氨酯预聚体c在搅拌状态下加入8份的hdi二异氰酸酯单体、6份的聚醚改性聚硅氧烷，反应约30min后再加入多元醇，再反应约40min，之后将反应温度降到40℃以下，加入适量的丙酮降低粘度，再加入适量的多元胺中和，之后在高速搅拌的条件下加入去离子水搅拌30～60min，乳化得到固含量为35～45％的有机硅改性水性聚氨酯树脂；
28.(2)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂40份、黑色颜料15份、纳米改性氧化铝10份、石墨烯瓷晶8份、分散剂5份、水30份、消泡剂0.2份、ph调节剂2份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到一定细度做成浆料d作为备用；
29.(3)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂45份、水性硅溶胶10份、催干剂4份、流平剂0.2份、附着力促进剂0.5份、成膜助剂6份、消泡剂0.3份、润湿剂0.3份、杀菌剂0.2份、ph调节剂2份、去离子水35份,在1200r/min的条件下将以上物料分散均匀做成中间体e作为备用；
30.(4)将浆料d和中间体e按照一定的比例进行混合，再加入0.4份防沉剂进行分散，最后加入交联剂，直到分散均匀，用水调整到一定粘度，就做成了一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆涂料。
31.实施例三：
32.(1)水性改性聚氨酯树脂的合成：量取30份的聚酯多元醇加入反应釜中，边搅拌边升温，将反应釜温度控制在85～95℃之间，在搅拌状态下向反应釜中滴加10份hmdi二异氰酸酯单体，滴加完毕后在85～95℃条件下反应3小时左右，得到聚氨酯预聚体a；
33.将上步得到的聚氨酯预聚体a降温到55℃以下，然后向反应釜中加入20份用nmp溶解的多羟基羧酸，反应30min后，再向反应釜里面滴加15份多元醇，滴加时间1小时左右，直到滴加完毕后，再升温到70～80℃，反应3小时，反应结束后得到聚氨酯预聚体b；
34.将上步骤得到的聚氨酯预聚体b降温到60℃以下，加入15份季戊四醇，温度控制在60～70℃，反应1.5小时，再加入一定量的n,n-二甲基乙醇胺进行中和，得到聚氨酯预聚体c；
35.将上步骤中得到的聚氨酯预聚体c在搅拌状态下加入10份的hmdi二异氰酸酯单体、7份的聚醚改性聚硅氧烷，反应约30min后再加入多元醇，再反应约40min，之后将反应温度降到40℃以下，加入适量的丙酮降低粘度，再加入适量的n,n-二甲基乙醇胺中和，之后在高速搅拌的条件下加入去离子水搅拌30～60min，乳化得到固含量为35～45％的有机硅改性水性聚氨酯树脂；
36.(2)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂40份、蓝色颜料15份、纳米改性氧化铝9份、石墨烯瓷晶8份、分散剂3份、水28份、消泡剂0.2份、ph调节剂3份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到一定细度做成浆料d作为备用；
37.(3)按重量份依次称取水性改性聚氨酯树脂42份、水性硅溶胶9份、催干剂3份、流平剂0.2份、附着力促进剂0.5份、成膜助剂7份、消泡剂0.3份、润湿剂0.3份、杀菌剂0.2份、ph调节剂2份、去离子水35份,在1200r/min的条件下将以上物料分散均匀做成中间体e作为备用；
38.(4)将浆料d和中间体e按照一定的比例进行混合，再加入0.4份防沉剂进行分散，最后加入交联剂，直到分散均匀，用水调整到一定粘度，就做成了一种高硬度高耐磨快干水性汽车面漆涂料。
39.对照例一：
40.(1)按重量份依次称取水性聚氨酯树脂40份、蓝色颜料15份、分散剂3份、水28份、消泡剂0.2份、ph调节剂3份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到一定细度做成浆料a作为备用；
41.(2)按重量份依次称取水性聚氨酯树脂42份、流平剂0.2份、附着力促进剂0.5份、成膜助剂7份、消泡剂0.3份、润湿剂0.3份、杀菌剂0.2份、ph调节剂2份、去离子水35份,在1200r/min的条件下将以上物料分散均匀做成中间体b作为备用；
42.(3)将浆料a和中间体b按照一定的比例进行混合，再加入0.4份防沉剂进行分散，最后加入交联剂，直到分散均匀，用水调整到一定粘度，就做成了一种水性汽车面漆涂料。
43.对照例二：
44.(1)按重量份依次称取水性聚氨酯树脂35份、钛白粉30份、分散剂3份、水25份、消泡剂0.2份、ph调节剂2份到分散缸里面，在800r/min的条件下将以上物料分散30min直到将其分散均匀，之后将以上物料用砂磨机研磨到一定细度做成浆料a作为备用；
45.(2)按重量份依次称取水性聚氨酯树脂40份、流平剂0.3份、附着力促进剂0.3份、成膜助剂6份、消泡剂0.3份、润湿剂0.2份、杀菌剂0.2份、ph调节剂2份、去离子水35份,在1200r/min的条件下将以上物料分散均匀做成中间体b作为备用；
46.(3)将浆料a和中间体b按照一定的比例进行混合，再加入0.3份防沉剂进行分散，
最后加入交联剂，直到分散均匀，用水调整到一定粘度，就做成了一种水性汽车面漆涂料。
47.对实施例一～三与对照例一～二所述产品制得漆膜涂层的性能进行对比测试，测试结果如表1所示，从此测试结果可以看出，在硬度、耐磨性、耐盐雾、耐酸碱、干燥性、底材附着力、耐水性等性能上，实施例明显好于对照例，这是由于实施例相比较于对照例，使用了以合成硅改性聚氨酯树脂为主体树脂，其性能比普通的聚氨酯树脂性能有明显改善，使其涂料的交联速度加快，促进了涂料的表干速度，从而节省了烘烤的时间；再通过适当搭配水性硅溶胶、纳米氧化铝、石墨烯瓷晶等原料以进一步提高漆膜的硬度，使涂层的耐磨耐划性能都有了明显的提高，另外再通过搭配催干剂、交联剂等从而进一步提高了涂料的干燥速度。
48.表1
49.[0050][0051]
上述实施例仅仅是为更加清楚地说明本发明所作的举例，而非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的相关技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变动、修改，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。