技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于25型客車(chē)水性預(yù)涂底漆及其制備方法，屬于水性涂料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了提高客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)防腐質(zhì)量，規(guī)范客車(chē)防腐涂裝工藝，中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局車(chē)輛部于2015年1月22日于北京組織召開(kāi)了客車(chē)防腐涂裝工藝規(guī)范研討會(huì)，頒布了《25型客車(chē)防腐涂裝工藝規(guī)范（試行）》和《25型客車(chē)用涂料技術(shù)條件（試行）》的試運(yùn)行通知，通知規(guī)定了應(yīng)用于25型客車(chē)所有材料及零部件表面拋丸或噴砂處理后，使得除銹清潔度達(dá)到GB/T8923.1-2011《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評(píng)定第1部分：銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Sa2.5級(jí)，處理后的表面應(yīng)均勻、無(wú)死角，處理后的表面應(yīng)立即噴涂可焊接性預(yù)涂底漆，涂層干膜厚度10～20μm，要求其預(yù)涂底漆滿(mǎn)足于以下要求，表干≤5min，實(shí)干≤12h，劃格試驗(yàn)≤1級(jí)，耐鹽霧性（48h），板面無(wú)起泡、不生銹；劃痕處銹蝕寬度≤1mm，焊接燒蝕寬度≤15mm，當(dāng)預(yù)涂底漆在涂裝前不完全/徹底清除時(shí)，與防銹底漆的配套涂膜（漆膜總厚度70～80μm）應(yīng)通500h的耐鹽霧性試驗(yàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了響應(yīng)國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的號(hào)召， 本發(fā)明針對(duì)滿(mǎn)足于此標(biāo)準(zhǔn)要求而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款水性環(huán)保體系的對(duì)應(yīng)產(chǎn)品， 綜合性能完全能滿(mǎn)足于標(biāo)準(zhǔn)要求，能廣泛的應(yīng)用于25型客車(chē)表面的涂裝 。
技術(shù)方案是：
一種應(yīng)用于25型客車(chē)水性預(yù)涂底漆，包括有按重量份百分比的如下組分：
樹(shù)脂乳液、鈦白粉：10～15%、氧化鐵黑：4～8%、金云母：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%、防閃銹劑：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(shù)脂乳液中包括有丙烯酸乳液和/或乙烯基丙烯酸乳液，所述的丙烯酸乳液占底漆總重量的0～35%，所述的乙烯基丙烯酸乳液占底漆總重量的0～35%。
所述的水性預(yù)涂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(yù)涂底漆的制備方法，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(chǎn)缸，并攪拌；
第2步，邊攪拌邊慢慢加入鈦白粉、氧化鐵黑、金云母、水性磷酸鋅、氫氧化鋁、高嶺土以及水性防沉漿，攪拌，再采用砂磨機(jī)研磨，得到預(yù)制漿料；
第3步，加入樹(shù)脂乳液到預(yù)制漿料中，攪拌；
第4步，采用剩下的去離子水將表面活性劑、防閃銹劑、緩蝕劑稀釋后加入生產(chǎn)缸中，攪拌均勻即可。
在第4步中，還可以在生產(chǎn)缸中加入中和劑調(diào)節(jié)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(zhuǎn)速300～400轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間5～10分鐘。
在第2步中，攪拌轉(zhuǎn)速600～800轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間15～20分鐘；研磨是指研磨至細(xì)度小于50微米。
在第3步中，攪拌轉(zhuǎn)速400～600轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間10～15分鐘。
在第4步中，攪拌轉(zhuǎn)速400～600轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間10～15分鐘。
所述的水性預(yù)涂底漆在25型客車(chē)涂裝中的應(yīng)用。
有益效果
此款產(chǎn)品具有干速非常快、 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(shí)施方式
本發(fā)明所提供的水性預(yù)涂底漆中，包括有按重量份百分比的如下組分：樹(shù)脂乳液、鈦白粉：10～15%、氧化鐵黑：4～8%、金云母：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%、防閃銹劑：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(shù)脂乳液中包括有丙烯酸乳液和/或乙烯基丙烯酸乳液，所述的丙烯酸乳液占底漆總重量的0～35%，所述的乙烯基丙烯酸乳液占底漆總重量的0～35%。
本發(fā)明中，丙烯酸乳液是指包括在分散穩(wěn)定劑如表面活性劑的存在下，用自由基聚合引發(fā)劑進(jìn)行由丙烯酸單體進(jìn)行乳液聚合得到的丙烯酸乳液法樹(shù)脂。
上述的丙烯酸樹(shù)脂樹(shù)脂在制備過(guò)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(huán)己酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯等(甲基)丙烯酸環(huán)烷基酯；(甲基)丙烯酸芐酯等(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(gè)聚合性不飽和基團(tuán)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(huán)戊烯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二環(huán)戊烯氧基丙酯、(甲基)丙烯酸二環(huán)戊烯基酯等含有氧化固化性基團(tuán)的聚合性不飽和單體等，這些單體可以分別單獨(dú)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(méi)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(guò)使上述單體(共)聚合，可以很容易地制造丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。
作為上述丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的制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(huán)苯基醚硫酸鈉、聚氧化乙烯多環(huán)苯基醚硫酸銨等聚氧化乙烯多環(huán)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(dú)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(huán)苯基醚等聚氧化烯多環(huán)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(dú)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堿類(lèi)、二甲基烷基月桂基甜菜堿類(lèi)、烷基甘氨酸類(lèi)等。
以丙烯酸單體的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，上述乳化劑的使用量通?？梢栽?.5～6質(zhì)量％，優(yōu)選在1～4wt%的范圍。
可用的自由基聚合引發(fā)劑的實(shí)例包括過(guò)硫酸銨，4，4’-偶氮二(4-氰基丁酸)等。該引發(fā)劑的量通常占用于聚合的單體總重量的約0.01至約10wt％，優(yōu)選約0.1至約5wt％。乳液聚合的反應(yīng)溫度通常為約60℃至約90℃，并且反應(yīng)時(shí)間通常為約5至約10小時(shí)。從提高所得涂膜的防水性、固化性等的角度看，所得丙烯酸乳液樹(shù)脂優(yōu)選具有約1至約100mgKOH/g，更優(yōu)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(shù)脂優(yōu)選具有約1至約100mgKOH/g，更優(yōu)選約5至約80mgKOH/g的酸值。丙烯酸乳液法樹(shù)脂的樹(shù)脂粒子可以具有約10至約1,000nm，優(yōu)選約20至約500nm的粒徑。
優(yōu)選用堿性化合物中和丙烯酸乳液樹(shù)脂。堿性化合物的實(shí)例包括氨，水溶性氨基化合物等。水溶性氨基化合物的實(shí)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(fā)明中乙烯基丙烯酸乳液是指在丙烯酸乳液的乳液聚合過(guò)程中，還加入了乙烯單體進(jìn)行聚合，進(jìn)而得到的實(shí)質(zhì)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(yōu)選范圍是2～5wt%；其優(yōu)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占樹(shù)脂乳液重量12～14%的苯丙乳液，可以提高底漆的相關(guān)性質(zhì)。
本發(fā)明的水性涂料組合物可以含有在水中溶解的有機(jī)溶劑。作為該有機(jī)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。從盡量減少使用VOC的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使有機(jī)溶劑的量盡可能的少。
本發(fā)明的水性涂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(lán)、酞菁綠、偶氮紅、喹吖酮紅、苯并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(zhì)顏料；防銹顏料等。水性涂料組合物中的顏料的濃度優(yōu)選為10～50wt%。
本發(fā)明的雙組份水性涂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(diào)整劑、固化催化劑、表面調(diào)整劑、消泡劑、增塑劑、成膜助劑、紫外線(xiàn)吸收劑、抗氧化劑、固化劑等。
關(guān)于使用本發(fā)明的水性涂料的涂膜形成方法：
本發(fā)明的涂料組合物通過(guò)涂布于各種基材上可形成具有優(yōu)良外觀 的金屬涂膜。
用本發(fā)明涂料組合物涂布的基材沒(méi)有限制。優(yōu)選基材例如為汽車(chē)、 摩托車(chē)等的車(chē)體。其它可用的基材包括用于形成上述車(chē)體的材料，例 如冷軋鋼板、鍍鋅鋼板，鍍鋅合金鋼板，不銹鋼板，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(jìn)行表面處理如磷酸鹽處理、鉻酸鹽處 理、復(fù)合氧化物處理等的上述車(chē)體或金屬基材。此外，基材可以是具 有各種電沉積涂料組合物的底涂層和/或中間涂層的上述車(chē)體或金屬襯 底等。
涂布本發(fā)明涂料組合物的方法沒(méi)有限制，可以是例如壓氣噴涂法、 無(wú)氣噴涂法、旋轉(zhuǎn)霧化涂布法，幕涂法等。通過(guò)上述涂布方法可形成 濕涂層。其中，特別優(yōu)選壓氣噴涂法等。在涂布涂料組合物時(shí)，根據(jù) 需要可以施加靜電。所要涂布的本發(fā)明涂料組合物的量是使得組合物在固化時(shí)形成約 3,000至約8,000nm厚的涂膜。該量?jī)?yōu)選使得組合物在固化時(shí)形成厚約 3,000至約6,000nm的涂膜。此外，調(diào)節(jié)涂料組合物的粘度使得當(dāng)通過(guò)在基材上涂布涂料組合 物形成的沉積涂層具有40wt％固體成分含量時(shí)，沉積涂層在20℃和0.1 s-1的剪切速率下測(cè)定的粘度在4×102至1×104mPa·s的范圍內(nèi)。上述沉積涂層粘度是如下測(cè)定的。將涂料組合物噴涂到鍍錫基材 上并靜置1分鐘，然后收集沉積涂層。測(cè)定沉積涂層的固體成分含量 及其在20℃及0.1s-1剪切速率下的粘度。除了使涂料組合物靜置2、5或10分鐘外，同樣測(cè)定如上形成的沉積涂層的固體成分含量和粘度。分別將所測(cè)定的固體成分含量(重量)和粘度標(biāo)示在橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo) 上，利用通過(guò)最小二乘法得到的函數(shù)畫(huà)出曲線(xiàn)圖。由該曲線(xiàn)圖上讀出 固體成分含量為40wt％時(shí)的沉積涂層粘度。盡管沉積涂層的粘度隨涂布條件如溫度、濕度等而變化，但通常 例如可以通過(guò)如下方式調(diào)節(jié)至上述范圍內(nèi)：用有機(jī)溶劑和/或水適當(dāng)調(diào) 節(jié)涂料組合物的粘度使得涂布時(shí)涂料組合物的粘度在20℃和60rpm下 用布氏粘度計(jì)測(cè)定為約50至約400cP，優(yōu)選為約100至約200cP。
可通過(guò)加熱將基材上的沉積涂層固化。加熱可通過(guò)公知加熱方法 進(jìn)行，例如使用干燥爐如熱空氣爐、電爐、紅外線(xiàn)加熱爐等進(jìn)行。加熱溫度優(yōu)選為約80至約180℃，更優(yōu)選約100至約160℃。加熱時(shí)間 沒(méi)有限制，通常為約20至約40分鐘。
以下實(shí)施例所采用的原料：
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(zhǎng)利礦產(chǎn)品）
金云母粉（800 目金云母 滁州格銳）
氫氧化鋁（1250 目 成都鑫業(yè)化工）
水性磷酸鋅（PZ04 環(huán)琦化工）
高嶺土（TZJ-1 內(nèi)蒙古天之?huà)桑?/p>
分散劑（760W 迪高）
消泡劑（NXZ 科寧化學(xué)品）
表面活性劑（OF 成都惠恩化工）
水性防沉漿（T701 自制）
助溶劑（乙二醇單丁醚 美國(guó)陶氏）
防閃銹劑（FA-179 海銘斯化學(xué)）
緩蝕劑（142DA 上海盈水）
中和劑（DMEA 海銘斯化學(xué)）
實(shí)施例1～6、對(duì)照例1～2原料配比
以上的底漆的制備方法，步驟是：制備方法是：
1、將分散劑、消泡劑、助溶劑、約一半的去離子水加入生產(chǎn)缸中，并采用300～400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?～10分鐘；
2、邊攪拌邊慢慢加入鈦白粉、氧化鐵黑、金云母、水性磷酸鋅、氫氧化鋁、高嶺土以及水性防沉漿，采用600～800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?5～20分鐘，采用砂磨機(jī)研磨至細(xì)度為50微米，得到預(yù)制漿料；
3、加入樹(shù)脂乳液（丙烯酸乳液和/或乙烯基丙烯酸乳液）到預(yù)制漿料中（實(shí)施例6中還加入苯丙乳液），采用400～600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0～15分鐘；
4、采用剩下的去離子水將表面活性劑、防閃銹劑、緩蝕劑、中和劑（實(shí)施例2和5中不加）稀釋后加入生產(chǎn)缸中，采用400～600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?～10分鐘，即可。
性能測(cè)試
將薄鋼板（50mm×120mm×0.5mm）采用1000目細(xì)砂紙進(jìn)行打磨處理；
干板實(shí)現(xiàn)：采用去離子蒸餾水進(jìn)行噴涂粘度的調(diào)整，將噴涂粘度調(diào)整為20～30S（NK-2杯），在薄鋼板上噴涂2～3層，干板放置25℃恒溫箱中自干48小時(shí)檢測(cè)常規(guī)性能，耐鹽霧性測(cè)試鋼板漆膜厚度控制在20～30μm，熟化7天后測(cè)試。
干燥速度依照GB/T1728、不揮發(fā)物含量依照GB/T1725、劃格試驗(yàn)依照GB/T9286、彎曲性能依照GB/T6742、耐沖擊性依照GB/T1732、細(xì)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(jié)果如下表所示：
從表中可以看出，實(shí)施例1與實(shí)施例2，僅僅采用了丙烯酸乳液制作的水性預(yù)涂底漆，各方面指標(biāo)均無(wú)法滿(mǎn)足于標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)照例1和對(duì)照例2中由于沒(méi)有分別添加金云母和氫氧化鋁，導(dǎo)致漆膜性能下降，另外從實(shí)施例3～5可以看出，拼入了乙烯基丙烯酸共聚物乳液后，各方面性能有著非常明顯的提升，從實(shí)施例3可以看出，當(dāng)采用丙烯酸乳液與乙烯基丙烯酸共聚物乳液協(xié)同作用時(shí)，單層耐鹽霧可達(dá)到600h（漆膜厚度在20～30微米），耐鹽霧可達(dá)到1500h無(wú)異常，并且得到的焊接燒蝕寬度非常小，僅為2mm，此產(chǎn)品完全能滿(mǎn)足于標(biāo)準(zhǔn)要求，可廣泛應(yīng)用于25型客車(chē)以及其它行業(yè)所需的預(yù)涂防護(hù)。