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技术领域

本发明涉及汽车涂料技术领域，具体涉及一种综合性能优异的水性双组份中涂漆 及其制备方法。

背景技术

目前我国的汽车涂料仍以溶剂型为主，大量挥发性有机化合物(VOCs)在涂装过程 中对生态环境造成了严重的污染，同时也对人类健康带来了极大的危害。随着人们环保意 识的提高，各国政府都出台了大量相关的法规以限制VOCs的排放量。为了顺应时代的发展， 汽车涂料正向环境友好型方向转变，其中环境友好型涂料包括了水性涂料、粉末涂料、UV固 化涂料和高固体份涂料，而水性涂料是其中发展最快的一类。

汽车车身涂层是多层体系，通常包括电泳沉积底漆层，中涂漆层，面漆层等，其中 中涂漆作为承接上下漆层的中间漆，必须具备几个功能：

①优良的附着力，既能牢固地附着在底漆表面上，又能容易地与它上面的面漆涂 层相结合，起着重要的承上启下的作用；

②优良的填充性，以消除被涂物表面的洞眼、纹路等，从而制成平整的表面，使涂 饰面漆后得到平整、丰满的涂层，提高整个漆膜的鲜映性和丰满度，以提高整个涂层的装饰 性；

③优良的打磨性，从而打磨后能得到平整光滑的表面；

④优良的物理机械性能，既硬又韧，能提供与面漆相适应的保护性能；

⑤优良的耐水性和耐化性；

⑥优良的低粘防沉性，水性中涂漆若粘度高确实可以做到良好的防沉性，但是粘 度太高时，施工所要加入的稀释剂必然也要加多，这就会降低其施工固含，导致填充性下 降；

⑦优良的施工性和防流挂性，当水性中涂漆应用于大巴修补时，对其施工性和防 流挂性就会有更高的要求；

⑧优良的遮盖力，能够轻松遮住底漆或板件；

⑨优良的储存稳定性；

⑩优良的干燥速度。

目前市面上有少量厂家在售卖水性中涂漆，但通过测试其产品，发现其技术还不 能同时满足以上所有要求。所以，开发一种综合性能良好的水性中涂漆填补此项技术空白 是必然的趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合性能优异的水性双组份中涂漆及其制备方法，这类 中涂漆不仅VOC含量低，属于环境友好型产品，而且其具有优良的附着力、填充性、打磨性， 优良的物理机械性能、耐水性和耐化性，优良的低粘防沉性、施工性和防流挂性，优良的遮 盖力、储存稳定性和干燥速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有优异的综合性能的水性双组份中涂漆，所述的水性双组份中涂漆包括组 份A和组份B，且所述的组份A和组份B的重量比为6-10:1；

其中，组份A由以下按重量比计的原料组成：

所述的组份B由以下按重量比计的原料组成：

所述组份A的粉浆由以下按重量比计的原料组成：

优选的，粉浆中所用的胺中和剂是沸点高于130℃的胺中和剂，进一步优选的是二 甲基乙醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

优选的，所述的羟基丙烯酸树脂是由高羟值的羟基丙烯酸树脂与低羟值的羟基丙 烯酸树脂按重量比为1.5-2:1复配；其中高羟值的羟基丙烯酸树脂的羟值为130-145mgKOH/ g，为A2470，VSM2521、VSM6299中的一种或多种；低羟值的羟基丙烯酸树脂的羟值为70- 90mgKOH/g，如A2457。

优选的，所述的异氰酸酯固化剂无溶剂，且其NCO值是20-30％，如N3900。

优选的，所述的水性双组份中涂漆中NCO：OH＝1.4-1.5:1。

优选的，粉浆中所用的分散剂为阴离子型的高分子量的分散剂和阴离子型的低分 子量的分散剂按重量比为1.5-2:3-3.5进行复配。

进一步优选的，所述的阴离子的高分子量的分散剂的数均分子量＞20000，为BYK- 190和BYK-194N中的至少一种。

进一步优选的，所述的阴离子的低分子量的分散剂的数均分子量是3000-10000， 为ELEMENTISFX600、Rohm&HaasOROTAN快易和BYK151等中的至少一种。

优选的，组分A和粉浆中所用的消泡剂为有机硅类消泡剂，如BYK-022、TEGO-810、 TEGO-901w、SURFYNOL104BC等中的至少一种；粉浆中所用的湿润剂为不稳泡的湿润剂，如 TEGO-500、BYK-800等中的至少一种；粉浆中所用的防沉剂为有机蒙脱土类防沉剂，如 ELEMENTISBENTONELT、DE、BYKLAPONITERD中的至少一种。

优选的，粉浆中所用的体质颜料为质地较硬的体质颜料与质地较软的体质颜料按 重量比为1.5-2:1复配；其中质地较硬的体质颜料为碳酸钙和硫酸钡中的至少一种；质地较 软的体质颜料为滑石粉和高岭土中的至少一种；所述的颜料为金红石型钛白粉和高色素炭 黑。

优选的，组份A中所用助溶剂为亲水性的和亲油性的醇醚类助溶剂按1:1-5的比例 复配，亲水性的助溶剂的沸点高于160℃，亲油性的助溶剂的沸点低于160℃，同时蒸发潜热 低于530KJ/Kg，两种助溶剂都不包含活泼氢，其中亲水性的助溶剂是二丙酮醇，亲油性的助 溶剂是2-甲基-2-丁醇；组分B的助溶剂为不包含活泼氢的疏水助溶剂，进一步优选的是丙 二醇二醋酸酯。

优选的，组份A中所用的流平剂是具有基材润湿和流平的双重功能的流平剂，如 TEGO240、TEGO425、TEGO450等；所述的增稠剂是缔合型聚氨酯类，缔合型聚氨酯类增稠剂有 ELEMENTISRHEOLATE299、FX1070和FX1010，Viscoplus3030、Rohm&HaasRM-8W等中的至 少一种。

优选的，组分B中所用的附着力促进剂为硅烷偶联剂类，如Glymo；防闪锈剂为氨基 羧酸盐类，如Flash-x-150。

一种制备上述水性双组份中涂漆的方法，包括以下步骤：

(1)把去离子水、胺中和剂、分散剂、润湿剂和消泡剂分散均匀后，加入防沉剂、体 质颜料和颜料，在8-9m/s的线速度下分散至粉浆均匀且能流动，然后用砂磨机研磨至细度 ＜30μm即得到组份A的粉浆；

(2)把羟基丙烯酸树脂加入搅拌釜中，边搅拌边缓慢加入经过步骤(1)制得的粉 浆，分散均匀后，再加入消泡剂、流平剂、增稠剂和助溶剂，搅拌分散，过滤出料即得水性双 组份中涂漆的组份A；

(3)把异氰酸酯固化剂、附着力促进剂、防闪锈剂和助溶剂混合均匀后，过滤出料 即得水性双组份中涂漆的组份B。

上述水性双组份中涂漆的施工方法：把组份A和组份B按照6-10:1的比例，混合均 匀，加去离子水调节粘度至35-40s(涂-4杯，23℃)，喷涂于打磨好的马口铁板上，60℃固化 30min，即得性能优异的中涂漆膜。

本发明的有益效果

本发明技术方案中制备水性双组份中涂漆的方法与现有技术相比，具有下述优 点：

①组份A中加入了大量的碳酸钙、硫酸钡等质地较硬的和滑石粉、高岭土等质地较 软的体质颜料，质地较硬的体质颜料可以提供优良的填充性，质地较软的体制颜料可以提 供优良的打磨性；

②加入了大量的体质颜料和颜料后，为了能够让粉浆有较好的流动性，必须采用 阴离子型的低分子量分散剂，但是低分子量的阴离子型分散剂不利于高色素炭黑的分散和 防沉剂的稳定，所以必须要与阴离子型的高分子量的分散剂协同使用，同时，为了提高研磨 效率，研磨过程中不能产生大量气泡，所以加入的润湿剂必须不稳泡，而加入的消泡剂必须 是有机硅类的、具有较强的消泡能力；

③加入的防沉剂与体质颜料和颜料共研磨，能够使其在粉浆中充分分散，为体系 提供高触变性，即低粘防沉性，同时加入阴离子型的高分子量的分散剂可以帮助防沉剂在 体系中稳定，而不会在静置过程中团聚而失去防沉作用；

④加入的羟基丙烯酸分散体树脂不仅具有高羟值的，也有低羟值的，能够使整个 交联固化过程更加平稳和均匀，才能避免局部交联过度而导致漆膜脆裂；

⑤加入的流平剂既能润湿基材、消除缩孔，又能帮助漆膜快速流平；加入的增稠剂 可以提供优良的储存稳定性、施工性和防流挂性；组份A中加入亲水的和亲油的助溶剂，一 方面可以提升组份A的稳定性和与组份B的混容性，同时可以提高漆膜的表干速度。

附图说明

图1是有机蒙脱土类防沉剂的电荷稳定示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但并不局限于此。

实施例1

1.水性双组份中涂漆组份A的制备

水性双组份中涂漆组份A的配方如表1所示，其制备工艺过程如下：①把去离子水 加入搅拌釜中，然后边搅拌边加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇、BYK-190、FX600、TEGO-500和 TEGO-901w，至其分散均匀后，继续加入DE和不同种类的体质颜料，待体质颜料充分分散后， 最后加入R-706和Raven-3500，在8-9m/s的线速度下搅拌15min；②把搅拌好的粉浆注入砂 磨机，研磨45min-1h，待其细度＜30μm，即得到组份A粉浆；③把A2470和A2457加入搅拌釜中 分散均匀后，缓慢加入研磨好的粉浆，混合均匀后加入BYK-022、TEGO-240、FX1070、二丙酮 醇和2-甲基-2-丁醇，混合均匀，静置过滤，即得到水性双组份中涂漆的组份A。

2.水性双组份中涂漆组份B的制备

把异氰酸酯固化剂N3900、Glymo、Flash-x-150和丙二醇二醋酸酯混合均匀，即得 到水性双组份中涂漆的组份B。

3.水性双组份中涂漆膜的制备

把组份A和组份B按照8:1的比例混合，然后用去离子水调节粘度至35-40s(涂-4 杯，23℃)，喷涂于打磨好的马口铁板上，60℃固化30min(下同)，即得性能优异的中涂漆膜。

由配方1、配方2、配方3和配方4制备的水性双组份中涂漆的性能如表2所示。由表 可知，配方1和配方2的储存稳定性、打磨性、填充性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性和耐化 性能都合格；配方3的填充性比配方1和配方2稍差，其他性能与配方1和配方2相当；配方4的 储存稳定性不合格，其他性能都合格。这是因为，相对于硫酸钡，云母粉的填充性较差，所以 配方3的填充性较差，而硬脂酸锌在这种分散剂组合下并不能很好的分散，所以导致配方4 的储存稳定性不合格。因此，体质颜料优选碳酸钙、硫酸钡、滑石粉和高岭土。

表1实施例1改变体质颜料类型制备水性双组份中涂漆的基本配方

表2实施例1体质颜料类型与中涂漆性能的关系

①在马口铁板上刮原子灰层，打磨后喷涂中涂漆，测试其填充性，下同；

②贴黑白格测试遮盖力，下同。

实施例2

表3是实施例2在保证其他物料不变的情况下，改变分散剂类型制备水性中涂漆的 投料配方，其配方编号依次为5、6、7和8。按实施例1制备水性双组份中涂漆的工艺过程制备 表3所示编号为5～8的4种中涂漆，按实施例1制备中涂漆膜的工艺过程制备漆膜。

由配方5、配方6、配方7和配方8制备的水性双组份中涂漆的性能如表4所示。由表 可知，当配方中使用(BYK-190+FX600)或(BYK-194N+OROTAN快易+BYK-151)的分散剂组合 时，水性双组份中涂漆具有优异的储存稳定性、打磨性、填充性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐 水性和耐化性能；当选用(FX365+FX600)或(BYK-192+FX600)的分散剂组合时，水性双组份 中涂漆的储存稳定性不合格，主要表现在储存后出现粒径反粗、沉降分水、粘度升高，而且 有明显的浮黑。这是因为低分子量的阴离子型分散剂可以快速分散无机的体质颜料和钛白 粉，同时赋予浆良好的流动性，高分子量的阴离子型分散剂可以分散高色素炭黑和防沉剂， 并且由于电荷作用和分子量较大，可以提供有效的空间位阻给炭黑和防沉剂，帮助炭黑和 防沉剂稳定。BYK-190和BYK-194N的分子量比FX365更大，而BYK-192属于非离子型分散剂， 不适合用于分散炭黑，所以由BYK-190和BYK-194N制备的水性双组份中涂漆综合性能最好。 因此，优选的分散剂组合是(BYK-190+FX600)或(BYK-194N+OROTAN快易+BYK-151)。

表3实施例2改变分散剂类型制备水性双组份中涂漆的基本配方

表4实施例2分散剂类型与中涂漆性能的关系

实施例3

表5是实施例3在保证其他物料不变的情况下，改变分散剂比例制备水性中涂漆的 投料配方，其配方编号依次为9、10、11和12。按实施例1制备水性双组份中涂漆的工艺过程 制备表5所示编号为9～12的4种中涂漆，按实施例1制备中涂漆膜的工艺过程制备漆膜。

由配方9、配方10、配方11和配方12制备的水性双组份中涂漆的性能如表6所示。由 表可知，当分散剂BYK-190与FX600的配比为0.5:4.5时，水性双组分中涂漆具有优异的打磨 性、填充性、遮盖力、附着力、柔韧性和耐化性能，但其储存稳定性和耐水性不合格；当分散 剂BYK-190与FX600的配比为1.5:3.5或2:3时，水性双组份中涂漆具有优异的各项性能，但 是当配比为2:3时，粉浆的粘度稍大，影响研磨效率；当分散剂BYK-190与FX600的配比为 4.5:0.5时，组份A粉浆流动性太差，无法进行研磨。这是因为，BYK-190作为高分子量的非离 子型分散剂，其具有两个优点：①空间位阻大，对体质颜料和颜料的稳定性好；②耐水性好。 FX600作为低分子量的离子型分散剂也具有两个优点：①比较亲水，能快速在水相中移动， 能快速分散体质颜料和颜料；②分子链较短，可以为粉浆提供良好的流动性。当FX600的用 量为4.5％，而BYK-190的用量为0.5％时，水性中涂漆的稳定性和耐水性肯定不行；FX600的 用量为3％，而BYK-190的用量为2％时，BYK-190的分子链有轻微缠绕，导致粉浆的粘度稍 高；当BYK-190用量为4.5％，而FX600的用量为0.5％时，BYK-190的分子链高度缠绕，组份A 粉浆流动性太差，不能满足砂磨机的进料粘度。因此，优选的BYK-190与FX600的比例为1.5: 3.5。

表5实施例3改变分散剂比例制备水性双组份中涂漆的基本配方

表6实施例3分散剂比例与中涂漆性能的关系

实施例4

表7是实施例4在保证其他物料不变的情况下，改变防沉剂类型制备水性中涂漆的 投料配方，其配方编号依次为13、14、15和16。按实施例1制备水性双组份中涂漆的工艺过程 制备表7所示编号为13～16的4种中涂漆，按实施例1制备中涂漆膜的工艺过程制备漆膜。

由配方13、配方14、配方15和配方16制备的水性双组份中涂漆的性能如表8所示。 由表可知，当选用DE或RD作为防沉剂时，水性双组份中涂漆具有优异的储存稳定性、打磨 性、填充性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性和耐化性能；当选用A200或FX1070时，水性双组 份中涂漆的储存稳定性不合格和施工性较差，主要表现在储存后出现沉降、分水和浮黑，施 工性差主要体现在喷涂时出油不顺畅，易流挂。这是因为DE和RD作为有机蒙脱土类防沉剂， 其参与共研磨时，可以均匀分散在体质颜料和颜料中，然后其在水中电离，从而在表面出现 电荷层，通过电荷层的静电斥力和大分子分散剂的空间位阻使得体质颜料和颜料稳定在体 系中，其示意图如附图1所示，同时，若这种稳定结构被外力破坏之后，其可以通过电荷作用 快速恢复，这就为体系提供了高触变性和良好的施工性；A200属于二氧化硅类防沉剂，其防 沉机理是靠粒子间的氢键作用，众所周知，电荷的作用力会远大于氢键的作用力，所以A200 的防沉性不如DE或RD，由其制备的中涂漆的触变性和防流挂性也较弱；FX1070属于缔合型 聚氨酯类型的增稠剂，其没有电荷作用，也没有氢键作用，所以其防沉性不如DE、RD和A200， 由其制备的中涂漆的触变性和防流挂性最弱。因此，优选的防沉剂是DE或RD。

表7实施例4改变防沉剂类型制备水性双组份中涂漆的基本配方

表8实施例4防沉剂类型与中涂漆性能的关系

实施例5

表9是实施例5在保证其他物料不变的情况下，改变防沉剂用量制备水性中涂漆的 投料配方，其配方编号依次为17、18、19和20。按实施例1制备水性双组份中涂漆的工艺过程 制备表9所示编号为17～20的4种中涂漆，按实施例1制备中涂漆膜的工艺过程制备漆膜。

由配方17、配方18、配方19和配方20制备的水性双组份中涂漆的性能如表10所示。 由表可知，当DE用量为0.3％时，水性中涂漆具有优异的打磨性、填充性、遮盖力、附着力、柔 韧性、耐水性和耐化性能，但其储存稳定性不合格，主要表现在储存后出现沉降分水；当DE 用量为0.6％时，水性中涂漆具有优异的各项性能；当DE用量为0.9％时，水性中涂漆具有优 异的储存稳定性、打磨性、填充性、遮盖力、附着力、柔韧性和耐化性能，但其耐水性不合格， 且组份A粉浆的粘度过大，影响了生产效率；当DE用量为1.2％时，组份A粉浆的粘度非常大， 已经超出砂磨机的研磨粘度。因此，优选的防沉剂DE用量为0.6％。

表9实施例5改变防沉剂用量制备水性双组份中涂漆的基本配方

表10实施例5防沉剂用量与中涂漆性能的关系

实施例6

表11是实施例6在保证其他物料不变的情况下，改变树脂类型制备水性中涂漆的 投料配方，其配方编号依次为21、22、23和24。按实施例1制备水性双组份中涂漆的工艺过程 制备表11所示编号为21～24的4种中涂漆，按实施例1制备中涂漆膜的工艺过程制备漆膜。

由配方21、配方22、配方23和配方24制备的水性双组份中涂漆的性能如表12所示。 其中，A2470的固体树脂羟值是130mgKOH/g，VSM2521的固体树脂羟值是140mgKOH/g，VSM 6299的固体树脂羟值是135mgKOH/g，由于三者的羟值差别并不是很大，所以配方中三者采 用相同的用量。A2457的固体树脂羟值是88mgKOH/g。配方21、22、23的组份A与组份B的比例 是8:1，而配方24的组份A与组份B的比例是7:1，确保每个配方的NCO：OH＝1.4-1.5:1。由表 可知，当选用A2470+A2457或VSM2521+A2457或VSM6299+A2457的树脂组合时，水性中涂漆 具有优异的各项性能，而当A2470单独使用时，漆膜的柔韧性不合格。这是因为，当A2470单 独使用时，漆膜的固化过程不平稳，局部交联密度大，所以导致漆膜柔韧性不合格。因此，优 选的树脂搭配是A2470+A2457或VSM2521+A2457或VSM6299+A2457。

表11实施例6改变树脂类型制备水性双组份中涂漆的基本配方

表12实施例6树脂类型与中涂漆性能的关系

实施例7

表13是实施例7在保证其他物料不变的情况下，改变组份A助溶剂类型制备水性中 涂漆的投料配方，其配方编号依次为25、26、27和28。按实施例1制备水性双组份中涂漆的工 艺过程制备表13所示编号为25～28的4种中涂漆，按实施例1制备中涂漆膜的工艺过程制备 漆膜。

由配方25、配方26、配方27和配方28制备的水性双组份中涂漆的性能如表14所示。 由表可知，当选用二丙酮醇+2-甲基-2-丁醇作为助溶剂时，水性双组份中涂漆具有优异的 表干速度、储存稳定性、打磨性、填充性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性和耐化性能；当选 用二丙二醇甲醚+2-甲基-2-丁醇、二丙酮醇+正戊醇或二丙二醇甲醚+正戊醇时，水性双组 份中涂漆的表干速度变慢，打磨性、附着力、耐水性和耐化性皆不合格。这是因为，2-甲基- 2-丁醇作为疏水助溶剂时，其不包含活泼氢，所以其不会和异氰酸酯发生反应，而且其沸点 才102.5℃，蒸发潜热也远低于水的蒸发潜热，所以其可以提升漆膜的表干速度；而二丙二 醇甲醚和正戊醇分子链中包含有伯羟基，其会消耗异氰酸酯固化剂，所以二丙二醇甲醚和 正戊醇不仅不能提升漆膜表干速度，反而降低了漆膜的交联密度。因此，优选的组份A助溶 剂是二丙酮醇+2-甲基-2-丁醇。

表13实施例7改变组份A助溶剂类型制备水性双组份中涂漆的基本配方

表14实施例7组份A助溶剂类型与中涂漆性能的关系