一種汽車用單組份水性金屬閃光漆及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬有機高分子材料制備技術領域，涉及一種含具有IPN結構的無溶劑的陰 /非離子型PUA的汽車用單組份水性金屬閃光漆及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚氨酯水分散體（PU)具有優異的耐磨性、柔韌性、附著力和耐化性，但其自增稠 性差、固含量低、耐水性和光澤度不佳。丙烯酸酯水分散體（PA)具有優良的耐水性、耐候 性和物理機械性能，但柔韌性、耐磨性、耐化性較差，如將二者的優點有機結合，形成優勢互 補，可使材料的綜合性能得到顯著提高。PUA是將聚丙烯酸酯和聚氨酯兩類聚合物在微觀狀 態下制備得到的雜合水分散體，其兼具PU和PA的優點，是目前研宄最為廣泛的雜合水分散 體樹脂。
[0003] 目前我國的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，各國政府都出臺了大量相關的法規以限制VOCs的排放量。為了順應時代的發 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。
[0004] 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。
[0005] 目前國內外很多專業期刊雜志上有關于水性金屬閃光漆的報道，而且像杜邦、阿 克蘇和PPG都有相應的產品在市場上銷售，但這些產品都有其缺陷：⑴漆膜的耐水性、耐化 性和耐候性均達不到溶劑型金屬閃光漆的水平；⑵漆膜的物理機械性能較溶劑型金屬閃光 漆差；⑶溶劑含量達到15% -25%，雖遠低于溶劑型金屬閃光漆，但仍然處于較高水平；(4) 當使用丙烯酸乳液作為主體樹脂時，制備的金屬閃光漆噴涂所得的濕漆膜會帶藍光，而干 燥后藍光消失，從而導致漆膜的干濕度差異明顯，不利于調色人員調色。
【發明內容】
[0006] 本發明的一個目的是提供一種具有優異的儲存穩定性，良好的物理機械性能、耐 水性、耐酸性、耐堿性和耐候性，具有IPN結構的無溶劑的陰/非離子型水性聚氨酯-丙烯 酸酯接枝共聚物的合成配方及其合成工藝。
[0007] 本發明的另一個目的是提供一種含具有IPN結構的無溶劑的陰/非離子型水性聚 氨酯-丙烯酸酯接枝共聚物的汽車用單組份水性金屬閃光漆的制備配方及其制備工藝。
[0008] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0009] 一種含具有IPN結構的無溶劑的陰/非離子型PUA的汽車用單組份水性金屬閃光 漆的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0010] ⑴制備具有IPN結構的無溶劑的陰/非離子型PUA:①將組分a加入反應釜，升溫 至130-140°C，然后往反應釜中滴加組分b、組分c、組分d、組分e以及引發劑和鏈轉移劑的 混合物，通過本體聚合方法合成PA預聚物，至單體轉化率高于98 %進入下一階段；②降溫， 然后將組分f、組分g、組分h、組分i、組分j及催化劑混合均勻，加入PA預聚物中，待NCO 值達到預定值后進入下一階段；③加入胺中和劑中和，加入去離子水乳化；
[0011] ⑵制備含具有IPN結構的無溶劑的陰/非離子型PUA的汽車用單組份水性金屬閃 光漆：在含IPN結構的無溶劑的陰/非離子型PUA中加入助劑、助溶劑、鋁粉漿、去離子水和 胺中和劑，攪拌均勻，靜置過濾后得到水性金屬閃光漆；其中，
[0012] 組分a是粘度低、帶有叔碳酸酯基和環氧基的活性稀釋劑，其用量為混合單體a-j 總質量的5%-20% ;
[0013] 組分b是帶有羧基和大位阻基團的丙烯酸酯類單體，其用量為混合單體a-j總質 量的 5% -20% ;
[0014] 組分c是其均聚物玻璃化轉變溫度（Tg)高于20°C、能提高漆膜硬度的甲基丙烯酸 酯類單體，其用量為混合單體a-j總質量的5% -20% ;
[0015] 組分d是帶有非離子親水側鏈的丙烯酸酯單體，其用量為混合單體a-j總質量的 5% -20%；
[0016] 組分e是至少帶有三個不飽和雙鍵的丙烯酸酯單體，其用量為混合單體a-j總質 量的0. 1% -3% ;
[0017] 組分f是作為PU軟組分、數均分子量為1000-2000的聚碳酸酯二元醇，其用量為 混合單體a-j總質量的0% -40%;
[0018] 組分g是作為TO軟組分、數均分子量為1000-2000、分子鏈上帶有親水基團的聚己 內酯二元醇，其用量為混合單體a-j總質量的10% -50% ;
[0019] 組分h是作為PU硬組分，帶有非離子親水側鏈段、主鏈末端為二羥基的親水單體， 其用量為混合單體a-j總質量的10% -30% ;
[0020] 組分i是帶有至少三個羥基或胺基的交聯單體，其用量為混合單體a-j總質量的 0. 1% -3%；
[0021] j是作為PU硬組分、分子結構中不帶苯環的、耐候性好的脂肪族單體或脂環族二 異氰酸酯單體，其用量為混合單體a-j總質量的10% -30%。
[0022] 優選的，所述粘度低、帶有叔碳酸酯基和環氧基的活性稀釋劑是叔碳酸縮水甘油 酯。
[0023] 優選的，所述帶有羧基和大位阻基團的丙烯酸酯類單體是鄰環己二酸甲 基_2_[(1_氧代-2-丙烯基）氧基]乙基]醋。
[0024] 優選的，所述甲基丙烯酸酯類單體是甲基丙烯酸甲酯（MMA)。
[0025] 優選的，所述帶有非離子親水側鏈的丙烯酸酯單體是2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯、 乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、三乙二醇單甲醚丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇400丙烯酸酯和 甲氧基聚乙二醇550丙烯酸酯中的一種或幾種的混合物。
[0026] 優選的，所述至少帶有三個不飽和雙鍵的丙烯酸酯單體是三羥甲基丙烷三丙烯酸 酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和三季戊四醇八丙烯酸酯中 的一種或其中幾種的混合物。
[0027] 優選的，所述合成PA預聚物過程中所用的引發劑是偶氮類引發劑或過氧化物類 引發劑，其用量為混合單體a-j總質量的0. 1% -2%。
[0028] 優選的，所述合成PA預聚物過程中所用的過氧化物類引發劑是過氧化二叔戊基。
[0029] 優選的，所述合成PA預聚物過程中所用的鏈轉移劑是硫醇類鏈轉移劑，其用量為 混合單體a-j總質量的0. 1 % -2%。
[0030] 優選的，所述聚己內酯二元醇所帶的親水基團是羧基、磺酸鹽基或親水醚鏈中的 一種。
[0031] 優選的，所述帶有非離子親水側鏈段、主鏈末端為二羥基的親水單體是數均分子 量為1000的二羥甲基丙酸聚乙二醇單甲醚酯。
[0032] 優選的，所述至少帶有三個羥基的交聯單體是三羥甲基丙烷。
[0033] 優選的，所述脂肪族或脂環族二異氰酸酯是異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI)、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)中的一種或其中幾種的混 合物。
[0034] 優選的，所述合成TO預聚物所用的催化劑是叔胺催化劑、哌嗪衍生物催化劑、嗎 啉類催化劑、咪唑衍生物類催化劑和有機金屬催化劑中的一種。
[0035] 優選的，所述合成TO預聚物所用的有機金屬催化劑是有機鉍催化劑。
[0036] 優選的，所述合成PUA過程中所用的胺中和劑是氨水、三乙胺和二甲基乙醇胺中 的一種，其用量為混合單體a-j總質量的0. 1% -3%。
[0037] 優選的，PA預聚物所帶的仲羥基和PU預聚物所帶的異氰酸酯基的物質的量比為 1. 2-1. 7:1，羥基過量。
[0038] 優選的，具有IPN結構的無溶劑的陰/非離子型PUA的合成過程是：①制備PA預 聚物：首先把組分a加入反應釜，升