汽車用單組份水性素色漆及其制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種汽車用單組份水性素色漆及其制備工藝。
【背景技術】
[0002] 目前我國汽車涂料仍以溶劑型為主，大量揮發性有機化合物（VOCs)在涂裝過程 中對生態環境造成了嚴重的污染，同時也對人類健康帶來了極大的危害。隨著人們環保意 識的提高，各國政府都出臺了相關的法規以限制VOCs的排放量。為了適應時代的發展，汽 車涂料正向環境友好型方向轉變，其中環境友好型涂料包括了水性涂料、粉末涂料、UV固化 涂料和高固體份涂料，而水性涂料是其中發展最快的一類。
[0003] 汽車涂料主要分為底漆、中涂、底色漆和罩光漆，底色漆又可分為素色漆和金屬閃 光漆，底色漆是所有涂層中VOCs排放量最大的，其有機溶劑含量高達85 %，施工固體份只 有15 %左右，占汽車車身涂裝所用各道涂層的VOCs總排放量的50 %左右。因此，國內外都 在研宄開發水性的汽車底色漆，以快速降低汽車涂料的VOCs排放量。
[0004] 聚氨酯水分散體（PUD)以其對生態環境的友好、在運輸和使用上的安全性等優 勢，越來越受到人們的關注，并逐漸被市場所接受。在聚氨酯水分散體中，以陰離子型的應 用較為廣泛，它是在聚氨酯（PU)鏈上引入陰離子基團，使其具有足夠的親水性而分散在水 中形成穩定的乳液。因此也被用來制備汽車用水性素色漆。
[0005] 汽車用水性素色漆具有以下幾個特點：①顏色眾多：大概包含65種顏色，可大致 分黑色、白色、紅色、橙色、黃色、綠色、藍色和紫色，其中每種顏色下又可再進行細分，如紅 色可分為帶鮮紅、亮紅、暗紅、紫相紅等；②汽車用單組份水性素色漆要求具有良好的施工 性、良好的物理機械性能以及良好的戶外耐水性、耐化性和耐候性；③汽車用水性素色漆要 求符合環保法規，其V0C排放必須< 420g/L。
[0006] 目前國內外關于汽車用水性素色漆的報道已有很多，但大多存在三個問題：①使 用丙烯酸乳液作為主體樹脂的水性素色漆，儲存穩定性差，丙烯酸乳液對色漿的展色力差， 而且丙烯酸乳液的藍光常影響素色漆的色相。②使用聚氨酯水分散體作為主體樹脂的水性 素色漆，所用的聚氨酯水分散體與各類樹脂、色漿和助劑的相容性并不理想，所以制備出的 素色漆穩定性較差；③用一般的聚氨酯水分散體制備的素色漆的物理機械性能、耐水性、耐 化性以及耐候性方面都存在一定缺陷。
【發明內容】
[0007] 為解決上述問題，本發明的提供一種汽車用單組份水性素色漆及其制備工藝。
[0008] 本發明的汽車用單組份水性素色漆，由以下重量百分比的組分組成：
[0009] 陰離子型聚氨酯水分散體 50-70%
[0010] 色漿 20-45% 基材潤濕劑 0.1-10% 消泡劑 0.2-1% 增稠劑 0.2-1%。
[0011] 其中陰離子型聚氨酯水分散體可加快素色漆的干燥速度，同時為素色漆膜提供優 異物理機械性能、耐水性、耐化性和耐候性；色漿可以為素色漆提供各類顏色，可以是常用 的各種顏色的色漿；基材潤濕劑可幫助素色漆在各類基材上更好的潤濕流平；消泡劑可幫 助素色漆快速消去攪拌過程中產生的氣泡；增稠劑可以增大素色漆的粘度，保證其儲存穩 定性。
[0012] 優選地，所述陰離子型聚氨酯水分散體按照重量百分比，是由5?30%預聚物單 體、0?30%聚碳酸醋二醇、20?45%聚醋二元醇、1?5%擴鏈單體、0. 1?3%的交聯單 體、10?40%的二異氰酸酯單體合成的；其中所述的預聚物單體是由酯類單體和羧酸單體 合成，且帶有伯羥基、腫羥基和大位阻側基。帶有大位阻側基的預聚物單體可以降低聚氨酯 的粘度，有利于聚氨酯的乳化，使得所生產的聚氨酯涂料產品具有優異的耐水性和耐化性。
[0013] 進一步優選地，所述酯類單體是叔碳酸縮水甘油酯，所述羧酸單體是二羥甲基丙 酸（DMPA)和/或二羥甲基丁酸（DMBA)。其中二羥甲基叔碳酸酯可以為陰離子型聚氨酯水 分散體提供大位阻側基，可在合成時大幅度降低聚氨酯粘度；同時提高得到的陰離子型聚 氨酯水分散體的耐水性和耐化性。進一步優選地，合成得到的預聚物單體的酸值< 7mgK0H/ g°
[0014] 聚碳酸酯二醇和聚酯二元醇為軟組分，其中聚碳酸酯二醇為提高陰離子型聚氨酯 水分散體的物理機械性能、耐水性、耐化性和耐候性；聚酯二元醇為提高陰離子型聚氨酯水 分散體的柔韌性，與其他類型樹脂、各類色漿、助劑的相容性；及提供水溶性；具體如磺酸 鹽聚酯二醇等具有親水基團的聚酯二元醇。
[0015] 優選地，所述二異氰酸酯單體為分子鏈末端具有兩個異氰酸根、鏈中不帶有苯環 的、脂肪族或脂環族二異氰酸酯單體。優選地為異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)、二環己基甲烷 二異氰酸酯（HMDI)、環己烷二亞甲基二異氰酸酯（HXDI)和甲苯二異氰酸酯（TDI)。
[0016] 擴鏈單體、交聯單體、催化劑和助溶劑可選用本領域技術人員熟知的常用物質，如 擴鏈單體可選用乙二醇、乙二胺、1，4-丁二醇等。交聯單體可以為三羥甲基丙烷（TMP)、丙 三醇、季戊四醇和雙季戊四醇等常用的合成陰離子聚氨酯水分散體的交聯單體。催化劑可 以從叔胺催化劑、哌嗪衍生物催化劑、嗎啉類催化劑、咪唑衍生物類催化劑或有機金屬催化 劑中選擇任意一種。助溶劑可以是常用的N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮等。
[0017] 優選地，所述基材潤濕劑為氟碳改性丙烯酸酯或聚硅氧烷類潤濕劑，如常見的商 品牌號為TEG0-500、AFC0NA-3570 或AFC0NA-3585 等的產品。
[0018] 優選地，所述消泡劑可以為天然油脂、聚醚類消泡劑、高碳醇消泡劑、硅類消泡劑、 聚醚改性硅類消泡劑或自乳化消泡劑。如TEG0-810、TEG0-822、TEG0-830等。
[0019] 所述增稠劑為聚醚聚氨酯類增稠劑、聚丙烯酸酯類增稠劑或締合型聚氨酯增稠 劑，如常見的海明斯-299、海明斯-1070等系列增稠劑。
[0020] 本發明還提供了上述含有陰離子型聚氨酯水分散體的汽車用單組份水性素色漆 的制備工藝，具體包括步驟：首先將陰離子型聚氨酯水分散體加入反應釜，在500?700r/ min攪拌條件下加入色漿，分散3?lOmin;然后依次加入基材潤濕劑、消泡劑和增稠劑， 每種助劑加入后都需要攪拌3?lOmin，方可加入下一個助劑；所有助劑加完后攪拌5? 15min，最后靜置消泡、過濾出料。
[0021] 本發明的有益效果是：本發明的陰離子型聚氨酯水分散體搭配相應的助劑制備的 汽車用