一種應用於25型客車水性預塗底漆及其製備方法與流程

2023-05-24 02:59:01

技術領域

本發明涉及一種應用於25型客車水性預塗底漆及其製備方法，屬於水性塗料技術領域。

背景技術：

為了提高客車鋼結構防腐質量，規範客車防腐塗裝工藝，中國鐵路總公司運輸局車輛部於2015年1月22日於北京組織召開了客車防腐塗裝工藝規範研討會，頒布了《25型客車防腐塗裝工藝規範（試行）》和《25型客車用塗料技術條件（試行）》的試運行通知，通知規定了應用於25型客車所有材料及零部件表面拋丸或噴砂處理後，使得除鏽清潔度達到GB/T8923.1-2011《塗覆塗料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定第1部分：鏽蝕等級和處理等級》標準規定的Sa2.5級，處理後的表面應均勻、無死角，處理後的表面應立即噴塗可焊接性預塗底漆，塗層幹膜厚度10～20µm，要求其預塗底漆滿足於以下要求，表幹≤5min，實幹≤12h，劃格試驗≤1級，耐鹽霧性（48h），板面無起泡、不生鏽；劃痕處鏽蝕寬度≤1mm，焊接燒蝕寬度≤15mm，當預塗底漆在塗裝前不完全/徹底清除時，與防鏽底漆的配套塗膜（漆膜總厚度70～80µm）應通500h的耐鹽霧性試驗。

技術實現要素：

為了響應國家對環保要求的號召， 本發明針對滿足於此標準要求而設計開發了一款水性環保體系的對應產品， 綜合性能完全能滿足於標準要求，能廣泛的應用於25型客車表面的塗裝 。

技術方案是：

一種應用於25型客車水性預塗底漆，包括有按重量份百分比的如下組分：

樹脂乳液、鈦白粉：10～15%、氧化鐵黑：4～8%、金雲母：2～6%、水性磷酸鋅：3～5%、氫氧化鋁：5～8%、高嶺土5～10%、分散劑：0.2～0.5%、消泡劑：0.1～0.2%、表面活性劑：0.1～0.2%、防閃鏽劑：0.3～0.5%、水性防沉漿：4～6%、緩蝕劑：2～4%、助溶劑2～4%、去離子水18～22%；

所述的樹脂乳液中包括有丙烯酸乳液和/或乙烯基丙烯酸乳液，所述的丙烯酸乳液佔底漆總重量的0～35%，所述的乙烯基丙烯酸乳液佔底漆總重量的0～35%。

所述的水性預塗底漆中還包括有中和劑0～0.5%，也可以不加入中和劑。

所述的水性預塗底漆的製備方法，包括如下步驟：

第1步，將分散劑、消泡劑、助溶劑、一部分去離子水加入生產缸，並攪拌；

第2步，邊攪拌邊慢慢加入鈦白粉、氧化鐵黑、金雲母、水性磷酸鋅、氫氧化鋁、高嶺土以及水性防沉漿，攪拌，再採用砂磨機研磨，得到預製漿料；

第3步，加入樹脂乳液到預製漿料中，攪拌；

第4步，採用剩下的去離子水將表面活性劑、防閃鏽劑、緩蝕劑稀釋後加入生產缸中，攪拌均勻即可。

在第4步中，還可以在生產缸中加入中和劑調節pH在7.5～8.5之間，也可以不加入中和劑。

在第1步中，攪拌轉速300～400轉/分，攪拌時間5～10分鐘。

在第2步中，攪拌轉速600～800轉/分，攪拌時間15～20分鐘；研磨是指研磨至細度小於50微米。

在第3步中，攪拌轉速400～600轉/分，攪拌時間10～15分鐘。

在第4步中，攪拌轉速400～600轉/分，攪拌時間10～15分鐘。

所述的水性預塗底漆在25型客車塗裝中的應用。

有益效果

此款產品具有幹速非常快、 附著力好、 耐鹽霧性能好、 耐水性能好、 耐焊接燒蝕半徑≤2mm。

具體實施方式

本發明所提供的水性預塗底漆中，包括有按重量份百分比的如下組分：樹脂乳液、鈦白粉：10～15%、氧化鐵黑：4～8%、金雲母：2～6%、水性磷酸鋅：3～5%、氫氧化鋁：5～8%、高嶺土5～10%、分散劑：0.2～0.5%、消泡劑：0.1～0.2%、表面活性劑：0.1～0.2%、防閃鏽劑：0.3～0.5%、水性防沉漿：4～6%、緩蝕劑：2～4%、助溶劑2～4%、去離子水18～22%；所述的樹脂乳液中包括有丙烯酸乳液和/或乙烯基丙烯酸乳液，所述的丙烯酸乳液佔底漆總重量的0～35%，所述的乙烯基丙烯酸乳液佔底漆總重量的0～35%。

本發明中，丙烯酸乳液是指包括在分散穩定劑如表面活性劑的存在下，用自由基聚合引發劑進行由丙烯酸單體進行乳液聚合得到的丙烯酸乳液法樹脂。

上述的丙烯酸樹脂樹脂在製備過程中使用的單體，可以列舉以丙烯酸系單體作為必須的單體成分，例如，可以列舉(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯等直鏈或支鏈(甲基)丙烯酸烷基酯；(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯等(甲基)丙烯酸環烷基酯；(甲基)丙烯酸苄酯等(甲基)丙烯酸芳烷基酯；(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯等(甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯；(甲基)丙烯酸全氟烷基酯；(甲基)丙烯酸N，N-二乙基氨基乙酯等(甲基)丙烯酸N，N-二烷基氨基烷基酯；(甲基)丙烯酸烯丙酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸三乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸四乙二醇酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸1，4-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，6-己二醇酯、二(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、二(甲基)丙烯酸丙三醇酯、1，1，1-三羥甲基乙烷二(甲基)丙烯酸酯、1，1，1-三羥甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、1，1，1-三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、等在1分子中具有至少2個聚合性不飽和基團的多烯基化合物；(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥基丙酯、(甲基)丙烯酸3-羥基丙酯、(甲基)丙烯酸羥基丁酯等(甲基)丙烯酸羥基烷基酯；(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸β-甲基縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸3，(甲基)丙烯酸二環戊烯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯氧基丙酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯基酯等含有氧化固化性基團的聚合性不飽和單體等，這些單體可以分別單獨使用，或者2種或2種以上組合使用。

上述單體的聚合方法沒有特別限定，例如，按照一般的乳液聚合法，在乳化劑存在下，通過使上述單體(共)聚合，可以很容易地製造丙烯酸類樹脂。

作為上述丙烯酸類樹脂的製造中所使用的乳化劑，可以使用其本身已知的表面活性劑，作為適用的表面活性劑，例如，可以列舉陰離子性表面活性劑、非離子性表面活性劑、兩性離子表面活性劑。

作為陰離子性表面活性劑，例如，可以列舉十二烷基二苯醚二磺酸二銨、十二烷基二苯醚二磺酸鈉、十二烷基二苯醚二磺酸鈣、烷基二苯醚二磺酸鈉等烷基二苯醚二磺酸鹽；十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸銨等烷基苯磺酸鹽；十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸銨等烷基硫酸鹽；脂肪酸鈉、油酸鉀等脂肪族羧酸鹽；含有聚氧化烯單元的硫酸酯鹽(例如，聚氧化乙烯烷基醚硫酸鈉、聚氧化乙烯烷基醚硫酸銨等聚氧化乙烯烷基醚硫酸酯鹽；聚氧化乙烯烷基苯基醚硫酸鈉、聚氧化乙烯烷基苯基醚硫酸銨等聚氧化乙烯烷基苯基醚硫酸酯鹽；聚氧化乙烯多環苯基醚硫酸鈉、聚氧化乙烯多環苯基醚硫酸銨等聚氧化乙烯多環苯基醚硫酸酯鹽等)；萘磺酸甲醛縮合物鈉等萘磺酸甲醛縮合物鹽等；二烷基磺基琥珀酸鈉、單烷基琥珀酸酯磺酸二鈉等烷基琥珀酸酯磺酸鹽等，這些陰離子性表面活性劑可以分別單獨使用，或者2種或2種以上組合使用。

作為非離子性表面活性劑，例如，可以列舉含有聚氧化烯單元的醚化合物(例如，聚氧化乙烯十二烷基醚、聚氧化乙烯十八烷基醚、聚氧化乙烯十三烷基醚、聚氧化乙烯油基醚等聚氧化烯烷基醚化合物；聚氧化乙烯辛基苯基醚、聚氧化乙烯壬基苯基醚等聚氧化烯烷基苯基醚化合物；聚氧化乙烯多環苯基醚等聚氧化烯多環苯基醚化合物等)；聚氧化乙烯單月桂酸酯、聚氧化乙烯單硬脂酸酯、聚氧化乙烯單油酸酯等聚氧化烯烷基酯化合物；聚氧化乙烯烷基胺等聚氧化烯烷基胺；脫水山梨醇單月桂酸酯、脫水山梨醇單硬脂酸酯、脫水山梨醇三油酸酯、聚氧化乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯、聚氧化乙烯脫水山梨醇單油酸酯等脫水山梨醇化合物等，這些非離子性表面活性劑可以分別單獨使用，或者2種或2種以上組合使用。

作為兩性離子表面活性劑，可以列舉二甲基烷基甜菜鹼類、二甲基烷基月桂基甜菜鹼類、烷基甘氨酸類等。

以丙烯酸單體的總質量為基準，上述乳化劑的使用量通常可以在0.5～6質量％，優選在1～4wt%的範圍。

可用的自由基聚合引發劑的實例包括過硫酸銨，4，4』-偶氮二(4-氰基丁酸)等。該引發劑的量通常佔用於聚合的單體總重量的約0.01至約10wt％，優選約0.1至約5wt％。乳液聚合的反應溫度通常為約60℃至約90℃，並且反應時間通常為約5至約10小時。從提高所得塗膜的防水性、固化性等的角度看，所得丙烯酸乳液樹脂優選具有約1至約100mgKOH/g，更優選約5至約80mgKOH/g的羥值。從如上的相同角度看，丙烯酸乳液樹脂優選具有約1至約100mgKOH/g，更優選約5至約80mgKOH/g的酸值。丙烯酸乳液法樹脂的樹脂粒子可以具有約10至約1,000nm，優選約20至約500nm的粒徑。

優選用鹼性化合物中和丙烯酸乳液樹脂。鹼性化合物的實例包括氨，水溶性氨基化合物等。水溶性氨基化合物的實例包括單乙醇胺，乙胺，二甲胺，二乙胺，三乙胺，丙胺，二丙胺，異丙胺，二異丙胺，三乙醇胺，丁胺，二丁胺，2-乙基己基胺，乙二胺，丙二胺，甲基乙醇胺，二甲基乙醇胺，二乙基乙醇胺，2-氨基-2-甲基丙醇，二乙醇胺，嗎啉等。

作為本發明中乙烯基丙烯酸乳液是指在丙烯酸乳液的乳液聚合過程中，還加入了乙烯單體進行聚合，進而得到的實質為乙烯-丙烯酸共聚物乳液，其中乙烯單體的用量是丙烯酸單體用量的2～10wt%，優選範圍是2～5wt%；其優選的性狀是：固含為60%，含氯量≥60%，pH值在4～5。另外，底漆組合物中還可以包括有佔樹脂乳液重量12～14%的苯丙乳液，可以提高底漆的相關性質。

本發明的水性塗料組合物可以含有在水中溶解的有機溶劑。作為該有機溶劑的具體例，可以列舉出，乙二醇、丙二醇、乙二醇單丁基醚、丙二醇單丁基醚、二甘醇、一縮二丙二醇、二甘醇單丁基醚等。從儘量減少使用VOC的觀點出發，優選使有機溶劑的量儘可能的少。

本發明的水性塗料組合物可以含有顏料。作為顏料的具體例，可以列舉出氧化鈦、黃色氧化鐵、赤色氧化鐵、炭黑、酞菁藍、酞菁綠、偶氮紅、喹吖酮紅、苯並咪唑酮黃等著色顏料；碳酸鈣、硫酸鋇、高嶺土、粘土、滑石等體質顏料；防鏽顏料等。水性塗料組合物中的顏料的濃度優選為10～50wt%。

本發明的雙組份水性塗料組合物可以含有添加劑。作為添加劑的具體例，可以列舉出分散劑、粘性調整劑、固化催化劑、表面調整劑、消泡劑、增塑劑、成膜助劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、固化劑等。

關於使用本發明的水性塗料的塗膜形成方法：

本發明的塗料組合物通過塗布於各種基材上可形成具有優良外觀 的金屬塗膜。

用本發明塗料組合物塗布的基材沒有限制。優選基材例如為汽車、 摩託車等的車體。其它可用的基材包括用於形成上述車體的材料，例 如冷軋鋼板、鍍鋅鋼板，鍍鋅合金鋼板，不鏽鋼板，鍍錫鋼板，其它 鋼板，鋁板，鋁合金板和其它金屬基材；各種塑料材料；等。基材可以是其金屬表面已進行表面處理如磷酸鹽處理、鉻酸鹽處 理、複合氧化物處理等的上述車體或金屬基材。此外，基材可以是具 有各種電沉積塗料組合物的底塗層和/或中間塗層的上述車體或金屬襯 底等。

塗布本發明塗料組合物的方法沒有限制，可以是例如壓氣噴塗法、 無氣噴塗法、旋轉霧化塗布法，幕塗法等。通過上述塗布方法可形成 溼塗層。其中，特別優選壓氣噴塗法等。在塗布塗料組合物時，根據 需要可以施加靜電。所要塗布的本發明塗料組合物的量是使得組合物在固化時形成約 3,000至約8,000nm厚的塗膜。該量優選使得組合物在固化時形成厚約 3,000至約6,000nm的塗膜。此外，調節塗料組合物的粘度使得當通過在基材上塗布塗料組合 物形成的沉積塗層具有40wt％固體成分含量時，沉積塗層在20℃和0.1 s-1的剪切速率下測定的粘度在4×102至1×104mPa·s的範圍內。上述沉積塗層粘度是如下測定的。將塗料組合物噴塗到鍍錫基材 上並靜置1分鐘，然後收集沉積塗層。測定沉積塗層的固體成分含量 及其在20℃及0.1s-1剪切速率下的粘度。除了使塗料組合物靜置2、5或10分鐘外，同樣測定如上形成的沉積塗層的固體成分含量和粘度。分別將所測定的固體成分含量(重量)和粘度標示在橫坐標和縱坐標 上，利用通過最小二乘法得到的函數畫出曲線圖。由該曲線圖上讀出 固體成分含量為40wt％時的沉積塗層粘度。儘管沉積塗層的粘度隨塗布條件如溫度、溼度等而變化，但通常 例如可以通過如下方式調節至上述範圍內：用有機溶劑和/或水適當調 節塗料組合物的粘度使得塗布時塗料組合物的粘度在20℃和60rpm下 用布氏粘度計測定為約50至約400cP，優選為約100至約200cP。

可通過加熱將基材上的沉積塗層固化。加熱可通過公知加熱方法 進行，例如使用乾燥爐如熱空氣爐、電爐、紅外線加熱爐等進行。加熱溫度優選為約80至約180℃，更優選約100至約160℃。加熱時間 沒有限制，通常為約20至約40分鐘。

以下實施例所採用的原料：

丙烯酸乳液（X-1000 江蘇李文甲）

乙烯基丙烯酸乳液（H-202 立驊鑫）

苯丙乳液（Acronal7035，巴斯夫）

鈦白粉（895 上鈦化工）

氧化鐵黑（石家莊長利礦產品）

金雲母粉（800 目金雲母 滁州格銳）

氫氧化鋁（1250 目 成都鑫業化工）

水性磷酸鋅（PZ04 環琦化工）

高嶺土（TZJ-1 內蒙古天之嬌）

分散劑（760W 迪高）

消泡劑（NXZ 科寧化學品）

表面活性劑（OF 成都惠恩化工）

水性防沉漿（T701 自製）

助溶劑（乙二醇單丁醚 美國陶氏）

防閃鏽劑（FA-179 海銘斯化學）

緩蝕劑（142DA 上海盈水）

中和劑（DMEA 海銘斯化學）

實施例1～6、對照例1～2原料配比

以上的底漆的製備方法，步驟是：製備方法是：

1、將分散劑、消泡劑、助溶劑、約一半的去離子水加入生產缸中，並採用300～400轉/分攪拌5～10分鐘；

2、邊攪拌邊慢慢加入鈦白粉、氧化鐵黑、金雲母、水性磷酸鋅、氫氧化鋁、高嶺土以及水性防沉漿，採用600～800轉/分攪拌15～20分鐘，採用砂磨機研磨至細度為50微米，得到預製漿料；

3、加入樹脂乳液（丙烯酸乳液和/或乙烯基丙烯酸乳液）到預製漿料中（實施例6中還加入苯丙乳液），採用400～600轉/分攪拌10～15分鐘；

4、採用剩下的去離子水將表面活性劑、防閃鏽劑、緩蝕劑、中和劑（實施例2和5中不加）稀釋後加入生產缸中，採用400～600轉/分攪拌5～10分鐘，即可。

性能測試

將薄鋼板（50mm×120mm×0.5mm）採用1000目細砂紙進行打磨處理；

幹板實現：採用去離子蒸餾水進行噴塗粘度的調整，將噴塗粘度調整為20～30S（NK-2杯），在薄鋼板上噴塗2～3層，幹板放置25℃恆溫箱中自幹48小時檢測常規性能，耐鹽霧性測試鋼板漆膜厚度控制在20～30µm，熟化7天後測試。

乾燥速度依照GB/T1728、不揮發物含量依照GB/T1725、劃格試驗依照GB/T9286、彎曲性能依照GB/T6742、耐衝擊性依照GB/T1732、細度依照GB/T6753.1、耐鹽霧性依照GB/T1771、焊接燒蝕寬度按照GB/T12212-90。結果如下表所示：

從表中可以看出，實施例1與實施例2，僅僅採用了丙烯酸乳液製作的水性預塗底漆，各方面指標均無法滿足於標準要求，對照例1和對照例2中由於沒有分別添加金雲母和氫氧化鋁，導致漆膜性能下降，另外從實施例3～5可以看出，拼入了乙烯基丙烯酸共聚物乳液後，各方面性能有著非常明顯的提升，從實施例3可以看出，當採用丙烯酸乳液與乙烯基丙烯酸共聚物乳液協同作用時，單層耐鹽霧可達到600h（漆膜厚度在20～30微米），耐鹽霧可達到1500h無異常，並且得到的焊接燒蝕寬度非常小，僅為2mm，此產品完全能滿足於標準要求，可廣泛應用於25型客車以及其它行業所需的預塗防護。