一种水性涂料、其制备方法及其应用与流程

本技术属于水性涂料，具体涉及一种水性涂料、其制备方法及其应用。

背景技术：

1、近年来环保要求日渐严苛，汽车紧凑涂装工艺作为节能环保型新兴表面处理解决方案，由于缩短了中涂的烘干，生产效率高，目前在很多在涂装线上获得广泛应用，并且每年还在以较高的增长率在逐步扩张。

2、标准的汽车涂料施工温度为22-24℃，相对湿度为55-65rh％，冬季低温高湿，温度会控制在20℃以上，湿度控制在70rh％以下。夏季高温低湿，温度控制在25℃以下，湿度控制在50rh％以上。但是在西北地区的涂装车间，由于地理原因和温湿度控制设备老旧的原因，夏季温度常年在27-30℃，相对湿度在40-50rh％。这样的环境下，中涂外观差，橘皮严重，长短波数据不能满足质量要求。

3、因此，亟需开发一种在高温低湿环境下外观稳定的水性涂料。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术提供了一种水性涂料、其制备方法及其应用，可以克服现有技术中的水性中涂涂层的环境敏感性差的问题，在高温低湿环境下依然能有好的外观表现。

2、为此，本技术提供如下技术方案：

3、本发明提供一种水性涂料，包括如下重量份的原料：

4、水性丙烯酸树脂10-30份，水性聚氨酯树脂10-35份，水性聚氨酯改性丙烯酸5-15份，氨基树脂5-15份，成膜助剂5-15份，水5-15份，色浆20-50份，其他功能助剂1-8份。

5、在一些可选地实施方式中，水性丙烯酸树脂可以为10份，12份，16份，20份，25份，30份，或处于以上任何数值所组成的范围内；

6、在一些可选地实施方式中，水性聚氨酯树脂可以为10份，15份，25份，30份，35份，或处于以上任何数值所组成的范围内；

7、在一些可选地实施方式中，水性聚氨酯改性丙烯酸可以为5份，7份，9份，11份，13份，15份，或处于以上任何数值所组成的范围内；

8、在一些可选地实施方式中，氨基树脂可以为5份，7份，9份，11份，13份，15份，或处于以上任何数值所组成的范围内；

9、在一些可选地实施方式中，成膜助剂可以为5份，7份，9份，11份，13份，15份，或处于以上任何数值所组成的范围内；

10、在一些可选地实施方式中，水可以为5份，7份，9份，11份，12份，13份，15份，或处于上述任何数值所组成的范围内；

11、在一些可选地实施方式中，色浆可以为20份，25份，30份，35份，40份，45份，50份，或处于以上任何数值所组成的范围内；

12、在一些可选地实施方式中，其他功能助剂可以为1份，3份，4份，5份，6份，7份，8份，或处于以上任何数值所组成的范围内。

13、在一些可选地实施方式中，所述的水性涂料包括如下重量份的原料：

14、水性丙烯酸树脂15-20份，水性聚氨酯树脂10-15份，水性聚氨酯改性丙烯酸10-15份，氨基树脂8-12份，成膜助剂10-15份，水10-15份，色浆30-40，其他功能助剂5-7份。

15、在一些可选地实施方式中，所述水性丙烯酸树脂的固含量为20wt％-50wt％可以为20wt％，25wt％，30wt％，35wt％，40wt％，45wt％，50wt％或处于以上任何数值所组成的范围内；

16、在一些可选地实施方式中，所述水性丙烯酸树脂ph值为7.0-9.0，23℃下的粘度范围10-1000mpa·s，包括但不限于湛新setal 6801，6802，6803，万华工业化产品wantipro0678，lacper 4702，antkote 2042等。

17、在一些可选地实施方式中，所述水性聚氨酯树脂的固含量为30wt％-50wt％，固含量可以为30wt％，35wt％，40wt％，45wt％，50wt％，或处于以上任何数值所组成的范围内；所述水性聚氨酯树脂，ph范围7.0-9.0，23℃下的粘度范围10-1000mpa·s，包括但不限于湛新daotan 6450，万华工业化产品wantipro 0336，crysol 6526等。

18、本技术中，所述水性聚氨酯改性丙烯酸包括重均分子量8000-30000的水性聚氨酯链段和重均分子量700000-1200000的丙烯酸链段。

19、本技术中的水性聚氨酯改性丙烯酸具有两段分子量分布，其中一段为重均分子量8000-30000的水性聚氨酯分布链段，一段为重均分子量700000-1200000的丙烯酸聚合物链段。

20、本技术中，所述水性聚氨酯改性丙烯酸是重均分子量8000-30000的水性聚氨酯两亲性乳化丙烯酸单体，然后通过爆聚法合成重均分子量700000-1200000的丙烯酸聚合物，两者同时进行水分散，得到具有互传网络结构的水性聚氨酯改性丙烯酸，该种工艺得到的产品相较于将重均分子量8000-30000的水性聚氨酯乳液和重均分子量700000-1200000的水性丙烯酸乳液物理共混，装置成本低，工艺过程中丙烯酸单体可以起到调整预聚体粘度的作用，有效的减少了溶剂添加，更加环保，得到的最终产品在解决中涂施工性的同时，也具有更好的相容性和稳定性。

21、在一些可选地实施方式中，所述水性聚氨酯改性丙烯酸包括如下质量百分含量的原料：20％-28％多元醇、10％-16％异氰酸酯、3％-7％亲水单体、0.05％-0.5％催化剂、0％-5％扩链剂、40-60％丙烯酸或其酯类单体，引发剂0.2-2％，中和剂0％-2％，以树脂固体份为100％计算。

22、在一些可选地实施方式中，所述水性聚氨酯改性丙烯酸还包括0-10wt％的有机溶剂和/或40-70wt％的水。

23、在一些可选地实施方式中，所述水性聚氨酯改性丙烯酸还包括0-7wt％的封端剂，可调节树脂的分子量。

24、在一些可选地实施方式中，所述封端剂选自羟乙基丙烯酸酯，羟丙基丙烯酸酯，3,5-二甲基吡唑等中的一种或多种。

25、在一些可选地实施方式中，所述水性聚氨酯改性丙烯酸的固含量为30-50％；

26、和/或，所述的多元醇包括聚酯型多元醇、聚醚型多元醇、聚碳酸酯型多元醇中的至少一种；

27、和/或，所述的异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、氢化1，6-己二异氰酸酯中的至少一种；

28、和/或，所述的亲水单体包括含有羟甲基的羧酸，可选地，包括二羟甲基丙酸，二羟甲基丁酸中的至少一种；

29、和/或，所述的催化剂包括二月桂酸二异丁基锡、二丁基锡、辛酸亚锡；

30、和/或，所述扩链剂为多胺扩链剂，可选地，包括二乙烯三胺，三乙烯四胺，聚丙烯二醇基聚醚胺(例如jeffamine t-403)或四乙烯五胺的至少一种；

31、和/或，所述丙烯酸或其酯类单体，包括丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂醇酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种；

32、优选地，所述丙烯酸或其酯类单体包括软单体、硬单体和交联单体，其中，所述硬单体包括丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；

33、所述软单体包括丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂醇酯中的一种或多种；

34、所述交联单体包括乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种；

35、优选地，以丙烯酸或其酯类单体的总质量为100％计，其中，软单体的质量为50-75％、硬单体的质量为20-40％，交联单体的质量为0-10％。

36、和/或，所述中和剂为有机胺类中和剂，包括但不限于三乙胺、n,n—二甲基乙醇胺等。

37、和/或，所述有机溶剂是为了将亲水单体溶解，包括但不限于丙酮、n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮等；

38、本发明中，引发剂引发体系为氧化还原体系；

39、优选地，所述氧化剂包括过硫酸氨、过硫酸钠、过硫酸钾过氧化二叔丁基、过氧化氢、异丙苯过氧化氢和叔丁基过氧化氢中的一种或多种，进一步优选叔丁基过氧化氢；

40、优选地，所述还原剂包括硫酸亚铁、硝酸银、硫醇、氯化亚铁、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和异抗坏血酸中的一种或多种，进一步优选异抗坏血酸；在一些可选地实施方式中，水性聚氨酯改性丙烯酸的制备方法包括如下步骤：

41、s11，将多元醇、亲水单体、任选的有机溶剂、任选的封端剂混合；

42、s12，向上述体系中加入异氰酸酯和催化剂，进行氨基甲酸酯化反应，得到聚氨酯预聚物；

43、s13，向所得聚氨酯预聚物中加入丙烯酸或其酯类单体，混合均匀后，加入引发剂爆聚得到聚氨酯改性丙烯酸树脂。

44、s14，可选地向聚氨酯改性丙烯酸树脂中加入中和剂中和，加入水进行分散，可选的加入扩链剂保温反应，得到水性聚氨酯改性丙烯酸。

45、优选地，步骤s11中的混合温度为60-70℃；

46、优选地，步骤s12中氨基甲酸酯化反应的反应温度为85-95℃；

47、优选地，步骤s13中，爆聚反应温度为60-75℃。

48、具体地，所述水性聚氨酯改性丙烯酸的制备方法可以包括：在氮气流下向插入有搅拌机、回流冷凝管及温度计的反应容器中投入多元醇，亲水单体及有机溶剂之后，加热搅拌，使亲水单体溶解。加入异氰酸酯，催化剂，加热进行氨基甲酸酯化反应，得到聚氨酯预聚物。氨基甲酸酯化反应结束时的游离异氰酸基含有比例＜2.7％。向反应混合物中加入丙烯酸或其酯类单体，搅拌降温到15-35℃，保持20-60min，加入引发剂，升温至60-75℃保持1-3h，向其中添加中和剂，在搅拌下加入水进行分散，任选的加入扩链剂保温反应，脱除部分有机溶剂和水，得到一定固含量的水性聚氨酯改性丙烯酸。

49、在一些可选地实施方式中，所述氨基树脂如cymel 327或cymel 1158

50、和/或，所述成膜助剂包括乙二醇丁醚，二乙二醇丁醚，丙二醇甲醚，丙二醇丁醚中的一种或多种；

51、在一些可选地实施方式中，所述其他功能助剂包括：ph调节剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂中的至少一种；

52、可选地，所述其他功能助剂中包括ph调节剂0-2份、润湿剂0-2份、消泡剂0-2份、增稠剂0-2份。

53、本技术中，上述其他功能助剂均为领域内常规的，本领域技术人员可根据产品需求选择添加。典型非限定性地，所述ph调节剂包括但不限于二甲基乙醇胺(dmea)、amp-95、三乙胺中的至少一种；所述润湿剂包括但不限于byk-346，byk-348中的至少一种；所述消泡剂包括但不限于byk-011，byk-015中的至少一种；所述增稠剂包括但不限于vesmody u300，vesmody u505中的至少一种。

54、本发明还提供一种上述的水性涂料的制备方法，包括如下步骤：

55、s1，将水性丙烯酸树脂，水性聚氨酯树脂，水性聚氨酯改性丙烯酸、氨基树脂与水混合，得到混合乳液；

56、s2，将所得混合乳液，加入成膜助剂和其他功能助剂混合，得到涂料基料；

57、s3，向所得涂料基料中加入色浆，分散，得到所述水性涂料。

58、在一些可选地实施方式中，步骤s1中，混合过程的转速为300-600r/min，混合时间为5-10分钟；

59、和/或，步骤s2中，混合过程的转速为500-800r/min，混合时间为20-30分钟；

60、和/或，步骤s3中，分散过程的转速为1000-1500r/min，分散时间为20-30分钟。

61、本发明还提供一种上述的水性涂料或上述方法制备得到的水性涂料在汽车工业、金属烤漆中的应用。

62、在一些可选地实施方式中，所述汽车工业包括但不限于乘用车车身、零部件，商用车，所述金属烤漆包括但不限于包装、电脑机箱格栅等。

63、在一些可选地实施方式中，在金属烤漆的应用于表面涂层，提高耐磨性和耐醇性，延长设备使用寿命。

64、本技术中，在基底或制品上涂布的所述水性涂料干膜膜厚为10-40μm，可选地，干膜膜厚为10μm，20μm，30μm，40μm，或处于以上任何数值所组成的范围内，然后经过干燥后，施工色漆和清漆。

65、在一些可选地实施方式中，所述干燥温度为20-80℃。

66、本技术技术方案，具有如下优点：

67、相对于现有技术，本技术所提供的水性中涂涂料，不仅具有常规水性汽车中涂涂料所具有抗石击性、底材填充性、涂料稳定性好的特点，最重要的是高温低湿条件下的外观稳定性显著提高；且voc排放量小，有效减少环境污染。本技术中以水性丙烯酸树脂，水性聚氨酯树脂、水性聚氨酯改性丙烯酸为主要成膜物，由氨基树脂和水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚氨酯改性丙烯酸交联形成高聚物涂层，成膜所需的能耗少，且环保无溶剂挥发，不影响操作人员的身体健康，所形成的固化膜有高的交联密度，耐化学品性能相当卓越。本技术在传统的水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂中引入分子量8000-30000的水性聚氨酯改性分子量700000-1200000的丙烯酸树脂，得到的水性聚氨酯改性丙烯酸是杂化树脂，具有互穿网络结构，聚氨酯部分越多，干燥速度越慢，流平外观更好。丙烯酸部分越多，干燥速度越快，耐性越好。调整聚氨酯和丙烯酸部分的比例可以调整干燥速度，适应施工环境的变化，适量引入能够在高温低湿处理时保证涂料的流平润湿，提高水性涂料的外观稳定性，且不会损失产品的耐污性等，满足性能要求，同时水性聚氨酯改性树脂与水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂相容性良好，能润湿分散填料，提高涂料稳定性。