电泳涂料水性色浆及其制备方法与流程

1.本发明属于涂料领域，具体涉及一种电泳涂料水性色浆及其制备方法。


背景技术：

2.目前，电泳涂装在涂料工业中占据的份额越来越大，这是由于与非电泳涂装相比，电泳涂装工艺不但增加了涂料的利用率，更因电泳涂装无可取代的高渗透力特性，大大提升了涂料对基材的防腐蚀能力。此外，更为重要的是，电泳漆是一种低污染的水性环保涂料，在当前的洁净生产、保护环境的要求下，电泳漆是取代油性涂料的最佳替代方案。
3.装饰性的电泳涂装通常以阴极丙烯酸电泳涂装为首选，主要在于丙烯酸树脂的耐候性优于环氧树脂，且电泳时，如果工件挂在阳极，在电泳过程中，金属工件会被氧化，造成变色及腐蚀，因此应当选择阴极电泳涂装。装饰性的涂膜除了透明色外，还包括彩色不透明涂膜及彩色透明涂膜。色彩来源主要是颜料和染料。颜料来自于自然界的矿物，多为粉末状态，光源无法穿透，因此无法应用在彩色透明涂膜上。染料则是由人工合成的有机化合物，可溶解在适当溶剂中成为分子状态，具有透光性，一直是彩色透明涂膜的颜色来源。但因为染料浆多为油性体系，无法直接加入水性电泳漆槽的槽液之中，必须先加入高固份的电泳漆的原漆之中，充分搅拌均匀后才能加水稀释成低固份的工作液，并加入漆槽中，该工序相对繁琐，调色不准确，且为油性色浆对环境保护不友善。之后尽管出现了水性染料浆，但其并不适用于电泳涂装工艺上。因此如何形成一种环保且透明的色浆、并具备良好的性能至关重要。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种电泳涂料水性色浆，该水性色浆能够达到透明效果，且具有水性化使色浆更加环保，形成的色浆性能稳定。
5.本发明第二方面提出一种电泳涂料水性色浆的制备方法。
6.根据本发明的第一方面，提供一种电泳涂料水性色浆，包括按以下重量份数的原料：颜料10
‑
50，分散剂1
‑
20，水性助溶剂0
‑
20；其中，所述分散剂为带电荷的高分子型无溶剂分散剂。
7.根据本发明实施例的电泳涂料水性色浆，至少具有如下有益效果：采用上述组分原料的水性色浆，可使颜料达到透明的效果，且该色浆呈水性化更加环保，且颜料本身具有优异的特性，可使本发明的环保型水性色浆具有较好的操作性、稳定性。此外，采用带电荷的高分子型无溶剂分散剂，可以使本发明的电泳涂料水性色浆具有优越的耐候及抗黄变性能。水性助溶剂可起到类似界面活性剂的作用，降低分散体系中液固界面的表面张力差，从而使颜料粒子更安稳定的分散在水相之中，此外还可起到与电泳涂料相结合的作用。另外，通过上述配方可以使本发明的环保水性色浆具有良好的储存稳定性，且该水性色浆适合阴极电泳涂料使用，在电泳工作液中具有长期的安定性，其与水性涂料的兼容性较好。
8.根据本发明的一些实施例，所述分散剂包括聚氨酯类、丙烯酸共聚物类、聚硅烷类或聚醚磷酸酯类带电荷的高分子无溶剂分散剂。
9.可以理解的是，分散剂主要用于对颜料进行包覆，从而使颜料可以以类似初始状态的粒子大小稳定存在在系统之中，不会发生再絮凝现象。颜料其商品形式为絮凝态的粉末，不是真正的初始状态的粒子，在制备水性颜料色浆时，首先需将这些絮凝态的颜料粉末打散，称为解絮凝过程。在该种状态下，分散剂分子会被吸附在颜料粒子表面并与颜料表面的亲和基团产生锚固作用，而分散剂中非锚固链段伸向水中形成对颜料的包覆层，而且这种包覆层本身带有一定的电荷斥力，使颜料粒子长期分散悬浮于系统中，避免再次絮凝，达到稳定的效果。本发明的水性颜料色浆特别适用于装饰性电泳涂料上，需具有优越的耐候及抗黄变性能。选择上述类型的带电荷高分子无溶剂型分散剂，可以确保本发明色浆直接添加到电泳漆的工作液中，而无需事先与高固份电泳漆原液混合。此外，为避免色浆在电泳漆工作液中出现返粗现象，优选的分散剂是拥有中高的高玻璃转移温度tg的中高分子量的高分子型分散剂，另外，为了达到环保要求，优选零到低voc的水性分散剂。具体的，本发明所用的分散剂可选择zeatsperse系列的分散剂(赢创公司)或是johcryl系列分散剂(巴斯夫公司)或其混合物，优选的是zeatsperse 3800或johcryl 678或其混合物。
10.根据本发明的一些实施例，所述水性色浆包括以下重量份数的原料：颜料20
‑
40，分散剂5
‑
10，水性助溶剂5
‑
15。
11.根据本发明的一些实施例，所述颜料包括偶氮类、双偶氮类、喹吖啶酮类、钛菁类、蒽醌类、炭黑或吡咯并吡咯二酮类中的一种或多种。
12.可以理解的是，所述颜料具体可以包括有机颜料、无机碳黑、钛青蓝或喹吖啶酮红中的一种或多种。
13.根据本发明的一些实施例，所述水性色浆还包括以下重量份数的原料：纯水40
‑
80。可以理解的是，在水性色浆中加入上述重量份数的纯水，可以进一步提高色浆的水性效果，有利于色浆中的原料混合分散均匀。
14.根据本发明的一些实施例，所述水性助溶剂包括醇类、醇醚类中的一种或多种。
15.可以理解的是，电泳涂料是以小于500nm的乳粒状态分散在水中形成固含量约为5
‑
20％的电泳工作液，当本发明的色浆料直接添加到电泳工作液时，色浆必须能与电泳漆乳粒相结合，只有符合此条件时，在进行电泳上漆时，色料才能伴随电泳漆乳粒的电泳动效应一起电沉积在阴极金属工件表面上形成彩色涂膜。这是本发明电泳涂料水性色浆的关键之处，水性助溶剂的添加可以使颜料浆更容易与电泳漆乳粒相结合，提高涂膜的色强度。
16.根据本发明的一些实施例，所述醇类包括甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇或山梨醇中的一种或多种。
17.根据本发明的一些实施例，所述醇醚类包括乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇己醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇苯醚、二乙二醇丁醚或二丙二醇丁醚中的一种或多种。
18.本发明的第二方面，提供一种电泳涂料水性色浆的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将所述分散剂、水性助溶剂均匀分散，得到分散液体；将所述颜料缓慢加入到所述分散液体中，进行预分散；将预分散后的混合液中加入研磨介质，进行研磨得到电泳涂料水性色浆。
19.根据本发明实施例的电泳涂料水性色浆的制备方法，通过研磨技术将颜料粉末纳
米化，达到透明的效果，该水性纳米颜料浆适合阴极电泳涂料使用，且在电泳工作液中也能长期稳定存在。本发明的水性色浆可与电泳涂料原漆混合使用，更可直接添加到电泳工作液中，与电泳涂料的兼容性较好，在电泳漆槽中稳定性极佳。
20.需要说明的是，水性色浆与水性涂料都是稳定的分散体系，如果这两个不同的稳定分散体系混到一起但兼容性差，将会出现很多不良后果，例如，调色的准确性和一致性差，调色后颜色不鲜艳，饱和度低，色浆添加量大，增加成本，色漆放置过程中出现絮凝、结块、返粗、增稠，施工的时候出现浮色发花，明显的接头印等不良漆膜效果，漆膜的耐候性、耐水性降低，容易褪色、粉化等。因此，水性色浆与水性涂料的兼容性尤其重要。本发明中使用该特定类型的分散剂，可使水性色浆与水性涂料之间的兼容性保持良好。
21.根据本发明的一些实施例，所述均匀分散过程中还加入纯水，并以小于500rpm的转速，分散20
‑
30分钟，得到分散液体。更进一步地，所述转速选择200
‑
300rpm。
22.根据本发明的一些实施例，所述研磨介质包括锆珠、陶瓷珠、玻璃珠或塑料珠中的至少一种。
23.根据本发明的一些实施例，所述研磨介质的直径为0.4
‑
0.8mm。
24.根据本发明的一些实施例，所述预分散为在800
‑
1200rpm的转速下分散30
‑
60分钟。
25.根据本发明的一些实施例，所述研磨的转速为800
‑
1200rpm，研磨时间为4
‑
12小时，研磨的最终颜料粒径小于500nm。更进一步地，研磨时间为5
‑
10小时，研磨的最终颜料粒径小于200nm。
26.根据本发明的一些实施例，研磨完成后还进行过滤操作，所述过滤可采用滤布进行过滤等方式完成。
具体实施方式
27.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
28.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
29.下面详细描述本发明的具体实施例。
30.实施例1
31.本实施例中使用的电泳涂料水性色浆的原料成分配比如下：
32.成份重量份纯水65.0乙二醇丁醚5.0zetasperse 3800118.0
红色色粉213.0
33.1：赢创公司产品。2：科莱恩产品f5rk
‑
cn09。
34.制备过程如下：
35.(1)将纯水、乙二醇丁醚、zetasperse3800分散剂置入1l的双层不锈钢分散罐中，启动搅拌机，以200rpm的速度搅拌15分钟或搅拌均匀，制得分散液。
36.(2)调高转速到300rpm，将红色色粉慢慢加入罐中，使红色色粉完全溶入分散液中，持续搅拌1小时，得到预分散色浆。
37.(3)将粒径为0.6
‑
0.7mm的塑料珠150g慢慢加入罐中，此时，将转速调升到800rpm，并开启夹套的冷水循环，在水温不高于25℃的情况下持续研磨8
‑
12小时，直到检测液体(检测方式为：取色浆液体0.01g加入20ml的纯水，摇晃均匀)呈透明状为止。将研磨完成的色浆从分散罐中抽出并用1.0
‑
3.0μm的滤布过滤，制得水性纳米红色色浆。
38.制备得到的水性纳米红色色浆检测其ph＝5.61、导电度＝160μs/cm、固含量＝21.3％、黏度＝6cps，并以4000rpm的高速离心机离心10分钟后检测离心试管中色浆的上、中、底层的固含量，分别是19.4％、20.1％、23.2％。
39.实施例2
40.本实施例中使用的电泳涂料水性色浆的原料成分配比如下：
41.成份重量份纯水60.0乙二醇丁醚10.0zetasperse 380015.0黄色色粉315.0
42.3：科莱恩产品hr02
‑
cn09。
43.制备过程如下：
44.(1)将纯水、乙二醇丁醚、zetasperse3800分散剂置入1l的双层不锈钢分散罐中，启动搅拌机，以200rpm的速度搅拌15分钟或搅拌均匀，制得分散液。
45.(2)调高转速到300rpm，将黄色色粉慢慢加入罐中，使黄色色粉完全溶入分散液中，持续搅拌1小时，得到预分散色浆。
46.(3)将粒径为0.6
‑
0.7mm的塑料珠150g慢慢加入罐中，此时，将转速调升到800rpm，并开启夹套的冷水循环，在水温不高于25℃的情况下持续研磨8
‑
12小时，直到检测液体(检测方式为：取色浆液体0.01g加入20ml的纯水，摇晃均匀)呈透明状为止。将研磨完成的色浆从分散罐中抽出并用1.0
‑
3.0μm的滤布过滤，制得水性纳米黄色色浆。
47.制备得到的水性纳米黄色色浆检测其ph＝4.32、导电度＝560μs/cm、固含量＝21.1％、黏度＝6cps，并以4000rpm的高速离心机离心10分钟后检测离心试管中色浆的上、中、底层的固含量，分别是21.1％、21％、21.2％。
48.实施例3
49.本实施例中使用的电泳涂料水性色浆的原料成分配比如下：
50.成份重量份纯水70.0丙二醇甲醚4.0
zetasperse 380020.0蓝色色粉415.0
51.4：科莱恩产品blue bg。
52.制备过程如下：
53.(1)将纯水、丙二醇甲醚、zetasperse3800分散剂置入1l的双层不锈钢分散罐中，启动搅拌机，以200rpm的速度搅拌15分钟或搅拌均匀，制得分散液。
54.(2)调高转速到300rpm，将蓝色色粉慢慢加入罐中，使蓝色色粉完全溶入分散液中，持续搅拌1小时，得到预分散色浆。
55.(3)将粒径为0.6
‑
0.7mm的塑料珠150g慢慢加入罐中，此时，将转速调升到800rpm，并开启夹套的冷水循环，在水温不高于25℃的情况下持续研磨8
‑
12小时，直到检测液体(检测方式为：取色浆液体0.01g加入20ml的纯水，摇晃均匀)呈透明状为止。将研磨完成的色浆从分散罐中抽出并用1.0
‑
3.0μm的滤布过滤，制得水性纳米蓝色色浆。
56.制得的水性纳米蓝色色浆检测其ph＝5.9、导电度＝174μs/cm、固含量＝21％、黏度＝7cps，并以4000rpm的高速离心机离心10分钟后检测离心试管中色浆的上、中、底层的固含量，分别是20.9％、20.9％、21.4％。
57.实施例4
58.本实施例中使用的电泳涂料水性色浆的原料成分配比如下：
59.成份重量份纯水68.0乙二醇丁醚2.0zetasperse 380015.0碳黑2500515.0
60.5：biala carbon korea公司产品。
61.制备过程如下：
62.(1)将纯水、乙二醇丁醚、zetasperse3800分散剂置入1l的双层不锈钢分散罐中，启动搅拌机，以200rpm的速度搅拌15分钟或搅拌均匀，制得分散液。
63.(2)调高转速到300rpm，将碳黑2500慢慢加入罐中，使碳黑2500完全溶入分散液中，持续搅拌1小时，得到预分散色浆。
64.(3)将粒径为0.6
‑
0.7mm的塑料珠150g慢慢加入罐中，此时，将转速调升到800rpm，并开启夹套的冷水循环，在水温不高于25℃的情况下持续研磨8
‑
12小时，直到检测液体(检测方式为：取色浆液体0.01g加入20ml的纯水，摇晃均匀)呈透明状为止。将研磨完成的色浆从分散罐中抽出并用1.0
‑
3.0μm的滤布过滤，制得水性纳米黑色色浆。
65.制得的水性纳米黑色色浆检测其ph＝5.71、导电度＝251μs/cm、固含量＝21.5％、黏度＝7cps，并以4000rpm的高速离心机离心10分钟后检测离心试管中色浆的上、中、底层的固含量，分别是21.5％、21.4％、21.8％。
66.对比例1
67.本实施例中使用的电泳涂料水性色浆的原料成分配比如下：
[0068][0069][0070]
6：赢创公司产品。
[0071]
制备过程如下：
[0072]
(1)将纯水、乙二醇丁醚、zetasperse3014分散剂置入1l的双层不锈钢分散罐中，启动搅拌机，以200rpm的速度搅拌15分钟或搅拌均匀，制得分散液。
[0073]
(2)调高转速到300rpm，将碳黑2500慢慢加入罐中，使碳黑2500完全溶入分散液中，持续搅拌1小时，得到预分散色浆。
[0074]
(3)将粒径为0.6
‑
0.7mm的塑料珠150g慢慢加入罐中，此时，将转速调升到800rpm，并开启夹套的冷水循环，在水温不高于25℃的情况下持续研磨8
‑
12小时，直到检测液体(检测方式为：取色浆液体0.01g加入20ml的纯水，摇晃均匀)呈透明状为止。将研磨完成的色浆从分散罐中抽出并用1.0
‑
3.0μm的滤布过滤，制得水性纳米黑色色浆。
[0075]
制得的水性纳米黑色色浆检测其ph＝7.35、导电度＝378μs/cm、固含量＝21.8％、黏度＝5cps，并以4000rpm的高速离心机离心10分钟后检测离心试管中色浆的上、中、底层的固含量，分别是21.1％、21.4％、22.3％。
[0076]
对比例2
[0077]
本实施例中使用的电泳涂料水性色浆的原料成分配比如下：
[0078]
成份重量份纯水75.0乙二醇丁醚2.0zetasperse 17978.0碳黑250015.0
[0079]
7：赢创公司产品。
[0080]
制备过程如下：
[0081]
(1)将纯水、乙二醇丁醚、zetasperse179分散剂置入1l的双层不锈钢分散罐中，启动搅拌机，以200rpm的速度搅拌15分钟或搅拌均匀，制得分散液。
[0082]
(2)调高转速到300rpm，将碳黑2500慢慢加入罐中，使碳黑2500完全溶入分散液中，持续搅拌1小时，得到预分散色浆。
[0083]
(3)将粒径为0.6
‑
0.7mm的塑料珠150g慢慢加入罐中，此时，将转速调升到800rpm，并开启夹套的冷水循环，在水温不高于25℃的情况下持续研磨8
‑
12小时，直到检测液体(检测方式为：取色浆液体0.01g加入20ml的纯水，摇晃均匀)呈透明状为止。将研磨完成的色浆从分散罐中抽出并用1.0
‑
3.0μm的滤布过滤，制得水性纳米黑色色浆。
[0084]
制得的色浆检测其ph＝6.55、导电度＝198μs/cm、固含量＝22.6％、黏度＝8cps，
并以4000rpm的高速离心机离心10分钟后检测离心试管中色浆的上、中、底层的固含量，分别是22.2％、22.5％、22.9％。
[0085]
评价方法
[0086]
将上述实施例及对比例分别进行如下测试。
[0087]
一、储存安定性测试
[0088]
将实施例1
‑
4及对比例1
‑
2制备的颜料色浆在70℃下密封放置7天，取出后目测观察有无明显颜料沉淀。样品再摇晃均匀后，再取样，并以4000rpm的高速离心机离心10分钟后检测离心试管中色浆的上、中、底层的固含量。测试结果见表1所示。
[0089]
表1色浆在70℃下密封放置7天后的结果
[0090][0091][0092]
由表1的结果得知，除了对比例2有轻微沉降外，其他五种色浆在70℃下密封放置7天并进行离心后，虽然底层的固成份有点上升，表示粒径有少许增加，但并没有明显的沉淀产生。表示本发明所述制得的色浆的储存稳定性较好。
[0093]
二、与电泳涂料的兼容性测试
[0094]
使用两种方式测试本发明制得的色浆与电泳涂料的兼容性，其一是与电泳涂料的原液相混合的兼容性测试，其二是色浆直接加到电泳漆的工作液中的兼容性测试。
[0095]
(一)、色浆与电泳涂料的原液相混合的兼容性测试
[0096]
将实施例1
‑
4及对比例1
‑
2制备的颜料色浆分别与阴极丙烯酸电泳涂料的原液先混合搅拌均匀后，再慢慢加入纯水配成工作液。步骤如下：取67g的td
‑
8001gh电泳漆原漆(58％的固含量，东莞拓东新材料)加入30g的色浆搅拌均匀后，慢慢加入433g纯水，加完后，再持续搅拌1小时，然后目视观察色浆加入后是否有沉降、色块、不均匀的现象产生。并用业界周知的方式在不锈钢试片上电泳上漆，再热固化成透明有色涂膜。测试结果见表2。
[0097]
表2色浆与电泳涂料原液搭配的结果
[0098][0099]
1：固化膜是不锈钢试片在液温28℃的工作液中，电泳条件90v x 20s，固化条件140℃x 30min得到的涂膜。
[0100]
表2的结果显示制得的六种色浆先与电泳涂料原液混合后再开成电泳工作液，都可以获得稳定的工作液，不会发生絮凝、结块或沉淀的现象产生。电泳工作液的电泳上漆情况也无异状，得到的固化涂膜也都正常。
[0101]
(二)、色浆与电泳涂料的工作液相混合的兼容性测试
[0102]
将实施例1
‑
4及对比例1
‑
2制备的颜料色浆直接加到电泳涂料的工作液中，观察两者的兼容性。步骤如下：取67g的td
‑
8001gh电泳漆原漆(58％的固含量，东莞拓东新材料)在搅拌的情况下，慢慢加入433g纯水，加完后，持续搅拌一小时，然后直接在工作液中加入30g的上述实施例或对比例所制备的色浆。目视观察色浆加入后，是否有沉降、色块、不均匀的现象产生。并用业界周知的方式在不锈钢试片上电泳上漆，再热固化成透明有色涂膜。测试结果见表3。
[0103]
表3色浆与电泳涂料工作液搭配的结果
[0104][0105][0106]
表3的结果显示以zetasperse 3800为分散剂制得的四种色浆与电泳涂料工作液的兼容性佳，都可以获得稳定的工作液，不会发生絮凝、结块或沉淀的现象。电泳工作液的电泳上漆情况也无异状，都可得到正常的有颜色的固化涂膜。
[0107]
但以阴离子型非高分子共聚合物结构的zetasperse 3014为分散剂或以非离子型
低分子量为结构的zetasperse 179为分散剂所制得的对比例1及对比例2的色浆与电泳漆的工作液的兼容性都不佳，无法直接添加到电泳漆的工作液中。
[0108]
上面结合具体实施方式对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。