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CN117304785A - 一种水性纳米高抗刮清漆及其制备方法 - Google Patents

一种水性纳米高抗刮清漆及其制备方法 Download PDF

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CN117304785A CN202311329386.6A CN202311329386A CN117304785A CN 117304785 A CN117304785 A CN 117304785A CN 202311329386 A CN202311329386 A CN 202311329386A CN 117304785 A CN117304785 A CN 117304785A
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刘福春
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Abstract

本发明属于底材的面漆技术领域，具体涉及一种水性纳米高抗刮清漆及其制备方法。组份A1以质量比计包括：石英粉60～80份，分散剂3～8份，消泡剂0.2～0.5份，去离子水5～10份；组份A2以质量比计包括：水性羟基丙烯酸分散体70～85份，消泡剂0.3～0.5份，润湿剂0.3～0.5份，助溶剂1～5份，触变剂0.1～1份，A1纳米抗刮浆料1～5份，紫外线助剂1～3份，去离子水10～15份；组份B以质量比计包括：水性异氰酸酯固化剂5～10份，溶剂1～3份。本发明的水性纳米高抗刮清漆高透明、高光泽、抗刮性优异、耐候性好、耐化学性能好，适用于车辆、机械设备、体育器材等多个行业及多种底材的面漆。

Description

一种水性纳米高抗刮清漆及其制备方法
技术领域
本发明属于底材的面漆技术领域，具体涉及一种水性纳米高抗刮清漆及其制备方法。
背景技术
随着国内产业升级及消费水平的提高，各行业更加注重质量的提升，在车辆、机械设备、体育器材等表面会涂装一层面漆，起到装饰美观，保护基材的作用；然而在实际使用中，会不时有刮伤漆面，光泽变低的现象，影响了外观崭新的形象，感官上给人以老化严重的印象，且漆膜破坏后会影响性能。
近几年，工业水性涂料发展较快，这符合国内环保要求，工业涂料的性能及施工要求一般比较高，在国内经常与油性涂料的性能和施工作比较，双组份油性涂料清漆为均一油相，一般透明度好及硬度高；现有的双组份水性清漆，因固化剂会与水缓慢反应，硬度偏低，进而也影响了抗刮性；所以，在高要求领域，水性涂料替代进度较慢；因此，发展水性纳米高抗刮清漆，推进环保事业，既能满足高端需求，也能满足中低端产品升级；既提高漆面外观效果，也符合环保要求；且所用主要原料为国内自主研发产品，具有极大市场价值和社会价值。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种水性纳米高抗刮清漆及其制备方法。本发明的技术方案为：
一种水性纳米高抗刮清漆，包括组份A2和组份B，组份A2中包含组份A1；组份A2与组份B的质量比为(2～6)：1；
所述组份A1为纳米抗刮浆料；组份A1包括以质量比计的以下组份：石英粉60-80份，分散剂3～8份，消泡剂0.2～0.5份，去离子水5～10份；
组份A2包括以质量比计的以下组份：水性羟基丙烯酸分散体70～85份，消泡剂0.3～0.5份，润湿剂0.3～0.5份，助溶剂1～5份，触变剂0.1～1份，A1纳米抗刮浆料1～5份，紫外线助剂1～3份，去离子水10～15份；
组份B包括以质量比计的以下组份：水性异氰酸酯固化剂5～10份，助溶剂1～3份。
进一步的，上述的一种水性纳米高抗刮清漆，通过石英粉高硬度、耐刮擦，来提高涂膜抗刮性能，组份A1中，所述石英粉是以天然石英为原料，经过分选、清洗、干燥、破碎、提纯、研磨、分级工序加工而成的二氧化硅粉体材料；该工艺生产的二氧化硅纯度高，二氧化硅含量在99.5%以上，莫氏硬度7.0，折射率1.54～1.55，吸油量30g/100g，比重2.6g/cm3；经过纳米分散砂磨后，粒径微小，可见光透过率高，清漆透明高光泽，适合在高光清漆中使用，粒子在电镜下呈微珠状，流动性分散性好，并且坚硬、耐磨、化学性能稳定；
所述分散剂是一种带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液;
所述消泡剂是有机硅消泡剂。
进一步的，上述的一种水性纳米高抗刮清漆，组份A2中，所述的水性羟基丙烯酸分散体是具有核壳结构的高分子羟基丙烯酸树脂水分散体，使已经聚合的亲水单体更多的暴露在羟基丙烯酸树脂水分散体粒子的外表面，提高分散体的稳定性；该分散体中引入了高分子量高酸值丙烯酸树脂作为乳化剂，使得水分散体的水分散性进一步提高，并提高了分散体对钢板、马口铁、铝板等底材的附着力，且不影响分散体的耐水性、耐盐雾性等性能。乳化剂酸值优选200～300mgKOH/g，乳化剂酸值过低，影响乳化效果和羟基丙烯酸树脂水分散体储存稳定性。乳化剂酸值过高，影响羟基丙烯酸树脂水分散体附着力、耐水性、耐盐雾性等性能。该乳化剂分子量优选控制在10000～20000，分子量过低则分散体耐水性差。乳化剂分子量过高，则影响乳化性能以及分散体储存稳定性；
所述消泡剂是有机硅消泡剂；
所述润湿剂是聚醚改性硅氧烷；
所述触变剂是水性聚氨酯增稠剂；
所述A1纳米抗刮浆料的石英粉经过纳米研磨工艺，粒径达到纳米级，具有高透明，高抗刮，高硬度的特性；
所述紫外线助剂为羟基苯基苯并三唑光吸收剂和双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯受阻胺光稳定剂；
所述助溶剂是二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚中的一种或多种。
进一步的，上述的一种水性纳米高抗刮清漆，组份B中，所述水性异氰酸酯固化剂是六亚甲基二异氰酸酯的(HDI)亲水性脂肪族聚异氰酸酯固化剂，具有相容性好、快干、兼顾硬化及柔韧性、耐候好和耐化学品性的特点。
所述溶剂是丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇二醋酸酯中的一种或两种。
具体的，分散剂可选用BYK-190，消泡剂可选用BYK-024，润湿剂可选用TEGO 4100，触变剂可选用高泰Coapur XS 83，紫外线助剂为TINUVIN 1130和TINUVIN 292，水性异氰酸酯固化剂可选用境好新材PUH2100。
一种水性纳米高抗刮清漆的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）制备组份A1：
准备搅拌机和搅拌罐，将去离子水加入搅拌罐中，边搅拌边依次加入分散剂和消泡剂至混合均匀；边搅拌边加入石英粉至均匀混合；将搅拌罐中物料移至纳米砂磨机，研磨至细度小于50nm，制得组分A1纳米抗刮浆料；
步骤（2）制备组份A2：
将水性羟基丙烯酸分散体、消泡剂、润湿剂、助溶剂、触变剂、A1纳米抗刮浆料、紫外线助剂、去离子水依次加入搅拌罐至混合均匀，制得组份A2；
步骤（3）制备组份B：
按质量比称取水性异氰酸酯固化剂和助溶剂并搅拌混合均匀，制得组份B；
步骤（4）将所述组份A2与所述组份B按比例混合，搅拌均匀，得到水性纳米高抗刮清漆；加入适合去离子水稀释至喷涂黏度，喷板制板，烘烤60℃*4小时，放置7天后，再测试性能。
进一步的，上述的一种水性纳米高抗刮清漆的制备方法，步骤（1）中，所述纳米砂磨机要求缸体为碳化硅材质，锆珠粒径为0.05～0.6mm,采用离心分离系统，物料研磨和物料分离独立运行；研磨温度控制在45℃以下，浆料粘度控制在1500cps以内，记录出料时间及次数，在浆料变透明时，开始用纳米粒径测试仪测试并保存记录，直到最大粒径小于50nm。
本发明的优点及有益效果：
1、本发明引入了纳米抗刮浆料，通过纳米生产工艺的提升，纳米抗刮浆料中的石英粉达到纳米级后，通过分散剂的空间位阻稳定石英粉，防止其絮凝，进而提高透明度，光泽，抗刮性；因涂料粉体是纳米级，喷涂容易施工，且涂膜的表面细腻光滑效果较好；
2、本发明引入纳米生产工艺，通过对纳米研磨工艺，及对纳米材料和配方的研究，可以稳定的生产高质量纳米抗刮浆料。
具体实施方式
在具体实施过程中，一种水性纳米高抗刮清漆，包括组份A2和组份B，组份A2中包含组份A1；组份A2与组份B的质量比为(2～6)：1；
所述组份A1为纳米抗刮浆料；组份A1包括以质量比计的以下组份：石英粉60～80份，分散剂3～8份，消泡剂0.2～0.5份，去离子水5～10份；
组份A2包括以质量比计的以下组份：水性羟基丙烯酸分散体70～85份，消泡剂0.3～0.5份，润湿剂0.3～0.5份，助溶剂1～5份，触变剂0.1～1份，A1纳米抗刮浆料1～5份，紫外线助剂1～3份，去离子水10～15份；
组份B包括以质量比计的以下组份：水性异氰酸酯固化剂5～10份，溶剂1～3份。
一种水性纳米高抗刮清漆的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）制备组份A1：
准备搅拌机和搅拌罐，将去离子水加入搅拌罐中，边搅拌边依次加入分散剂和消泡剂至混合均匀；边搅拌边加入石英粉至均匀混合；将搅拌罐中物料移至纳米砂磨机，研磨至细度小于50nm，制得组分A1纳米抗刮浆料；所述纳米砂磨机要求缸体为碳化硅材质，锆珠粒径为0.05～0.6mm,采用离心分离系统，物料研磨和物料分离独立运行；研磨温度控制在45℃以下，浆料粘度控制在1500cps以内，记录出料时间及次数，在浆料变透明时，开始用纳米粒径测试仪测试并保存记录，直到最大粒径小于50nm。
步骤（2）制备组份A2：
将水性羟基丙烯酸分散体、消泡剂、润湿剂、助溶剂、触变剂、A1纳米抗刮浆料、紫外线助剂、去离子水依次加入搅拌罐至混合均匀，制得组份A2；
步骤（3）制备组份B：
按质量比称取水性异氰酸酯固化剂和助溶剂并搅拌混合均匀，制得组份B；
步骤（4）将所述组份A2与所述组份B按比例混合，搅拌均匀，得到水性纳米高抗刮清漆；加入适合去离子水稀释至喷涂黏度，喷板制板，烘烤60℃*4小时，放置7天后，再测试性能。
下面结合1个实施例和3个对比例对本发明的具体实施方式做进一步详细描述，以下的实施例是用于本发明的说明，但不能用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施中所述份数，如无特别指明，均为重量份。
对比例1～3与实施例1的区别在于，对比例1～3中抗刮助剂的添加量及添加量不同，料涂料制备工艺一致。
实施例1和对比例1～3中所用相关原材料均从商业途径购买，具体的来源如表1所示：
表1：原材料来源
原材料 牌号
水性羟基丙烯酸分散体 境好新材 AC1045
消泡剂 BYK-024
润湿剂 TEGO 4100
助溶剂 二丙二醇丁醚
紫外线助剂 TINUVIN 1130和TINUVIN 292
触变剂 Coapur XS 83
水性异氰酸酯固化剂 境好新材PUH2100
实施例1和对比例1～3中，各组份及含量，按质量份数计算，如表2所示：
表2：实施例1和对比例1～3的组份含量
A2组分组成（份） 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
水性羟基丙烯酸分散体 80 80 80 80
消泡剂BYK-024 0.3 0.3 0.3 0.3
润湿剂TEGO 4100 0.4 0.4 0.4 0.4
助溶剂 3 3 3 3
触变剂Coapur XS 83 0.3 0.3 0.3 0.3
A1纳米抗刮浆料 4 0 0 0
水性抗刮蜡浆BYK-1547 0 0 2 0
有机硅助剂BYK410 0 0 0 0.5
紫外线助剂UV1130 2 2 2 2
紫外线助剂UV292 0.8 0.8 0.8 0.8
去离子水 9.2 13.2 11.2 12.7
B组分组成（份）
水性异氰酸酯固化剂 32 32 32 32
丙二醇甲醚醋酸酯 8 8 8 8
表2中，实施例1中A1纳米抗刮浆料包括以质量比计的以下组份：石英粉75份，分散剂6份，消泡剂0.3份，去离子水8份。
对本实施例1和对比例1～3制备的水性纳米高抗刮清漆的力学性能及耐水性和耐盐雾性能参考HG/T 5367.1-2008轨道交通车辆用水性涂料进行测试，测试结果如表3所示：
表3：性能测试结果
相关性能 指标 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
涂膜状态 — 透明光亮 透明光亮 半透明偏哑光 透明光亮
适用期，h ≥2 3 3 3 3
贮存稳定性(50±2℃,30d) 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
干燥时间，表干,h ≤4 50min 55min 53min 52min
干燥时间，实干,h ≤24 5h 5.5h 5h 5h
弯曲试验/mm ≤2 1 1 1 1
杯突试验/mm ≥4 6 6 6 6
划格试验/级 ≤1 0 0 0 0
铅笔硬度（擦伤） ≥HB 3H H H H
耐溶剂擦拭性（丁酮50次） 通过 通过 通过 通过 通过
光泽（20°）/单位值 ≥80 82 82 76 81
耐磨性（500r/750g）/mg ≤30 2 24 16 20
划痕试验 通过 1500g通过 500g通过 700g通过 600g通过
耐水性，24小时 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
耐酸性（3%质量分数 H2SO4溶液,24h） 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
耐碱性（2%质量分数 NaOH溶液,24h） 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
耐热性（150℃/1h） 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
耐沾污性/级 ≤1 0 1 0 0
耐高低温循环交变试验（60个周期） 涂膜不起泡、不生锈、不开裂、不脱落；划叉试验≤1级 涂膜不起泡、不生锈、不开裂、不脱落；划叉试验0级 涂膜不起泡、不生锈、不开裂、不脱落；划叉试验0级 涂膜不起泡、不生锈、不开裂、不脱落；划叉试验1级 涂膜不起泡、不生锈、不开裂、不脱落；划叉试验0级
耐人工气候老化试验（1000h）/级 不起泡、不生锈、不开裂、不脱落 不起泡、不生锈、不开裂、不脱落 不起泡、不生锈、不开裂、不脱落 不起泡、不生锈、不开裂、不脱落 不起泡、不生锈、不开裂、不脱落
从实施例1以及对比例1～3可以看出，本发明参考HG/T 5367.1-2008标准测试，划痕试验、硬度和耐磨性有明显提高，光泽和透明度不受影响，并且其它性能也符合要求。对比例1不加抗刮助剂划痕试验和耐磨性最低，对比例2加入水性抗刮蜡浆影响了透明性和光泽；对比例3加入了有机硅助剂，涂膜透明性不影响，但是划痕试验、硬度和耐磨性提高不明显。
总结实施例1以及对比例1～3可以看出，对比例2、3是行业常规提高抗刮性和耐磨性的方法，但实施例1并非常规做法，该发明是结合纳米无机材料的特性，在达到纳米级别后，体现出透明，微球状，悬浮在涂膜表面及涂层中，不影响光泽，耐磨抗刮性突出。
本发明满足了行业对环保、性能的要求，符合产业升级的市场趋势，解决了行业痛点问题，对行业发展有积极推动作用。

Claims (6)

1.一种水性纳米高抗刮清漆，其特征在于，所述水性纳米高抗刮清漆包括组份A2和组份B，组份A2中包含组份A1；组份A2与组份B的质量比为(2～6)：1；
所述组份A1为纳米抗刮浆料；组份A1包括以质量比计的以下组份：石英粉60～80份，分散剂3～8份，消泡剂0.2～0.5份，去离子水5～10份；
组份A2包括以质量比计的以下组份：水性羟基丙烯酸分散体70～85份，消泡剂0.3～0.5份，润湿剂0.3～0.5份，助溶剂1～5份，触变剂0.1～1份，A1纳米抗刮浆料1～5份，紫外线助剂1～3份，去离子水10～15份；
组份B包括以质量比计的以下组份：水性异氰酸酯固化剂5～10份，溶剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种水性纳米高抗刮清漆，其特征在于，组份A1中，所述石英粉是以天然石英为原料，经过分选、清洗、干燥、破碎、提纯、研磨、分级工序加工而成的二氧化硅粉体材料；二氧化硅含量在99.5％以上，莫氏硬度7.0，折射率1.54～1.55，吸油量30g/100g，比重2.6g/cm3；
所述分散剂是一种带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液;
所述消泡剂是有机硅消泡剂。
3.根据权利要求1所述的一种水性纳米高抗刮清漆，其特征在于，组份A2中，所述的水性羟基丙烯酸分散体是具有核壳结构的高分子羟基丙烯酸树脂水分散体，使已经聚合的亲水单体更多的暴露在羟基丙烯酸树脂水分散体粒子的外表面，该分散体中引入高分子量高酸值丙烯酸树脂作为乳化剂，乳化剂酸值范围为200～300mgKOH/g，乳化剂分子量优选控制在10000～20000；
所述消泡剂是有机硅消泡剂；
所述润湿剂是聚醚改性硅氧烷；
所述触变剂是水性聚氨酯增稠剂；
所述A1纳米抗刮浆料的粒径达到纳米级，具有高透明，高抗刮，高硬度的特性；
所述紫外线助剂为羟基苯基苯并三唑光吸收剂和双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯受阻胺光稳定剂；
所述助溶剂是二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种水性纳米高抗刮清漆，其特征在于，组分B中，所述水性异氰酸酯固化剂是六亚甲基二异氰酸酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯固化剂，所述溶剂是丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇二醋酸酯中的一种或两种。
5.一种权利要求1～4任一权利要求所述的水性纳米高抗刮清漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）制备组份A1：
将去离子水加入搅拌罐中，再依次加入分散剂和消泡剂，之后加入石英粉至搅拌均匀；将搅拌罐中物料移至纳米砂磨机，研磨至细度小于50nm，制得组分A1纳米抗刮浆料；
步骤（2）制备组份A2：
将水性羟基丙烯酸分散体、消泡剂、润湿剂、助溶剂、触变剂、A1纳米抗刮浆料、紫外线助剂、去离子水依次加入搅拌罐至混合均匀，制得组份A2；
步骤（3）制备组份B：
按质量比称取水性异氰酸酯固化剂和助溶剂并搅拌混合均匀，制得组份B；
步骤（4）将所述组份A2与所述组份B按比例混合，得到水性纳米高抗刮清漆。
6.根据权利要求5所述的一种水性纳米高抗刮清漆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述纳米砂磨机要求缸体为碳化硅材质，锆珠粒径为0.05～0.6mm,采用离心分离系统，物料研磨和物料分离独立运行；研磨温度控制在45℃以下，浆料粘度控制在1500cps以内，记录出料时间及次数，在浆料变透明时，开始用纳米粒径测试仪测试并保存记录，直到最大粒径小于50nm。
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