CN102391743B - 一种自行车用水性底漆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自行车用水性底漆，它是由水性环氧丙烯酸树脂25～45，固化剂树脂2～10，中和剂二甲基乙醇胺1～3，复合防锈颜料2～10，着色颜料和填料5～20，消泡剂0.1～0.5，流平剂0.1～0.5，去离子水20～40，各组分含量之和为100，以上均为重量份百分比；其水性环氧丙烯酸树脂中环氧树脂在树脂总重量中占10～40％；固化剂树脂是由质量比为1∶5～5∶1的水性封闭型聚氨酯固化剂树脂和氨基固化剂树脂组成，其水性封闭型固化剂在130℃时解封并固化，氨基固化剂树脂为甲醇或丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂；复合防锈颜料由改性磷酸锌、氧化锌和离子交换型防锈颜料组成。特别适合自行车等结构的防锈、防腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种自行车用水性底漆，特别适用于自行车等结构的防锈、防腐蚀。
背景技术
自行车的涂装同其他交通车辆涂装相类似，一般都采用底漆、中涂和面漆体系。目前在自行车行业国内普遍采用溶剂型体系，大量的有机挥发性化合物的排放，不仅破坏环境，危害人们身体健康，同时也浪费资源和能源。在这种形势下，自行车制造企业为了响应国家产业政策发展方向，要求开发自行车用水性涂料体系以替换溶剂型涂料。但现有自行车的涂装工艺有别于一般交通车辆，要求涂膜在135±3℃，烘烤10～15分钟完全固化干燥，并且涂膜耐盐物性、耐沸水蒸煮性要达到规定要求，而当前的水性丙烯酸氨基体系是以水性丙烯酸树脂为主要成膜树脂，氨基树脂为固化剂树脂，由于水性丙烯酸树脂的耐腐蚀性不能满足自行车涂料对防腐蚀的要求，氨基树脂虽然价格低，但固化后涂膜性能很难达到防腐蚀和防锈要求，另外，一般的交通车辆底漆所采用的电泳体系不适合自行车涂装的工艺要求。为此开发一种符合环保要求，既能满足自行车涂装工艺要求，同时具有优异的防锈、防腐蚀和耐沸水等性能的底漆，以满足自行车行业日益发展的需求显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的是：提供一种适合自行车烘烤条件，防锈、防腐蚀和耐沸水性能改善且符合环保要求的自行车用水性底漆。
实现本发明目的的技术方案是：一种自行车用水性底漆，其特征在于，由下述组分组成，以重量份百分比计，各组分用量如下：
水性环氧丙烯酸树脂25～45，固化剂树脂2～10，中和剂二甲基乙醇胺1～3，复合防锈颜料2～10，着色颜料和填料5～20，消泡剂0.1～0.5，流平剂0.1～0.5，去离子水20～40，各组分含量之和为100％；
所述水性环氧丙烯酸树脂是环氧树脂改性的丙烯酸树脂，其丙烯酸树脂酸价为50～200mgKOH/g，环氧树脂的环氧当量为500～1500g/mol，环氧树脂在树脂总重量中占10～40％；
所述固化剂树脂是由质量比为1∶5～5∶1的水性封闭型聚氨酯固化剂树脂和氨基固化剂树脂组成，其中水性封闭型固化剂树脂在130℃时解封并固化，氨基固化剂树脂为甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂或者丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂；
所述复合防锈颜料由改性磷酸锌、氧化锌和离子交换型防锈颜料组成。
上述自行车用水性底漆中，所述水性环氧丙烯酸树脂是用环氧当量为500～1500g/mol，在树脂总重量中占10～40％的环氧树脂与溶剂一起加热溶解并部分胺化，然后与丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯单体进行自由基聚合而成的酸价为50～200mgKOH/g的丙烯酸树脂一起加热进行催化酯化反应制得的。
上述自行车用水性底漆中，所述固化剂树脂中的水性封闭型聚氨酯固化剂树脂是按下述方法制备的：在反应容器中加入以固体计的100重量份多异氰酸酯，≤25重量份助溶剂并调节温度到50℃，然后加入10～30重量份的封闭剂3，5-二甲基吡唑，保温反应2小时后，再升温至60～80℃，加入2～10重量份的亲水成份二羟甲基丙酸，保温反应4小时，然后降温至50℃，加入2～8重量份的中和剂二甲基乙醇胺中和后，再用去离子水稀释至固体份为40重量％，过滤、包装即制得水性封闭型聚氨酯固化剂树脂，其中多异氰酸酯为1，6-己二异氰酸酯缩二脲或1，6-己二异氰酸酯三聚体。
上述自行车用水性底漆中，所述填料为滑石粉和硫酸钡；着色颜料为炭黑和钛白；消泡剂为毕克化学公司产品BYK025，流平剂为毕克化学公司产品BYK331；去离子水的电导率≤20μs/cm。
本发明的技术效果是：本发明技术方案的自行车用水性底漆具有下述有益的效果：①以水性环氧丙烯酸树脂作为底漆的主要成膜物提高了防腐蚀效果。由于水性环氧丙烯酸树脂是由恰当的环氧树脂改性的丙烯酸树脂，使得底漆对基材的附着力及防腐蚀等性能高于以水性丙烯酸树脂为主要成膜物的底漆；②固化剂使用两种固化剂树脂复配，改善了漆膜性能且适合现行自行车烘烤工艺。在底漆固化成膜时，两种复配的固化剂树脂与水性环氧丙烯酸树脂一起可以获得具有三维网状结构的漆膜，使漆膜具有适宜的强度和韧性，特别是复配适量的水性封闭型聚氨酯固化剂树脂显著提高了底漆漆膜的耐沸水蒸煮性能，同时水性封闭型聚氨酯固化剂树脂在130℃时解封并固化使得底漆适合现行的自行车烘烤工艺，而复配适量的氨基固化剂树脂又可以适当降低整个底漆的成本；③采用由改性磷酸锌、氧化锌和离子交换型防锈颜料复配的复合防锈颜料提高了防锈效果且环保。所用三种颜料不仅可以充分发挥各个防锈颜料的防锈效果而且相互还具有协同作用，三种颜料均不含重金属离子，其环保性符合Rohs标准可以满足欧洲市场要求；④本发明底漆各组分搭配合理，可以更好的发挥各组分的作用，而且各组分协同性好，进而保证了漆膜性能。对本发明底漆的漆膜进行相关性能检测表明，漆膜具有优异的防腐蚀、耐沸水性能和优异的耐候性和保光、保色性(见表4)。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步具体描述，但不局限于此。
实施例中所用原料除另有说明外，均为涂料用市售工业品，原料用量均为重量份。
实施例1制备水性环氧丙烯酸树脂
水性环氧丙烯酸树脂是用环氧当量为500～1500g/mol，在树脂总重量中占10～40％的环氧树脂与溶剂一起加热溶解并部分胺化，然后与丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯单体进行自由基聚合而成的酸价为50～200mgKOH/g的丙烯酸树脂一起加热进行催化酯化反应制得的，具体操作如下：
①丙烯酸树脂的制备
将244重量份乙二醇丁醚和90重量份丙二醇甲醚加入到装有温度计、搅拌装置和冷凝装置的1000ml四口烧瓶中，开动搅拌升温至反应温度115℃，将92.7重量份的丙烯酸羟丙酯、51.3重量份的丙烯酸、186重量份的丙烯酸丁酯、155重量份的苯乙烯和12重量份的过氧化苯甲酰搅拌溶解均匀后，然后缓慢滴加到上述四口烧瓶中，滴加时间约4h，滴加完毕后，在反应温度115℃保持0.5h，再滴加3重量份氧化苯甲酰及75重量份乙二醇丁醚的混合物，滴加时间约1h，最后在反应温度115℃保温反应2h，降温停止反应，即制得酸价为80mgKOH/g的丙烯酸树脂，备用；
②水性环氧丙烯酸树脂的制备
将100重量份的环氧E-12树脂(占整个树脂重量的30％，其环氧当量为714～1111g/mol)和50重量份的乙二醇丁醚加入到装有温度计、搅拌装置和冷凝装置的1000ml四口烧瓶中，开动搅拌升温至反应温度120℃溶解均匀，于120℃下滴加6.6重量份二乙醇胺和37.2重量份的乙二醇丁醚的混合物进行部分胺化，1h滴加完，再保温反应2h，然后加入415重量份的①中制备的丙烯酸树脂和20重量份的酯化催化剂二甲基乙醇胺，于120℃反应3小时，降温停止反应，即得水性环氧丙烯酸树脂，其固体份为55重量％。
实施例2制备水性封闭型聚氨酯固化剂树脂A和B
(一)具体配方见表1。
表1
注：N75为拜耳公司生产的1，6-己二异氰酸酯缩二脲产品；N3390为拜耳公司生产的1，6-己二异氰酸酯三聚体产品。
(二)具体制备方法
按表1配方，在反应容器中加入多异氰酸酯，助溶剂并调节温度到50℃，然后加入封闭剂3，5-二甲基吡唑，保温反应2小时后，再升温至60～80℃，加入亲水成份二羟甲基丙酸，保温反应4小时，然后降温至50℃，加入中和剂二甲基乙醇胺中和后，再用去离子水稀释至固体份为40重量％，过滤、包装分别即制得水性封闭型聚氨酯固化剂树脂A和B，其中A的异氰酸酯基含量为11.7重量％(以固体计)；B的异氰酸酯基含量为12.7重量％(以固体计)。
实施例3制备自行车用水性底漆
(一)配方自行车用水性底漆，由下述组分组成，以重量份百分比计，各组分用量如下：
水性环氧丙烯酸树脂25～45，固化剂树脂2～10，中和剂二甲基乙醇胺1～3，复合防锈颜料2～10，着色颜料和填料5～20，消泡剂0.1～0.5，流平剂0.1～0.5，去离子水20～40，各组分含量之和为100％，具体配方见表2。
表2
注：R717为英力士公司氨基树脂产品；
BYK025为毕克化学公司的消泡剂产品；
BYK331为毕克化学公司的流平剂产品；
钛白902为杜邦公司的金红石型钛白产品；
PU炭黑为德固萨公司的碳黑产品；
ZMP为德国凯佰公司的改性磷酸锌防锈颜料产品；
离子交换型防锈颜料为市售钙交换二氧化硅颜料；
表2中的水性环氧丙烯酸树脂也可用中海油常州涂料化工研究院产品CTW-6018替换，其环氧当量为800g/mol，环氧树脂在树脂总重量中占30％；
(二)具体制备底漆的工艺
①在分散釜中，加入表2配方量的水性环氧丙烯酸树脂、固化剂树脂、中和剂、消泡剂和流平剂，分散机转速控制在400～500转/分钟范围，搅拌10分钟使之混合均匀后，加入表2部分配方量的去离子水，分散机转速增加至500～700转/分钟，搅拌15分钟，至分散釜中物料成为乳白色均匀分散体；
②将步骤①制得的乳白色均匀分散体从分散釜中移出一半量，另外保存，然后在分散釜中加入表2配方量的颜料、填料、复合防锈颜料，控制分散机转速在500～800转/分钟，搅拌15分钟，然后提高分散机转速至1000转/分钟，搅拌20分钟，制得分散均匀的浆料；
③将步骤②制得的浆料移入砂磨机进行研磨，砂磨机流量控制在4～4.5小时/吨进行砂磨，使一道研磨浆料细度达到45微米，二道研磨浆料细度达到20微米，即符合指标要求；
④将步骤③制得的研磨后浆料，再移入分散釜中，将步骤②移出的一半量乳白色均匀分散体加入分散釜中进行调漆，此时分散机转速控制在700～800转/分钟，搅拌15分钟后，用80～200目滤网过滤，包装，即制得自行车用水性底漆1#。
实施例4～6制备自行车用水性底漆2#～4#
(一)配方见表3
表3
注：各原料与表2相同；
表3中的水性环氧丙烯酸树脂也可用中海油常州涂料化工研究院产品CTW-6018替换，其环氧当量为800g/mol，环氧树脂在树脂总重量中占30％；
(二)具体制备底漆的工艺
除配方按表3外，其余按实施例3的工艺分别制得自行车用水性底漆2#～4#。
比较例1水性底漆
为了便于比较，水性底漆配方与实施例3的水性底漆1#基本相同，不同点是：固化剂树脂仅用75重量份R717氨基树脂；制备水性底漆的工艺与实施例3相同，制得比较例1水性底漆。
比较例2水性底漆
为了便于比较，水性底漆配方与实施例3的水性底漆1#基本相同，不同点是：用420重量份的水性丙烯酸树脂(江苏三木公司EA3842型水性丙烯酸树脂)代替实施例3的水性环氧丙烯酸树脂(实施例1制)，制备水性底漆的工艺与实施例3相同，制得比较例2水性底漆。
比较例3水性底漆
为了便于比较，水性底漆配方与实施例3的水性底漆1#基本相同，不同点是：用一种70重量份的三聚磷酸铝(广西化工研究院APW-2型产品)代替实施例3由三种颜料组成的复合防锈颜料；制备水性底漆的工艺与实施例3相同，制得比较例3水性底漆。
实施例7测试自行车用水性底漆的性能
检测用样板：钢板尺寸10cm×5cm，表面经除油、打磨后，分别喷涂水性底漆1#～4#及比较例1～3的水性底漆，先表干20min，再于135℃烘烤15min，干膜厚度为25±2μm。
按涂料工业相关国家标准对上述样板进行相关性能的检测，检测结果列于表4和表5。
表4
表5
注：表4和表5检测项目中的耐水试验(耐沸水煮1小时，各项性能不变)，其中的‘各项性能’是指漆膜耐沸水蒸煮后的附着力、漆膜表面的起泡情况。
从表4和表5的检测结果可以看出，本发明实施例制备的自行车用水性底漆1#～4#，其漆膜耐冲击均达到50cm，柔韧性和附着力达到1级，铅笔硬度为2H，耐盐雾性可达到240h，满足欧盟的RoHS标准；
与比较例1对比可以看出，本发明采用复配的固化剂树脂制备的底漆，其漆膜的耐沸水煮尤其好，沸水蒸煮1小时漆膜各项性能不变；
与比较例2对比可以看出，本发明采用水性环氧丙烯酸树脂作成膜树脂制备的底漆，其漆膜的耐盐雾性能提高；
与比较例3对比可以看出，本发明采用由三种颜料组成的复合防锈颜料制备的底漆，其漆膜的耐盐雾性能优于仅用一种传统的三聚磷酸铝，明显提高了体系的防锈效果。
本发明技术方案的水性底漆各组分搭配合理，各组分协同性好，因此，具有优异的防腐蚀、耐沸水性能和优异的耐候性和保光、保色性，特别适合自行车等结构的防锈、防腐蚀。
Claims (4)
1.一种自行车用水性底漆，其特征在于，由下述组分组成，以重量份百分比计，各组分用量如下：
水性环氧丙烯酸树脂25～45，固化剂树脂2～10，中和剂二甲基乙醇胺1～3，复合防锈颜料2～10，着色颜料和填料5～20，消泡剂0.1～0.5，流平剂0.1～0.5，去离子水20～40，各组分含量之和为100％；
所述水性环氧丙烯酸树脂是环氧树脂改性的丙烯酸树脂，其丙烯酸树脂酸价为50～200mgKOH/g；环氧树脂的环氧当量为500～1500g/mol，环氧树脂在树脂总重量中占10～40％；
所述固化剂树脂是由质量比为1∶5～5∶1的水性封闭型聚氨酯固化剂树脂和氨基固化剂树脂组成，其中水性封闭型聚氨酯固化剂树脂在130℃时解封并固化，氨基固化剂树脂为甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂或者丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂；
所述复合防锈颜料由改性磷酸锌、氧化锌和离子交换型防锈颜料组成。
2.根据权利要求1所述的自行车用水性底漆，其特征在于，所述水性环氧丙烯酸树脂是用环氧当量为500～1500g/mol，在树脂总重量中占10～40％的环氧树脂与溶剂一起加热溶解并部分胺化，然后与丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯单体进行自由基聚合而成的酸价为50～200mgKOH/g的丙烯酸树脂一起加热进行催化酯化反应制得的。
3.根据权利要求1所述的自行车用水性底漆，其特征在于，所述固化剂树脂中的水性封闭型聚氨酯固化剂树脂是按下述方法制备的：在反应容器中加入以固体计的100重量份多异氰酸酯，≤25重量份助溶剂并调节温度到50℃，然后加入10～30重量份的封闭剂3，5-二甲基吡唑，保温反应2小时后，再升温至60～80℃，加入2～10重量份的亲水成份二羟甲基丙酸，保温反应4小时，然后降温至50℃，加入2～8重量份的中和剂二甲基乙醇胺中和后，再用去离子水稀释至固体份为40重量％，过滤、包装即制得水性封闭型聚氨酯固化剂树脂，其中多异氰酸酯为1，6-己二异氰酸酯缩二脲或1，6-己二异氰酸酯三聚体。
4.根据权利要求1所述的自行车用水性底漆，其特征在于，所述填料为滑石粉和硫酸钡；着色颜料为炭黑和钛白；消泡剂为毕克化学公司产品BYK025，流平剂为毕克化学公司产品BYK331；去离子水的电导率≤20μs/cm。
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