一种具有高排布效果的水性基色漆及其制备方法和应用与流程

本技术属于涂料，特别涉及一种具有高排布效果的水性基色漆及其制备方法和应用。

背景技术：

1、汽车涂层为车体提供防腐、外观、耐介质以及耐老化方面的功能。为了获得更加丰富的视觉效果，越来越多的效应颜料被用在汽车基色漆（闪光漆）涂层中。在溶剂型闪光漆体系中，金属感效果比较容易获得，这得益于溶剂型闪光漆的低固含和溶剂快速挥发特性，使得涂料中的金属铝片在湿膜状态下体积收缩的过程中快速排布定型，从而获得类似电镀银的外观效果。在水性闪光漆体系中，水作为主要的分散介质无法像溶剂型体系一样快速挥发，从而很难获得理想的排布效果。

2、目前，公开号为cn103319965a的发明专利提到了一种汽车用水性基色漆的制备方法，但是这类水性基色漆并不能提供金属颜料的高排布效果。公开号为cn115646772a的发明专利提到了一种仿电镀银效果的金属漆涂层体系，但是该涂层体系的应用具有明显的局限性。比如，需要依靠底涂层与金属漆涂层之间的含水量差异，对金属漆涂层所含的水分进行快速“吸收”，造成金属漆涂层的体积快速压缩，从而压迫铝片排布。这种含水量差异的设计会导致底涂层的流平性受到影响，从而影响复合涂层的外观。另外，这种设计并不适用于传统型三涂两烘工艺(3c2b)。公开号为cn115702220a的发明专利提到了一种光亮性颜料分散体，其核心是利用磺酸改性纤维素纳米纤维提供片状颜料的排列效果，但这种纳米纤维在与涂料的成膜物质进行混合时极易发生絮凝，这种絮凝对涂料在车身上的应用是致命的。

3、因此，如何获得高排布效果的水性基色漆是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种具有高排布效果的水性基色漆及其制备方法和应用。该水性基色漆具有优异的效应颜料排布效果，同时形成的涂层具备优异的抗冲击、耐水和耐老化性能。

2、本技术的第一方面，提供一种具有高排布效果的水性基色漆，按照质量份数计，所述水性基色漆包括以下原料：改性纤维素纳米纤维20份-28份、效应颜料1份-5份、水性树脂3份-30份、交联剂1.5份-5份、中和胺0.1份-1份、助剂0.1份-3份和溶剂1份-50份；

3、所述改性纤维素纳米纤维含有亲水性聚醚链段，所述亲水性聚醚链段的数均分子量小于12000。

4、在一些实施方式中，所述亲水性聚醚链段包括聚氧乙烯链段或聚氧丙烯链段。

5、在一些实施方式中，所述亲水性聚醚链段的数均分子量（mn）为300-10000；优选为500-5000，进一步优选为500-2000。亲水性聚醚链段的数均分子量小于300时，改性纤维素纳米纤维与水性树脂基体的混溶性改善不明显，改性纤维素纳米纤维的抗絮凝性得不到体现；亲水性聚醚链段的数均分子量大于10000时，改性纤维素纳米纤维的亲水性太强，导致漆膜的耐水性受到严重降低。

6、在一些实施方式中，所述改性纤维素纳米纤维为tempo氧化纤维素纳米纤维经过聚氧乙烯醚或聚氧丙烯醚接枝改性得到。本技术优选2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（tempo）自由基选择性氧化法制备的纤维素纳米纤维，这类纤维素纳米纤维也可以是市售的商品，如日本第一工业制药株式会社的rheocrysta系列。

7、在一些实施方式中，所述聚氧乙烯醚或聚氧丙烯醚具有单端环氧基。

8、在一些实施方式中，所述tempo氧化纤维素纳米纤维的羧基含量为0.5-3.0mmol/g；优选为1.0-2.0mmol/g。本技术通过控制羧基含量能够达到更好的抗絮凝效果以及后续的改性。

9、本技术选用与纤维素纳米纤维分子链段上的羧基具有反应活性的亲水性功能聚合物，优选带有亲水性链段的功能性聚合物，例如聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚；更为优选的是具有单端环氧基的聚氧乙烯醚。本技术通过亲水性聚醚链段的接枝改性，在原离子化结构的基础上增加了纳米纤维的空间位阻效应，实现了更加稳定的结构状态。亲水性聚醚链段与树脂基体具有非常优异的混溶性，通过接枝改性，可以使纳米纤维更好地融合在基体树脂中，避免絮凝。

10、在一些实施方式中，所述改性纤维素纳米纤维的改性机理如下所示：

11、。

12、在一些实施方式中，所述改性纤维素纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

13、将tempo氧化纤维素纳米纤维、四丁基溴化铵和水混合，搅拌分散，加热，30min内逐步滴加完单端环氧基聚氧乙烯醚，保温，得到改性纤维素纳米纤维分散液。

14、在一些实施方式中，所述改性纤维素纳米纤维的制备方法中，所述tempo氧化纤维素纳米纤维、四丁基溴化铵和水的质量份比为（90-100）：0.01：（0.1-0.5）；优选为（92-98）：0.01：（0.1-0.3）；更优选为（94-96）：0.01：（0.15-0.25）。

15、在一些实施方式中，所述改性纤维素纳米纤维的制备方法中，所述加热的温度为60-100℃。

16、在一些实施方式中，所述改性纤维素纳米纤维的制备方法中，所述保温的时间为6-10h。

17、在一些实施方式中，所述改性纤维素纳米纤维的固体份为1%-5%；优选为3%-5%。

18、本技术中的效应颜料是指在涂层中提供带有珠光质感或金属质感的一类颜料的总称。

19、在一些实施方式中，所述效应颜料的d50粒径为1-50μm。

20、在一些实施方式中，所述效应颜料的厚度为0.02-0.5μm。

21、在一些实施方式中，所述效应颜料包括铝粉颜料和珠光类颜料。

22、铝粉颜料的获得可以是铝锭通过球磨机的粉碎和研磨来获得，也可以通过在片状基材上金属的气相沉积所获得的金属镀层的片状颜料。

23、作为一种更加优化的方案，所述铝粉颜料在使用时需要考虑水解稳定性，可以对铝粉表面进行钝化处理。更进一步的，优先使用二氧化硅表面包覆的铝粉颜料。

24、为了获得理想的外观效果，所述铝粉颜料的d50粒径优选为1-50微米，更优选为5-25微米。铝粉颜料的厚度优选为0.01-1.0微米，更为优选的厚度为0.02-0.5微米。铝粉颜料的d50粒径大于25微米时，色漆涂层在罩光之后，整体外观毛刺感会容易显现。铝粉颜料粒径小于5微米时，涂层的金属感会下降。铝粉颜料的厚度低于0.02微米时，涂料在管路中的循环稳定性会急剧下降（涂料在输调漆管路中流动，会受到泵的剪切）。

25、珠光类颜料优选利用金属氧化物沉积在片状基材上形成的一类效应颜料，片状基材包括半透明至透明状的基材，优选天然云母基材、人工云母基材、玻璃基材、二氧化硅、氧化铝等半透明至透明基材。片状基材也包括非透明型的基材，如金属铝基材等等。

26、为了获得理想的外观效果，所述珠光类颜料的d50粒径优选为1-50微米，更优选为5-25微米。珠光颜料的厚度优选为0.05-1.0微米，更为优选的厚度为0.03-0.5微米。珠光颜料的d50粒径大于25微米时，色漆涂层在罩光之后，整体外观毛刺感会容易显现。珠光颜料的d50粒径小于5微米时，涂层的金属感会下降。珠光颜料的厚度低于0.03微米时，涂料在管路中的循环稳定性会急剧下降（涂料在输调漆管路中流动，会受到泵的剪切）。

27、本技术中的水性树脂可以是水分散型的聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂或者丙烯酸改性聚氨酯树脂等等，或者是针对上述树脂改性后的复合型树脂。作为优选，选择聚氨酯树脂和丙烯酸树脂的混合物共同作为成膜物质具有更好的耐化学品性以及储存稳定性。

28、本技术中的交联剂可以是甲醚化氨基树脂、甲醚丁醚混醚化氨基树脂，也可以是具有水分散功能的封闭型异氰酸酯固化剂。交联剂可以是以上所述的任意一种或者两种及两种以上的复配。

29、在一些实施方式中，所述助剂包括增稠剂和润湿流平剂。

30、本技术中的增稠剂是所述水性基色漆中用以调节涂料粘度特性的一类助剂。

31、增稠剂可以是纤维素醚类型的水性增稠剂，这类增稠剂的代表，如羟乙基纤维素（hec）、甲基纤维素（mc）、羧甲基纤维素（cmc）等等。这类增稠剂可以单独使用，亦可以是其中的一种或多种混合使用。

32、增稠剂可以是碱溶胀型水性增稠剂，这类增稠剂的代表，如碱溶胀丙烯酸类（ase碱溶胀乳液）、疏水改性碱溶胀丙烯酸类（hase疏水改性碱溶胀乳液）等等。这类增稠剂可以单独使用，亦可以是其中的一种或多种混合使用。

33、增稠剂可以是缔合型聚氨酯增稠剂，这类增稠剂的代表如市面上常见的疏水改性乙氧基聚氨酯（heur）。

34、增稠剂可以是膨润土类型的无机增稠剂，作为典型的代表如层状硅酸盐类型的无机增稠剂硅酸镁锂。

35、本技术所述增稠剂可以是以上不同类型的一种或几种复配而成的复合增稠剂。作为优选方案，优选无机增稠剂与碱溶胀型水性增稠剂进行复配使用。作为更优选的方案，优选无机增稠剂与碱溶胀型水性增稠剂以及聚氨酯增稠剂进行复配使用。

36、本技术所述的润湿流平剂，不仅为水性基色漆中效应颜料提供润湿分散的效果，也为水性基色漆在被涂覆物表面进行均匀铺展提供动力。作为润湿流平剂的代表类型，如有机硅类型的润湿流平剂、氟类润湿流平剂、炔二醇类润湿流平剂、丙烯酸类润湿流平剂等等。本技术所述的表面润湿剂，可以是以下类型中一种或多种类型的组合。

37、本技术所述水性基色漆除效应颜料之外，还可根据颜色需要添加着色颜料。这类着色颜料是汽车涂料行业类公认的具有优异老化性能的不同色系的颜料。这些颜料可以单独使用，也可以两种或两种以上组合使用。作为所述着色颜料，例如可以列举出以下类型：酞菁类颜料、喹吖啶酮类颜料、偶氮系颜料、异吲哚啉酮类颜料、苝系颜料、二噁嗪类颜料、吡咯并吡咯二酮类颜料等等。

38、在一些实施方式中，所述水性基色漆的固体份为15%-22%。

39、本技术的第二方面，提供一种多层涂膜，由内至外依次包括由中涂漆形成的中涂层、由本技术第一方面所述水性基色漆形成的颜色效果涂层，以及由清漆形成的透明层。

40、在一些实施方式中，所述中涂层的干膜厚度为28-30μm。

41、在一些实施方式中，所述颜色效果涂层的干膜厚度为13-15μm。

42、在一些实施方式中，所述透明层的厚度为50-55μm。

43、本技术的第三方面，提供本技术第一方面所述的水性基色漆或本技术第二方面所述的多层涂膜在汽车涂装中的应用。

44、本技术所述水性基色漆通过以下多层涂膜的工艺实现最终的高排布效果：

45、本技术所述水性基色漆，适配汽车涂装行业传统的三涂两烘工艺（3c2b）；涂覆在经过固化的中涂层上，在50-100℃条件下进行脱水闪干，闪干时间优选为2-10分钟。在闪干后的金属漆上涂覆透明清漆，并与金属漆同时固化，固化温度优选为120-160℃，固化时间优选为10-60min，从而完成车身的完整涂装过程。

46、相对于现有技术，本技术的有益效果如下：

47、本技术提供的水性基色漆，通过采用含有亲水性聚醚链段的改性纤维素纳米纤维，改善纳米纤维在混合体系中的稳定性以及与水性树脂之间的混溶性，防止纤维素纳米纤维在涂料体系中絮凝，从而达到效应颜料排布效果与应用性能的平衡。