[发明专利]一种水性汽车涂料通用树脂的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车涂料用树脂，具体地说是一种具备优异的润湿性的水性汽车涂料通用色浆的水性树脂。

背景技术

水性色浆体系有两种：一种为高颜料含量无树脂体系；另一种为低颜料含量有树脂体系。其中前者颜料浓度高、着色力强、展色性能佳、相容性好，但在有些弱分散体系涂料中，当成膜时因各种颜料、填料的流动性微弱差异，而容易导致浮色发花，并且该体系的储存稳定性较差；而后者颜料浓度相对较低、着色力和展色性能一般，但流动性和黏度较为稳定，由于体系中含有树脂，故相容性在一定程度上存在一些问题，由于树脂与树脂之间缠绕，易导致涂料浮色发花，该浮色发花基本上是不可能通过简单的处理就能解决好，所以开发出一种对颜料润湿性良好，并且对各种树脂都具有良好相容性的通用水性树脂是我们制备高性能水性汽车涂料通用色浆的关键。

脂肪族阴离子型水性聚氨酯是近年来研究和应用比较热门的一种水性通用树脂，它是在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团，从而使树脂具有足够的亲水性而分散在水中形成稳定的乳液。常用的阴离子基团主要是羧酸盐型和磺酸盐型两大类。含羧基物质主要有二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸( DMBA)、酒石酸、含羧基半酯二元醇、N，N-二羟基单马来酰胺酸及二氨基苯甲酸等，前两种尤其常见；含磺酸基团物质有乙二胺基乙磺酸钠、2-磺酸钠-1，4-丁二醇、1，3-二羧基-苯磺酸钠，以及合成的长链磺酸钠等。在这两种阴离子水性聚氨酯中，用得最多的就是二羟甲基丙酸(DMPA)。

近年来，有关脂肪族阴离子型水性聚氨酯的研究主要集中在对制备工艺方法多样性的尝试和原料的混合设计、NCO／OH摩尔比率、DMPA的含量、中和度以及反离子的种类等方面，对聚氨酯进一步与含碳二酰亚胺、三聚氰胺、氨基甲醛等的交联反应以及跟其他材料共混形成复合材料也有报道。阴离子基团赋予了聚氨酯能在水中分散的性质，而聚氨酯分散体的性质主要由软硬段的性质及其相互作用来决定，所以作为离子载体的软段或硬段以及软硬段之间的关系是影响水性聚氨酯性能的关键因素。

聚氨酯（PU）的软段原料一般指具有一定柔性的长链分子，主要指聚醚二醇、聚酯二醇或二者的混合物，也包括脂肪族长链异氰酸酯。聚酯型PU比聚醚型PU具有较高的强度和硬度，这归于酯基的极性大，其内聚能(12.2 kJ/mol)比醚基的内聚能(4.2kJ/mol)高，软段分子间作用力大，内聚强度较大，机械强度就高，而聚醚的耐低温性能和抗水解性能强于前者。关于单一的二醇类的研究已经非常深入，对二元或者三元共聚二醇改性聚氨酯分散体也展开研究，成果较显著的有Kim和Yen研究小组。近年来，特殊结构聚二醇的制备有较大的进展，研究人员根据不同领域的需要制出具有特殊结构的聚二醇以期待更高的热稳定性和更强的力学性能。

聚氨酯的硬段原料包括二异氰酸酯、离子交联剂、扩链剂等。相比于芳香族二异氰酸酯，以脂肪族或脂环族二异氰酸酯作为原料合成的聚氨酯有更好的储存稳定性。离子交联剂在水性聚氨酯合成中作为提供离子基团的内乳化剂，其引入的通常为羧酸根离子和磺酸根离子。离子基团的含量决定分散体的稳定性和产物的外观。许多文献报道了获得稳定乳液所需引入离子含量的最小值、离子含量和离子的位置对水性聚氨酯阴离子体的影响。Chen等发现获得稳定的分散体所需要引入-COOH的最小值是0.178mmol/g，而Satguru报道这个值为0.25 mmol/g，这些结果的差异主要取决于离子基团的种类及其他影响因素。扩链剂对阴离子型水性聚氨酯的影响不仅取决于扩链剂的类型，而且受扩链剂分子链长短和扩链方式的制约。常用的扩链剂有小分子的二醇(如二甘醇、l，4．丁二醇，新戊二醇等)或二胺(乙二胺，丁二胺等)。二元胺扩链剂能形成脲键，脲键的极性比氨酯键强，因而二元胺扩链的PU比二元醇扩链的PU具有较好的力学性能、模量、粘附性和耐热性，并且具有较好的低温性能。

影响阴离子型水性聚氨酯形成和性能的其它因素还有反应温度、加料方式、加水速率、乳化工艺等等。

近些年来，由于中国整体经济环境较好和消费者购买能力的提高，加之人均汽车保有量较低，中国汽车工业正在急速扩张，这就为中国地区的汽车涂料市场创造了空前的发展机遇。国内汽车涂料近几年发展很快，尤其在最近几年金融危机的背景下不降反升，随着环保法规的越来越严，汽车涂料也在逐渐向高固体份及水性化发展。本项目研发的水性汽车涂料通用色浆，实现了低VOC排放，自主合成出的通用水性树脂，对颜料润湿性良好，并且与多种树脂都具有良好相容性，进而通过对水性助剂和颜料的优选，开发出一种高性能水性汽车涂料通用色浆，使其在高端汽车原厂和修补市场将具有广阔的市场前景和潜力。