一种水性低温色漆及其制备方法与流程

本技术涉及涂料，尤其是涉及一种水性低温色漆及其制备方法。

背景技术：

1、当前我国汽车制造业普遍采用的溶剂型汽车涂料因含有高比例的有害有机溶剂，在生产和喷涂过程中会产生大量vocs挥发物，对空气质量、作业人员安全及生态环境构成显著威胁。针对这一重大环保课题，涂料科技界长期以来致力于研发低voc甚至零voc的替代品。尽管在科研攻关上取得了显著突破，如成功开发并广泛应用了水性底漆、中涂漆及金属漆，大大降低了有机溶剂的使用与排放，但汽车涂装工艺的最后一环——水性色漆和罩光清漆的技术难题尚未完全破解，这使得汽车喷涂全过程的环保改造未能画上圆满句号。与此同时，现行水性色漆的耐水性和阻燃性欠佳，也制约了其在更广泛条件下的推广应用，进而影响着整个汽车行业的绿色转型进程。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种环保、防水性以及阻燃性较佳的水性低温色漆，本技术提供一种水性低温色漆及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种水性低温色漆，所述水性低温色漆按重量份包括如下原料：

3、水性丙烯酸乳液5575份；

4、胺中和剂24份；

5、消泡剂13份；

6、钛白粉30-35份；

7、十二烷基苯磺酸钠12份；

8、流平剂11.5份；

9、聚丙二醇46份；

10、去离子水1825份；

11、乙醇69份；

12、二乙二醇丁醚410份；

13、丙二醇丁醚58份；

14、增稠剂13份；

15、光稳定剂35份；

16、水性硅烷偶联剂5-9份；

17、疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊10-20份；

18、凹凸棒土5-10份。

19、通过采用上述技术方案，本技术所提供的水性低温色漆配方集合了多种功能性的原料，旨在实现环保、防水和阻燃性能的全面提升。其中，水性丙烯酸乳液作为主要成膜物质，不仅降低了voc含量，还保证了涂层的良好附着力和机械性能；胺中和剂确保乳液处于适宜的ph范围，保持稳定；消泡剂有效去除混合过程中的泡沫；钛白粉提供了良好的遮盖力和持久色彩；十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂改进分散性；流平剂保证了漆膜的平整度；聚丙二醇增强了漆膜的柔韧性和耐水性；乙醇、二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚作为溶剂，不仅调节了涂料的粘度，还提高了低温下的施工性能，使得涂料能在较低温度下仍能顺利涂布且快速干燥。去离子水作为稀释剂，保持了体系的水性环保特性。增稠剂控制了涂料的施工性能；光稳定剂防止紫外线老化；水性硅烷偶联剂加强了漆膜与底材间的结合力，并进一步增强漆膜的耐水性；疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊在本技术的水性低温色漆中扮演了关键的角色。这种创新结构的设计使得阻燃剂能在涂层内部均匀分散，形成微观的阻燃保护层。当涂层遇到高温时，微胶囊能迅速破裂释放出多聚磷酸铵，发挥高效阻燃作用，增强涂层的耐火性能，同时，纳米二氧化硅本身具有优异的致密性，能够提高涂层的整体防护效能，减少水分渗透，进一步增强了涂层的耐水性和耐久性。

20、另一方面，配方中添加的凹凸棒土是一种天然矿物，具有特殊的层状结构和较强的吸附能力。在水性色漆中加入凹凸棒土后，能够增强涂层的致密性，提高其抵抗水分渗透的能力，从而大幅提升了涂层的防水性能。同时，凹凸棒土还能增强涂层与底材的结合力，增加了涂层的机械强度和稳定性。

21、总体而言，本技术提供的水性低温色漆技术方案整合了多种高性能原材料，通过精心调配各组分的比例和相互作用，不仅克服了现有水性色漆在低温固化条件下性能不稳定的问题，还着重解决了涂层的环保、防水和阻燃三大关键技术难题，实现了在满足汽车涂装行业对环保要求的同时，显著提高了涂层的功能性和耐用性，对于推动汽车制造业走向绿色可持续发展具有重要意义。

22、可选的，所述疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊和所述凹凸棒土的重量比为(1.8-2.3)：1。

23、通过采用上述技术方案，本技术能够精准调控疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊与凹凸棒土在水性低温色漆中的配比，设定为(1.8-2.3)：1的重量比。这一特定比例的组合可以实现以下效果：微胶囊中的多聚磷酸铵高效阻燃剂能够在涂层中均匀分布，形成微观阻燃结构，当涂层受热时，微胶囊迅速破裂并释放出阻燃剂，大大提高涂层的耐火性能；纳米二氧化硅本身的高致密性有助于增强涂层的整体防护效能，降低水分透过率，进一步优化涂层的耐水性和耐久性；凹凸棒土以其特殊的层状结构和吸附性，有效增强了涂层的致密性，大幅度提高了涂层的防水性能；同时，凹凸棒土还可增强涂层与底材之间的结合力，增加涂层的机械强度和稳定性。通过这样的比例配置，本技术不仅解决了水性色漆在低温固化条件下可能存在的性能缺陷，还特别优化了涂料的环保、防水和阻燃性能，使得在满足汽车涂装行业严格的环保要求的同时，大幅度提升了水性低温色漆的综合质量和耐用性，对于推动汽车制造业实现绿色可持续发展具有重要的现实意义和应用价值。

24、可选的，所述负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊和所述凹凸棒土的重量比为2.0：1。

25、通过采用上述技术方案，本技术能够实现对负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊和凹凸棒土在水性低温色漆中的精确配比控制，将其设定为2.0：1的重量比。这一特定比例设计带来了以下优势：通过将负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊以适当比例融入色漆中，可在涂层内部构建均匀分散的阻燃网络。当涂层暴露在高温环境下时，微胶囊能够迅速破裂并释放出多聚磷酸铵，从而发挥高效阻燃效果，极大地提升了涂层的耐火性能。纳米二氧化硅微胶囊的自身致密性特点，有助于增强涂层的整体防护性能，减少水分渗入，从而明显增强涂层的耐水性和耐久性。凹凸棒土作为特殊填充剂，其独特的层状结构和强大的吸附性能，不仅能进一步提升涂层的致密性，显著增强涂层的防水性能，而且还能够增强涂层与底层材料之间的结合力，有效提高涂层的机械强度和稳定性。通过选择2.0：1这个特定比例来配比负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊和凹凸棒土，本技术有效地解决了水性低温色漆在环保、防水和阻燃性能上的关键技术问题，使得在确保低温固化性能的同时，极大地提高了色漆的产品质量和使用寿命，这对于推动汽车制造业向更加环保、安全、可持续的方向发展具有积极的促进作用。

26、可选的，所述疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊和所述凹凸棒土的总重量占所述水性低温色漆总重量的12.50-15.15％。

27、通过采用上述技术方案，本技术通过将疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊和凹凸棒土的总重量控制在水性低温色漆总重量的12.50-15.15％范围内，本技术能够实现以下几个关键优势：这一比例范围能够在确保涂层具备优异阻燃性和防水性能的同时，避免了成分的过度使用，维持了成本效益的最佳平衡。这对于大规模生产和商业化应用来说至关重要，既能保证产品质量，又能控制生产成本。该比例确保了阻燃剂和增强材料的有效分布与作用，纳米二氧化硅微胶囊的疏水特性和智能释放机制，与凹凸棒土的强吸附能力和结构增强效应相结合，不仅提高了涂层的防火等级，还增强了涂层的物理强度和耐久性，有效防止水分渗透，延长了涂层的使用寿命。在确保高性能的同时，这一比例设定也充分考虑了环保要求，所有成分的选择和配比均指向减少对环境的影响，支持汽车制造业向绿色、可持续方向发展，符合国际环保趋势和消费者对环保产品的期待。综上所述，通过精心设计疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊和凹凸棒土在水性低温色漆中的比例，本技术不仅实现了涂层技术的关键性能突破，还在成本控制、环境适应性、可持续发展等方面展现了显著优势，为汽车涂装行业及其他相关领域提供了先进的解决方案。

28、可选的，所述疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊的制备方法为如下：

29、a1、将油酸山梨坦和辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10混合，并加入环己烷和氨水，搅拌混合均匀，制得油相；

30、a2、将多聚磷酸铵与水按重量比(8-10):100混合，超声分散溶解，制得水相；

31、a3、在搅拌下将水相滴加到油相中，滴加时间为45-60min，随后乳化30-45min，形成油包水型乳液，最后滴加正硅酸乙酯，滴加时间为45-60min，随即反应24h，制得乳液；

32、a4、对乳液用无水乙醇进行破乳，离心分离3次后，在50℃烘箱中干燥22-24h，制得未疏水改性的负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊；

33、a5、将十六烷基三甲氧基硅烷和无水乙醇溶液混合，并加入步骤a4制得的未疏水改性的负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊，在60-70℃下，搅拌5-6h，离心洗涤，制得所述疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊；

34、所述步骤a1中，所述油酸山梨坦、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10、环己烷以及氨水的重量比为8：1：(90-100)：(3-5)；

35、所述步骤a2中的多聚磷酸铵和步骤a1中的油酸山梨坦的重量比为(1.5-2):8；

36、所述步骤a3中，所述正硅酸乙酯和所述油酸山梨坦的重量比为30：(8-10)；

37、所述步骤a4中，所述乳液和所述无水乙醇的重量比为2:1；

38、所述步骤a5中，所述十六烷基三甲氧基硅烷所述油酸山梨坦的重量比为(5-6):8；

39、所述步骤a5中，所述十六烷基三甲氧基硅烷和无水乙醇溶液的重量比为(6-8):100。

40、通过采用上述技术方案，本技术通过上述疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊的制备方法旨在通过精心设计的多步化学反应过程，成功地制备出具有优异疏水性能的负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊。首先，通过特定比例混合表面活性剂及溶剂，形成稳定的油相环境；接着，在水相中溶解多聚磷酸铵并利用正硅酸乙酯在水中的缩合反应，在反相体系中生成二氧化硅纳米微球，这一微球结构有效负载了多聚磷酸铵。后续通过乳化、破乳和干燥等步骤固化了这种负载结构，从而形成了初步的微胶囊。最后，通过十六烷基三甲氧基硅烷与无水乙醇溶液对初步制得的微胶囊进行疏水改性处理，增强了微胶囊表面的疏水性，确保了内部负载的多聚磷酸铵能够在各种环境下稳定存在，并可能在需要时缓慢释放，同时保持良好的耐水性和稳定性。这种方法不仅保证了微胶囊结构的完整性，还显著提升了其功能性应用潜力，如在阻燃、缓释等领域。

41、可选的，所述消泡剂选自硅油类消泡剂。

42、可选的，所述流平剂选自二丙酮醇。

43、可选的，所述增稠剂选自缔合型聚氨酯增稠剂。

44、可选的，所述光稳定剂选自苯并三唑光稳定剂。

45、第二方面，本技术提供一种水性低温色漆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：s1、将去离子水、十二烷基苯磺酸钠、疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊、凹凸棒土混合，制得第一混合料；

46、s2、将二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、与第一混合料混合，再加入钛白粉，制得第二混料；

47、s3、将水性丙烯酸乳液和胺中和剂加入到第二混料中，再加入光稳定剂和水性硅烷偶联剂混合搅拌，制得第三混料；

48、s4、往第三混料中加入剩余成分，以600-800r/min的转速搅拌混合均匀后5-10min，制得所述水性低温色漆。

49、通过采用上述技术方案，本技术提供的水性低温色漆制备方法，是一种系统有序的合成工艺，首先在s1步骤中，将去离子水、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、具有阻燃和防水性能的疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊以及提高涂层致密性和防水性的凹凸棒土充分混合，制成初步的基础混合物料。随后在s2步骤中，将二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚作为溶剂和助溶剂添加到基础混合物料中，并进一步掺入钛白粉，以完成颜料分散的第二混合物料。接下来在s3步骤中，将水性丙烯酸乳液与胺中和剂结合，形成稳定的乳液体系，并在此基础上加入光稳定剂以增强色漆抗老化性能，以及水性硅烷偶联剂以增进漆膜与底材间的结合力，形成含有核心成膜物质的第三混合物料。最后在s4步骤中，将剩余的所有成分逐一加入第三混合物料中，以600至800转/分钟的速度搅拌混合均匀，持续5至10分钟后，成功制备出兼具环保、低温固化、良好防水阻燃性能的水性低温色漆。该制备方法通过精细化控制各步骤和组分比例，确保了水性低温色漆具备优异的应用性能和环保属性。

50、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

51、1.本技术所提供的水性低温色漆配方集合了多种功能性的原料，旨在实现环保、防水和阻燃性能的全面提升。其中，疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊在本技术的水性低温色漆中扮演了关键的角色。这种创新结构的设计使得阻燃剂能在涂层内部均匀分散，形成微观的阻燃保护层。当涂层遇到高温时，微胶囊能迅速破裂释放出多聚磷酸铵，发挥高效阻燃作用，增强涂层的耐火性能，同时，纳米二氧化硅本身具有优异的致密性，能够提高涂层的整体防护效能，减少水分渗透，进一步增强了涂层的耐水性和耐久性。另一方面，配方中添加的凹凸棒土是一种天然矿物，具有特殊的层状结构和较强的吸附能力。在水性色漆中加入凹凸棒土后，能够增强涂层的致密性，提高其抵抗水分渗透的能力，从而大幅提升了涂层的防水性能。同时，凹凸棒土还能增强涂层与底材的结合力，增加了涂层的机械强度和稳定性。总体而言，本技术提供的水性低温色漆技术方案整合了多种高性能原材料，通过精心调配各组分的比例和相互作用，不仅克服了现有水性色漆在低温固化条件下性能不稳定的问题，还着重解决了涂层的环保、防水和阻燃三大关键技术难题，实现了在满足汽车涂装行业对环保要求的同时，显著提高了涂层的功能性和耐用性，对于推动汽车制造业走向绿色可持续发展具有重要意义。

52、2.本技术能够精准调控疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊与凹凸棒土在水性低温色漆中的配比，设定为(1.8-2.3)：1的重量比。这一特定比例的组合可以实现以下效果：微胶囊中的多聚磷酸铵高效阻燃剂能够在涂层中均匀分布，形成微观阻燃结构，当涂层受热时，微胶囊迅速破裂并释放出阻燃剂，大大提高涂层的耐火性能；纳米二氧化硅本身的高致密性有助于增强涂层的整体防护效能，降低水分透过率，进一步优化涂层的耐水性和耐久性；凹凸棒土以其特殊的层状结构和吸附性，有效增强了涂层的致密性，大幅度提高了涂层的防水性能；同时，凹凸棒土还可增强涂层与底材之间的结合力，增加涂层的机械强度和稳定性。通过这样的比例配置，本技术不仅解决了水性色漆在低温固化条件下可能存在的性能缺陷，还特别优化了涂料的环保、防水和阻燃性能，使得在满足汽车涂装行业严格的环保要求的同时，大幅度提升了水性低温色漆的综合质量和耐用性，对于推动汽车制造业实现绿色可持续发展具有重要的现实意义和应用价值。

53、3.本技术通过上述疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊的制备方法旨在通过精心设计的多步化学反应过程，成功地制备出具有优异疏水性能的负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊。首先，通过特定比例混合表面活性剂及溶剂，形成稳定的油相环境；接着，在水相中溶解多聚磷酸铵并利用正硅酸乙酯在水中的缩合反应，在反相体系中生成二氧化硅纳米微球，这一微球结构有效负载了多聚磷酸铵。后续通过乳化、破乳和干燥等步骤固化了这种负载结构，从而形成了初步的微胶囊。最后，通过十六烷基三甲氧基硅烷与无水乙醇溶液对初步制得的微胶囊进行疏水改性处理，增强了微胶囊表面的疏水性，确保了内部负载的多聚磷酸铵能够在各种环境下稳定存在，并可能在需要时缓慢释放，同时保持良好的耐水性和稳定性。这种方法不仅保证了微胶囊结构的完整性，还显著提升了其功能性应用潜力，如在阻燃、缓释等领域。

54、4.本技术提供的水性低温色漆制备方法，是一种系统有序的合成工艺，首先在s1步骤中，将去离子水、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、具有阻燃和防水性能的疏水性负载多聚磷酸铵的纳米二氧化硅微胶囊以及提高涂层致密性和防水性的凹凸棒土充分混合，制成初步的基础混合物料。随后在s2步骤中，将二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚作为溶剂和助溶剂添加到基础混合物料中，并进一步掺入钛白粉，以完成颜料分散的第二混合物料。接下来在s3步骤中，将水性丙烯酸乳液与胺中和剂结合，形成稳定的乳液体系，并在此基础上加入光稳定剂以增强色漆抗老化性能，以及水性硅烷偶联剂以增进漆膜与底材间的结合力，形成含有核心成膜物质的第三混合物料。最后在s4步骤中，将剩余的所有成分逐一加入第三混合物料中，以600至800转/分钟的速度搅拌混合均匀，持续5至10分钟后，成功制备出兼具环保、低温固化、良好防水阻燃性能的水性低温色漆。该制备方法通过精细化控制各步骤和组分比例，确保了水性低温色漆具备优异的应用性能和环保属性。

55、具体实施方式

56、以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。

57、水性丙烯酸乳液：山东冀鲁建筑装饰工程有限公司，货号718a。

58、胺中和剂：天津市睿科化工贸易有限公司。

59、硅油类消泡剂：烟台恒鑫化工科技有限公司，有效成分含量为100％。

60、二丙酮醇：cas号为123-42-2，纯度99％。

61、缔合型聚氨酯增稠剂：无锡汉德森化工制品有限公司，有效成分含量为40％。

62、苯并三唑光稳定剂：cas号为3896-11-5，纯度99％。

63、钛白粉：cas号为13463-67-7；纯度99％。

64、十二烷基苯磺酸钠：cas号为25155-30-0，纯度99％。

65、聚丙二醇：cas号为25322-69-4，上海源叶生物科技有限公司。

66、乙醇：cas号为64-17-5，95％乙醇。

67、二乙二醇丁醚：cas号112-34-5，纯度99％。

68、丙二醇丁醚：cas号29387-86-8，纯度99％。

69、水性硅烷偶联剂：水性硅烷偶联剂kh560，纯度99％。

70、多聚磷酸铵：cas号68333-79-9，纯度99％。

71、纳米二氧化硅：cas号7631-86-9，纯度99％。

72、凹凸棒土：cas号1337-76-4，纯度99％。

73、油酸山梨坦：cas号1338-43-8，纯度99％。

74、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10：开封晨通环保科技有限公司。

75、环己烷：cas号110-82-7，纯度99％。

76、氨水：cas号1336-21-6，纯度99％。

77、正硅酸乙酯：cas号78-10-4，纯度99％。

78、十六烷基三甲氧基硅烷：cas号16415-12-6，纯度99％。