一种耐久高硬度的水性硅改性聚酯汽车涂料

摘要

本发明适用于材料技术领域，提供了一种耐久高硬度的水性硅改性聚酯汽车涂料，包括以下重量份数的原料：有机硅改性聚酯材料50‑70份、丙烯酸树脂10‑20份、复合填料8‑12份、分散剂2‑4份以及水5‑15份；本申请通过采用特制的有机硅改性聚酯材料按比例复配丙烯酸树脂、复合填料、分散剂所制备得到，可以很好地解决当前汽车涂料面临的机械强度不高，附着力差，易刮擦掉漆，抗老化性、耐候性等性能不足的问题，满足丙烯酸树脂类型涂料用于汽车保护膜的使用需求。

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种耐久高硬度的水性硅改性聚酯汽车涂料。

背景技术

汽车涂料就是指涂装在轿车等各类车辆车身及零部件上的涂料，通过在车体表面形成保护膜以延长汽车的使用寿命。由于涂料长期暴露在大气中，易受到外界环境的侵蚀或者冲刷，因此对汽车涂料各方面的要求较高，尤其对涂料的硬度、耐磨性、耐老化性、抗腐蚀性等性能的要求。

当前市面上的汽车涂料主要为丙烯酸树脂类型涂料，普遍存在机械强度不高，附着力差，易刮擦掉漆，抗老化性、耐候性等性能不足，无法满足车主的使用需求。

发明内容

本发明实施例提供一种耐久高硬度的水性硅改性聚酯汽车涂料，旨在解决现有汽车涂料存在机械强度不高，附着力差，易刮擦掉漆，抗老化性、耐候性等无法满足车主的使用需求的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种耐久高硬度的水性硅改性聚酯汽车涂料，包括以下重量份数的原料：

有机硅改性聚酯材料50-70份、丙烯酸树脂10-20份、复合填料8-12份、分散剂2-4份以及水5-15份。

本发明实施例提供的耐久高硬度的水性硅改性聚酯汽车涂料，通过采用特制的有机硅改性聚酯材料按比例复配丙烯酸树脂、复合填料、分散剂所制备得到，可以很好地解决当前汽车涂料面临的机械强度不高，附着力差，易刮擦掉漆，抗老化性、耐候性等性能不足的问题，满足丙烯酸树脂类型涂料用于汽车保护膜的使用需求。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种耐久高硬度的水性硅改性聚酯汽车涂料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

有机硅改性聚酯材料50-70份、丙烯酸树脂10-20份、复合填料8-12份、分散剂2-4份以及水5-15份。

在一些实施例中，所述有机硅改性聚酯材料的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：将甲基苯基硅树脂与聚酯树脂进行缩合反应，得有机硅改性聚酯。

其中，甲基苯基硅树脂因苯基硅氧链的引入，使其在力学性能、热弹性、粘结性、光泽性及与有机物、无机填料的配伍性等方面更优异于一般的硅树脂。

其中，聚酯树脂是由多元醇与多元酸酯化而得，具体地，该聚酯树脂可以为采用新戊二醇、季戊二醇、甲基丙二醇中的一种与乙二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸中的一种制备得到，所采用的多元醇或多元酸的种类并不会对本申请体系效果产生影响，本申请实施例所用的聚酯树脂均是由新戊二醇与间苯二甲酸酯化而得，并不用以限定本申请范围。

另外，本申请通过利用甲基苯基硅树脂与聚酯树脂的羟基间进行缩合反应，完成接枝聚合，具体缩合方式同样不影响本申请体系效果，可参照现有技术实现。其中，甲基苯基硅树脂与聚酯树脂的质量比优选为(1-2):(4-5)，二者含量配比会对涂料加工性能、耐候性能产生一定影响，具体地，当甲基苯基硅树脂含量过高时，将会导致涂料的加工性能变差；当聚酯树脂含量过高时，将会影响涂料的耐候性能。

步骤S2：向甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液中加入二异丙基氨基锂进行均匀混合后，加入有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液，在温度为80-90℃下加热反应0.5-1h后，继续在温度为100-110℃下加热反应0.5-1h，将所得反应液经中和、析出以及洗涤处理后，即得。

其中，甲基苯酚、二异丙基氨基锂、有机硅改性聚酯以及聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔比优选为1:(2-4):(1-3):(1-3)。

其中，甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液的质量分数优选为10-20％。

其中，有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液的固含量优选为15-20％。其是通过将摩尔比为1:1的有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯溶于二甲基甲酰胺溶液中，控制固含量为15-20％。

在一些实施例中，丙烯酸树脂是由硬丙烯酸类单体与软丙烯酸类单体按质量比例2:1共聚而成，具体合成方式可参照现有技术，其合成方式除了所用单体种类外，对本发明体系效果无直接影响，其中，硬丙烯酸类单体可以为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等；软丙烯酸类单体可以为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯等。

在一些实施例中，复合填料是通过将质量比为(3-5):1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中接触并反应而得。具体地，通过将质量比为(3-5):1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中于温度为140-160℃的条件中接触并反应2-3h，其中，控制温度参数以及反应时间是决定能否获得最佳改性效果的关键，本申请经特定改性条件下的复合填料可均匀分散于体系中，相较于未改性的二氧化硅与碳化硅复合填料，可显著提高复合填料与体系的结合能力，有利于静置后的复合填料形成网络结构，以提高成型后的涂层的稳定性、力学性能、耐候性能等，同时，增加涂层的致密性、光洁度。

在一些实施例中，分散剂是由分子量<10000的分散剂与分子量>20000的分散剂按照质量比(1-3):1组成，其中，分子量<10000的分散剂可以选路博润Solsperse 41000、毕克BYK111、毕克BYK102、迪高DISPER 655、巴斯夫EFKA 4701、巴斯夫EFKA 4732等中的一种，而分子量>20000的分散剂可以为路博润Solsperse 32000、Solsperse 39000、Solsperse75000中的一种。

以下给出本申请某些实施方式的实施例，其目的不在于对本申请的范围进行限定。

另外，需要说明的是，以下实施例中所给出的数值是尽可能精确，但是本领域技术人员理解由于不可能避免的测量误差和实验操作问题，每一个数字都应该被理解为约数，而不是绝对准确的数值。

实施例1

将质量比优选为1:3的甲基苯基硅树脂与聚酯树脂进行缩合反应，得有机硅改性聚酯；向质量分数为15％的甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液中加入二异丙基氨基锂进行均匀混合后，加入固含量为15％的有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液，甲基苯酚、二异丙基氨基锂、有机硅改性聚酯以及聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:3:2:2，在温度为80℃下加热反应0.5h后，继续在温度为110℃下加热反应1h，待反应结束后，将所得反应液中和体系pH至7，在甲醇中沉淀析出，并在正己烷中抽提继续清洗，即得有机硅改性聚酯材料；将质量比为4:1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中于温度为150℃的条件中接触并反应3h，得复合填料；将有机硅改性聚酯材料50份、丙烯酸树脂(由甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯按质量比例2:1共聚而成)10份、复合填料8份、分散剂(由BYK111与Solsperse 32000按照质量比2:1组成)2份以及水5份进行球磨均匀混合，得到汽车涂料。

实施例2

将质量比优选为1:3的甲基苯基硅树脂与聚酯树脂进行缩合反应，得有机硅改性聚酯；向质量分数为15％的甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液中加入二异丙基氨基锂进行均匀混合后，加入固含量为15％的有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液，甲基苯酚、二异丙基氨基锂、有机硅改性聚酯以及聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:3:2:2，在温度为80℃下加热反应1h后，继续在温度为100℃下加热反应0.5h，待反应结束后，将所得反应液中和体系pH至7，在甲醇中沉淀析出，并在正己烷中抽提继续清洗，即得有机硅改性聚酯材料；将质量比为4:1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中于温度为150℃的条件中接触并反应3h，得复合填料；将有机硅改性聚酯材料70份、丙烯酸树脂(由甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯按质量比例2:1共聚而成)20份、复合填料12份、分散剂(由BYK111与Solsperse 32000按照质量比2:1组成)4份以及水15份进行球磨均匀混合，得到汽车涂料。

实施例3

将质量比优选为1:3的甲基苯基硅树脂与聚酯树脂进行缩合反应，得有机硅改性聚酯；向质量分数为15％的甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液中加入二异丙基氨基锂进行均匀混合后，加入固含量为15％的有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液，甲基苯酚、二异丙基氨基锂、有机硅改性聚酯以及聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:3:2:2，在温度为85℃下加热反应1h后，继续在温度为105℃下加热反应1h，待反应结束后，将所得反应液中和体系pH至7，在甲醇中沉淀析出，并在正己烷中抽提继续清洗，即得有机硅改性聚酯材料；将质量比为4:1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中于温度为150℃的条件中接触并反应3h，得复合填料；将有机硅改性聚酯材料55份、丙烯酸树脂(由甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯按质量比例2:1共聚而成)13份、复合填料9份、分散剂(由BYK111与Solsperse 32000按照质量比2:1组成)3份以及水8份进行球磨均匀混合，得到汽车涂料。

实施例4

将质量比优选为1:3的甲基苯基硅树脂与聚酯树脂进行缩合反应，得有机硅改性聚酯；向质量分数为15％的甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液中加入二异丙基氨基锂进行均匀混合后，加入固含量为15％的有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液，甲基苯酚、二异丙基氨基锂、有机硅改性聚酯以及聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:3:2:2，在温度为85℃下加热反应1h后，继续在温度为105℃下加热反应1h，待反应结束后，将所得反应液中和体系pH至7，在甲醇中沉淀析出，并在正己烷中抽提继续清洗，即得有机硅改性聚酯材料；将质量比为4:1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中于温度为150℃的条件中接触并反应3h，得复合填料；将有机硅改性聚酯材料65份、丙烯酸树脂(由甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯按质量比例2:1共聚而成)15份、复合填料11份、分散剂(由BYK111与Solsperse 32000按照质量比2:1组成)3份以及水12份进行球磨均匀混合，得到汽车涂料。

实施例5

将质量比优选为1:3的甲基苯基硅树脂与聚酯树脂进行缩合反应，得有机硅改性聚酯；向质量分数为15％的甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液中加入二异丙基氨基锂进行均匀混合后，加入固含量为15％的有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液，甲基苯酚、二异丙基氨基锂、有机硅改性聚酯以及聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:3:2:2，在温度为85℃下加热反应1h后，继续在温度为105℃下加热反应1h，待反应结束后，将所得反应液中和体系pH至7，在甲醇中沉淀析出，并在正己烷中抽提继续清洗，即得有机硅改性聚酯材料；将质量比为4:1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中于温度为150℃的条件中接触并反应3h，得复合填料；将有机硅改性聚酯材料60份、丙烯酸树脂(由甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯按质量比例2:1共聚而成)15份、复合填料10份、分散剂(由BYK111与Solsperse 32000按照质量比2:1组成)3份以及水10份进行球磨均匀混合，得到汽车涂料。

实施例6

将质量比优选为1:3的甲基苯基硅树脂与聚酯树脂进行缩合反应，得有机硅改性聚酯；向质量分数为15％的甲基苯酚的二甲基甲酰胺溶液中加入二异丙基氨基锂进行均匀混合后，加入固含量为15％的有机硅改性聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺溶液，甲基苯酚、二异丙基氨基锂、有机硅改性聚酯以及聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:3:2:2，在温度为85℃下加热反应1h后，继续在温度为105℃下加热反应1h，待反应结束后，将所得反应液中和体系pH至7，在甲醇中沉淀析出，并在正己烷中抽提继续清洗，即得有机硅改性聚酯材料；将质量比为4:1的二氧化硅与碳化硅置于四甲基四乙烯基环四硅氧烷蒸汽下，在硫化床中于温度为150℃的条件中接触并反应3h，得复合填料；将有机硅改性聚酯材料60份、丙烯酸树脂(由甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯按质量比例2:1共聚而成)15份、复合填料10份、分散剂(由BYK111与Solsperse 32000按照质量比2:1组成)3份以及水10份进行球磨均匀混合，得到汽车涂料。

分别将实施例1-6所制备得到的汽车涂料喷涂于汽车盖板上，涂抹厚度为20±2μm，在150℃上烘烤15分钟，得到实施例1-6对应的涂料板样品，对所得涂料板样品进行相关性能测试，测试项目包括参照标准GB/T531-1999进行硬度测试、参照标准GB/T9286-1998进行静态附着力测试、参照标准GB/T1732-1993进行耐冲击性测试、参照标准GB/T1865-1997进行耐老化性测试以及参照标准AS/NZS1580.403.1-1999进行干抗刮擦性能测试，测试结果如表1所示。

表1

从表1可知，本申请实施例1-6所制备得到的汽车涂料通过采用有机硅改性聚酯材料按比例复配丙烯酸树脂、复合填料、分散剂所制备得到，可以很好地解决当前汽车涂料面临的机械强度不高，附着力差，易刮擦掉漆，抗老化性、耐候性等性能不足的问题，满足丙烯酸树脂类型涂料用于汽车保护膜的使用需求。

另外，本申请在前期研发过程中对该汽车涂料的组分种类以及工艺参数进行了相关研究，并发现分散剂的种类、丙烯酸树脂单体种类以及有机硅改性聚酯材料的制备工艺等对所得汽车涂料体系印象趋势较为显著，以下本申请仅以部分相关试验方案进行说明。

对比例1

制备丙烯酸树脂所用的单体种类仅为甲基丙烯酸甲酯，其余组分以及工艺参数均与实施例6一致。

对比例2

制备丙烯酸树脂所用的单体种类仅为丙烯酸丁酯，其余组分以及工艺参数均与实施例6一致。

对比例3

分散剂仅由BYK111组成，其余组分以及工艺参数均与实施例6一致。

对比例4

分散剂仅由Solsperse 32000组成，其余组分以及工艺参数均与实施例6一致。

对比例5

仅将实施例6中‘在温度为85℃下加热反应1h后，继续在温度为105℃下加热反应1h’条件修改为‘在温度为95℃下加热反应2h’，其余工艺条件不变。

分别将对比例1-5所制备得到的汽车涂料喷涂于汽车盖板上，涂抹厚度为20±2μm，在150℃上烘烤15分钟，得到对比例1-5对应的涂料板样品，对所得涂料板样品进行相关性能测试，测试结果如表2所示。

表2

从表2可知，对比例1采用硬丙烯酸类单体聚合成的丙烯酸树脂以及对比例2采用软丙烯酸类单体聚合成的丙烯酸树脂，在静态附着力以及干抗刮擦性能方面均不如实施例6，经后期单因素试验确定由硬丙烯酸类单体与软丙烯酸类单体按质量比例2:1共聚合成的丙烯酸树脂在本申请体系中的静态附着力以及干抗刮擦性能最佳；而对比例2-3均采用单一分散剂，所制备得到的汽车涂料在抗沉降性能上较差，且涂料体系稳定性较差，不利于长期储存，而且其各方面性能也均不如实施例6；另外，对比例5采用单一温度加热反应体系替代分阶段升温加热反应体系，其所得到有机硅改性聚酯材料在力学性能以及耐候性方面明显下降，从而导致汽车涂料的各方面性能均有所下降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。