高性能150℃烘干型双组分环氧－聚氨酯阴极电泳涂料

摘要

本发明公开了一种高性能150℃烘干型双组分环氧－聚氨酯阴极电泳涂料，其包括有水性阳离子环氧树脂、颜填料、无毒催干剂、分散剂、乳化剂，酸等。本发明槽液的热稳定性高、击穿电压高、工作溶剂含量低且更环保节能，同时继承了阴极电泳漆的耐盐雾、耐化学品、耐碱、耐水等优异的综合性能。本发明可广泛应用于汽车及零配件、工程机械、农用车、摩托车、五金、家用电器等金属防腐行业的底层防腐涂装，也可为在满足家用电器、室内五金等底面合一涂装方面要求而制成透明色及彩色阴极电泳涂料。

说明书

技术领域

本发明涉及化工产品及制备方法领域，特别是一种双组分环氧-聚氨酯阴极电泳涂料。

背景技术

环氧-聚氨酯双组分阴极电泳涂料目前在汽车涂装，农用车、摩托车、工程机械、家用电器、五金等行业已得到广泛应用，并基本取代了阳极涂装工艺。随着世界顶尖的大型涂料企业如美国PPG公司、德国BASF公司。日本关西涂料在我国相继建立了独资或合资企业，也大大促进了国内阳极电泳涂料及涂装的技术进步，但我国阴极电泳涂料技术与世界水平依然存在一定的差距。阴极电泳涂料以其涂料利用率高，涂膜性能优异，安全，环保，适合工业自动化生产等众多优点而得到广泛应用，在本篇不作详述。

我国目前阴极电泳涂料技术与国外先进水平的差距主要表现在如下几个方面：

(1)槽液热稳定性与先进水平差距大。目前我国自行开发的电泳涂料槽液温度一般都控制在30℃以下，超过30℃电泳漆膜肥厚，且槽液稳定性极差。而美国PPG公司阴极电泳漆槽温度在35℃仍然稳定且在该温度下电泳漆膜均匀。

(2)国内阴极电泳漆槽液击穿电压低，一般薄膜型击穿电压在280V-320V，即使是中厚膜也只在350V左右。而国际先进水平有的高达600V以上。电泳漆的泳透力标志电泳漆对复杂工件内腔的涂覆能力的大小，而高破裂电压在相当程度上标志着电泳漆对复杂工件内腔涂覆能力强即泳透力高。

(3)国内电泳漆料槽液溶剂含量一般在2-6％之间，国际先进水平已达到≤1.5％。

发明内容

为解决或改善上述问题，本发明的目的是提供一种高性能150℃烘干型双组分环氧-聚氨酯阴极电泳涂料，其槽液的热稳定性高、击穿电压高、工作溶剂含量低且更环保。

本发明的目的是这样实现的：一种高性能150℃烘干型双组分环氧-聚氨酯阴极电泳涂料，其特征在于：按质量份计算槽液由以下组分组成：水分散性色浆1份，乳液2-3份，去离子水3-4份；所述的水分散性色浆由水性阳离子环氧树脂20-40份，颜填料10-40份，溶剂10-20份，无毒催干剂0.5-1.5份，分散剂0.5-2份，去离子水20-50份；所述的乳液由水性阳离子环氧树脂40-60份，无毒催干剂0.5-1份，溶剂0.5-5份，乳化剂0.1-2份，酸0.1-2份，去离子水30-50份组成。

水性阳离子环氧树脂按质量份计算，配方包括以下组分：改性环氧树脂50-70份，半封闭型和/或封闭型聚氨酯固化剂10-30份，中和剂5-30份，去离子水5-20份。

所述的改性环氧树脂按质量份计算，配方包括以下组分：醇醚类和酮类溶剂10-30份，环氧树脂20-35份，脂肪胺0.5-2份，酮亚胺树脂10-25份。其中的酮亚胺树脂按质量份计算，配方包括以下组分：聚醚胺或聚酰胺60-80份、丁酮或甲基异丁基酮20-40份。

所述半封闭或封闭型聚氨酯固化剂按质量份计算，配方包括以下组分：芳香族多异氰酸酯5-20份，醇醚类化合物、杂环类化合物其中之一或两种以上混合3-30份，聚醚或聚碳酸酯二元醇0-80份，酮类溶剂0-40份。

上述乳液的制备方法，其特征包括以下步骤：将水性阳离子环氧树脂、无毒催干剂、无毒溶剂投入分散缸A在900-1500转/分钟下高速分散1-2小时；同时将去离子水、酸、乳化剂投入B缸在1100-1500转/分钟下高速分散10-40分钟；尔后在1300-1500转/分钟下将A缸混合物缓缓滴加到B缸中，滴加结束厚在该转速下继续分散1-2小时即得乳液组分。

上述色浆组分的制备方法，包括以下步骤：将水性阳离子环氧树脂、颜填料、非离子分散剂、溶剂、去离子水、催干剂投入分散锅，在700-1100转/分下分散后静置8小时以上，再在600-800转/分钟下分散20-40分钟进砂磨机研磨，至细度≤15μ。

本发明的优点在于集中了市场现有诸多阴极电泳涂料的优点如：槽液的热稳定性高(槽液电泳温度在35-38℃之间)；槽液击穿电压高(击穿电压≥380V)；槽液工作溶剂含量低(溶剂含量低于1.5％时，不影响电泳)；电泳漆在环保方面不含任何有毒溶剂如乙二醇甲醚、乙二醇乙醚，二醇醚类含量极低，电泳漆不含铅、锡类催干剂及有毒重金属；150℃烘干型较之175℃烘干型电泳漆更加节能，而阴极电泳漆的耐盐雾、耐化学品、耐碱、耐水等优异的综合性能在本发明产品中全部继承。本发明可广泛应用于汽车及零配件、工程机械、农用车、摩托车、五金、家用电器等金属防腐行业的底层防腐涂装，也可为在满足家用电器、室内五金等底面合一涂装方面要求而制成透明色及彩色阴极电泳涂料。

具体实施方式

电泳涂料是最早开发的水性涂料品种，与其他水性涂料比，槽液溶剂含量低，有利于环保，安全性好，且电泳湿膜溶剂含量更少，在烘干过程中不容易产生流挂橘皮、积漆等弊病；涂膜的防腐能力强，尤其是高泳透力的阴极电泳涂料对工件的内腔、焊缝、边缘的耐腐性有着显著的提高；涂料利用率极高，另外电泳涂装完全可以实现机械化、自动化，大大提高劳动生产率；150℃中温烘干电泳涂料较175℃高温烘烤电泳涂料，可节约能源，减少加热损失。

本发明是一种高性能150℃烘干型双组分环氧-聚氨酯阴极电泳涂料，其特征在于：按质量份计算槽液由以下组分组成：水分散性色浆1份，乳液2-3份，去离子水3-4份。

所述的水分散性色浆由水性阳离子环氧树脂20-40份，颜填料10-40份，溶剂10-20份，无毒催干剂0.5-1.5份，分散剂0.5-2份，去离子水20-50份。

所述的乳液由水性阳离子环氧树脂40-60份，无毒催干剂0.5-1份，溶剂0.5-5份，乳化剂0.1-2份，酸0.1-2份，去离子水30-50份组成。

水性阳离子环氧树脂按质量份计算，配方包括以下组分：改性环氧树脂50-70份，半封闭型和/或封闭型聚氨酯固化剂10-30份，中和剂5-30份，去离子水5-20份。中和剂、酸为有机酸，优选甲酸、乙酸、丙酸、乳酸，草酸等的水溶液。改性环氧树脂按质量份计算，配方包括以下组分：醇醚类和酮类溶剂10-30份，环氧树脂20-35份，脂肪胺0.5-2份，酮亚胺树脂10-25份。其中，醇醚类和酮类溶剂可以是丙二醇甲/乙/丁醚、2-羟基甲/乙/丁醚、苯甲醇、二丙二醇甲醚、丁醇、异丙醇、丁酮、环乙酮、甲基异丁基酮；环氧树脂可以是环氧当量为180-1000之间的双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂；聚酰胺的胺值在80-380之间；聚醚胺的分子量在1000-3000之间。半封闭或封闭型聚氨酯固化剂按质量份计算，配方包括以下组分：芳香族多异氰酸酯5-20份，醇醚类化合物、杂环类化合物其中之一或两种以上混合3-30份，聚醚或聚碳酸酯二元醇0-80份，酮类溶剂0-40份。其中，芳香族多异氰酸酯可以是TDI，MDI；醇醚类化合物可以是乙二醇丁醚、二乙二醇甲/乙/丁醚、2-羟基甲/乙/丁醚、丙二醇甲/乙/丁醚；杂环类化合物可以是N-甲基吡咯烷醇、四氢糠醇、乙酰丙酮，乙酰乙酸乙酯等；聚醚可以是分子量在400-3000之间的聚丙二醇醚、聚乙二醇醚，或混合聚醚；聚碳酸酯二元醇的分子量在1000-3000之间；脂肪胺可以是甲基乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二丙胺、二正丁胺；酮类溶剂可以是丁酮、环乙酮、甲基异丁基酮。

颜料可以是钛白粉、碳黑、氧化铁红、沉淀硫酸钡、水洗高岭土等。

无毒催干剂为各种铋盐，稀土催干剂，钴盐催干剂。

分散剂为非离子型分散剂或阳离子型分散剂。

上述乳液的制备方法，其特征包括以下步骤：将水性阳离子环氧树脂、无毒催干剂、无毒溶剂投入分散缸A在900-1500转/分钟下高速分散1-2小时；同时将去离子水、酸、乳化剂投入B缸在1100-1500转/分钟下高速分散10-40分钟；尔后在1300-1500转/分钟下将A缸混合物缓缓滴加到B缸中，滴加结束厚在该转速下继续分散1-2小时即得乳液组分。

上述色浆组分的制备方法，包括以下步骤：将水性阳离子环氧树脂、颜填料、非离子分散剂、溶剂、去离子水、催干剂投入分散锅，在700-1100转/分下分散后静置8小时以上，再在600-800转/分钟下分散20-40分钟进砂磨机研磨，至细度≤15μ。

上述水性阳离子环氧树脂的制备方法，其特征包括以下步骤：

(1)改性环氧树脂的制备：将环氧树脂20-35份，醇醚类、酮类溶剂10-30份投入反应釜在50℃-80℃下搅拌溶解1小时后加脂肪胺0.5-2份在80℃-90℃下反应2-3小时；反应完成后，在75℃-90℃下滴加10-25份酮亚胺树脂入反应釜并保温1.5-2.5小时，得改性环氧树脂；

(2)固化剂的制备：将芳香族多异氰酸酯5-20份投入反应锅，在20-50℃分批加入或滴加醇醚类单羟基化合物或杂环类含羟基化合物3-30份，聚醚或聚碳酸酯二元醇0-80份(若是聚碳酸酯二元醇或聚醚事先需经溶剂溶解)；尔后在30-80℃保温0.5-2小时后再升温至70℃-90℃保温1.5-3小时，加溶剂0-40份即得半封闭或封闭型聚氨酯固化剂；

(3)将改性环氧树脂50-70份加热到70-90℃，滴加或分批加入半封闭或封闭型固化剂10-30份，并在此温度下保温1.5-2.5小时后加去离子水5-20份在70-90℃保温40-80分钟；尔后降温至25-70℃加中和剂5-30份搅拌半小时至1小时即得水性阳离子环氧树脂。

实施例1

将76份TDI投入反应锅，开搅拌并在50℃以下分批加入四氢糠醇46份于50℃保温半小时，再升温至80℃保温2小时，即得半封闭聚氨酯固化剂。

实施例2

向反应锅中投入乙酰丙酮33.4份，TDI 55.3份，二甲基乙醇胺1份，溶剂丁酮80份，加热搅拌，在70℃下保温30分钟后升温至85℃反应4小时即得封闭型聚氨酯固化剂。

实施例3

将聚碳酯二元醇(分子量2000)110份、丁酮溶剂15份、实施例1制得的半封闭固化剂25份投入反应釜，开搅拌升温至120℃反应2小时后，降温至80℃，滴加TDI10份，滴完后升温至110℃保温1小时即得半封闭的聚氨酯固化剂。

实施例4

将E20环氧树脂81份、丙二醇甲醚39.4份、丁酮19.8份投入反应釜在50℃ -80℃下加热搅拌溶解1小时；之后加二甲基乙醇胺2.2份、二乙醇胺9.1份、异丙醇19.7份在80℃ -85℃保温2小时；然后滴加酮亚胺混合物49.2份(该酮亚胺混合物是由用丁酮封闭的分子量为2000的聚醚胺2.8份和用甲基异丁基酮封闭的胺值为300的聚酰氨树脂46.4份组成)并在85℃下保温1小时后，再升温至90℃保温2小时，即得改性环氧树脂。

实施例5

将实施例4制得的改性环氧树脂80份投入反应釜在75℃-80℃下搅拌滴加实施例1制得的半封闭固化剂17.6份，接着分三批加入实施例2制得的封闭型聚氨酯固化剂11.3份，并在80℃下保温2小时后加水6份继续保温1小时，降温到50℃以下加中和剂6份搅拌30分钟即得阳离子水性环氧树脂。

实施例6

将水性阳离子环氧树脂32.6份、1250目煅烧高岭土15.4份、高色素碳黑1.1份、非离子分散剂0.7份、丙二醇甲醚6份、异丙醇7.8份、去离子水38.6份、有机铋催干剂0.76份投入分散锅，在700-1100转/分下分散1小时后静置8小时，再在700转/分钟下分散30分钟进砂磨机研磨，至细度≤15μ即合格包装，得电泳涂料色浆组分。

实施例7

将水性阳离子环氧树脂123.4份、丙二醇甲醚1.8份、稀土催干剂7.1份投入分散缸A在1300转/分下分散1.5小时；同时向分散缸B中投入去离子水131.5份、20％醋酸2份、20％非离子乳化剂2.8份，在1500转/分钟下高速分散30分钟；在1500转/分钟高速分散下将A缸料用1.5小时缓缓均匀加入B缸；料加完后在该转速下继续分散1.5小时即得双组分阴极电泳涂料的另一组分——乳液。

实施例8

向干净的电泳槽中投入2份离子水，开动循环混合泵，并向槽内投入1.5份乳液，继续循环；向预混槽中投入1.5份乳液开动搅拌，在搅拌下缓缓投入1.5份色浆，搅拌30分钟之后将预混槽混合液缓缓均匀打入电泳槽中；再投2份去离子水清洗预混槽并将清洗后的水缓缓均匀泵入电泳槽。在不断的循环中槽液热化48小时后即可工作进行工件电泳涂装。

检测结果

一、原漆指标

 

项目色浆组分实测值乳液组分实测值检测方法外观灰色、无结块分层无结块分层乳白色乳白色目测细度μm≤15≤15————GB/T1742固含％灰50±2％黑41±2％52.335±2％34.5GB/T6751pH值5.4±0.35.36.7±0.36.71pH计电导率us/cm1200±3001370900±300952HB/T3335

二、槽液性能

 

项目设计值实测值检测方法

 

固体含量％19±1％20.48GB/T6751pH值6.5±0.36.35pH计电导率us/cm1000±3001139HG/T3335灰份％灰3.42-4.56黑0.95-2.094.3GB/T1747溶剂含量≤1.5未测气相色谱MEQ值30±4未测TB/T10242 附录A中A4泳透力％≥85未测TB/T10242 附录A中A10库色效率≥25未测HG/T3337破裂电压V≥380>380TB/T10242 附录A中A3L效果水平垂直而无明显差别无差别TB/T10242 附录A中A6再溶解率％≤108TB/T10242 附录A中A2

三、涂膜性能

 

指标名称设计值实测值检测方法外观平整光滑，无缩孔平整光滑，无缩孔目测电压膜厚V/um280-330/(21±2)300/19——光泽60％≥6075GB/T9754冲击强度Kg·cm50合格GB/T1732杯突mm≥56.8GB/T9753附着力级(1mm×1mm，100/100)00GB/T9286铅笔硬度H2HGB/T6739柔韧性(mm)11GB/T1731耐碱性(5％)≥48h>120hGB/T1763耐酸性(0.05mol)≥48h合格GB/T1763耐水性(40℃)360h合格GB-5209耐盐水(3％)25℃360h合格GB-1763盐雾试验磷化板21±2μ800h合格GB/T1771耐汽油(93#)48h>240hGB/T1734

本发明的优点如下：

(1)槽液的热稳定性高，槽液电泳温度在35-38℃之间；

(2)击穿电压的高低反映出电泳涂料对工件内腔的涂膜能力高低，即泳透率高低，所以高击穿电压从侧面证明漆的高性能，本发明的槽液击穿电压≥380V(35-38℃)；

(3)槽液工作溶剂含量低于1.5％时，仍可以电泳合格产品，溶剂含量低是电泳涂料发展方向之一；

(4)不含任何有毒溶剂如乙二醇甲醚、乙二醇乙醚，乙二醇醚类含量极低，同时不含铅、锡类催干剂及有毒重金属，属环境友好型；

(5)固化温度为150℃较之普通175℃烘干型比具有节能，低加热排放等优点；

(6)通过制板发现，本品对涂装工件边角覆盖能力好；

(7)由于是中低温烘烤，漆膜烘烤不变色，不黄变，因此可作为浅色电泳涂装。