專利名稱:用于鋁合金底材的配套涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于鋁合金底材的配套涂料,特別適合各種鋁合金列車車身的防腐蝕和裝飾。
背景技術(shù):
目前,國內(nèi)軌道列車全面提速,為了減輕車身的自身重量,列車車身正在由鋼結(jié)構(gòu)底材向鋁合金底材過渡。但是,鋁合金在自然條件下與空氣中的氧發(fā)生氧化反應易形成氧化膜,這層氧化膜具有較高的致密性,因而導致現(xiàn)有的眾多的涂料無法在其表面實現(xiàn)良好的附著。目前解決這一問題的手段是通過對鋁合金表面進行化學處理,或者對涂料本身加以改性使其能在難附著的鋁合金底材上實現(xiàn)良好的附著,或者將這些方法組合起來應用。例如,美國專利6458898B1介紹了一種以聚酯多元醇為基料的雙組分聚氨酯涂料組合物,它含有一種或多種異氰酸酯和一種羥基組分,其中羥基組分含有一種或多種聚酯多元醇,該聚酯多元醇的羥值為80~250,它主要適合作塑料成型件的彈性涂料,特別是汽車零部件中塑料成型件上;歐洲專利EP1371674介紹了一種車身底漆或封閉組合物,使用含自交聯(lián)封閉異氰酸酯預聚物的丙烯酸樹脂塑溶膠涂料組合物,它具有良好的貯存穩(wěn)定性和施工性,形成的涂層具有良好的附著力和耐碎裂性,但它耐老化性能、裝飾性能和表面硬度不佳;日本專利JP2003-277341介紹了一種無異味、低毒、低粘度且貯存穩(wěn)定性好的三異氰酸酯和含該三異氰酸酯的聚氨酯涂料,其光澤、柔韌性、附著性、耐酸性、耐熱水性、耐溶劑性、耐候性、耐黃變性和耐沾污性均佳,但與鋁合金的附著力不佳;國際專利WO 03-106 055介紹了一種車輛用聚氨酯-聚硅氧烷-丙烯酸酯多層涂料組合物,適用于車輛和車輛部件,它涂覆于底材上二層或多層,并固化,其中至少一層是由聚氨酯基料的涂料組合物形成的,可用高能射線照射含自由基的涂層使碳碳雙鍵聚合,并在潮濕的作用下形成硅氧烷橋接使涂層固化,但與鋁合金的附著力不佳,且防腐性能較差。中國專利ZL 02158891.0公開了一種以H04-1綠環(huán)氧磁漆與超細鋅鋁粉或超細鋁粉作內(nèi)層,由S01-3聚氨酯清漆為面層組成的雙層結(jié)構(gòu),用于鋁合金表面的耐沖刷防腐蝕。該涂料主要是利用底漆中的超細粉末提高底涂層的致密度、韌性、表面光潔度和結(jié)合力等綜合性能。另外,還利用超細粉末是一維亞微米片狀材料阻止腐蝕介質(zhì)的滲入,提高防腐蝕性。但是這種防腐蝕作用還僅限于鋁粉的物理屏蔽作用,底層與鋁合金基材的附著性,仍是依靠現(xiàn)有的普通H04-1環(huán)氧磁漆的附著能力,而沒有特別關(guān)注底涂層與鋁合金表面氧化物層的附著問題,面層與底層的結(jié)合也是利用現(xiàn)有的S01-3聚氨酯清漆與現(xiàn)有的環(huán)氧磁漆的匹配性,因此,該涂料的性能仍不能解決涂層與鋁合金底材的附著性差的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于,提供一種用于鋁合金底材的配套涂料,該配套涂料的涂膜與鋁合金底材有良好的附著力,且防腐性能、老化性能、燃燒后煙氣毒性均符合列車車身要求。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種用于鋁合金底材的配套涂料,它是由底漆、中涂漆和面漆組成的配套涂料,其特征在于底漆、中涂漆和面漆均為雙組分涂料,其中,底漆是環(huán)氧-胺加成物體系;中涂漆和面漆都是聚酯聚氨酯體系;所述底漆的組分及各組分含量的重量百分數(shù)如下甲組分雙酚A型和/或雙酚F型環(huán)氧樹脂20~40%;顏料10~30%;填料10~30%;流平助劑0.1~1%;潤濕分散劑0.1~1%;稀釋劑30~50%;乙組分帶有具有反應活性的伯胺基團的多胺10~40%;液體環(huán)氧樹脂10~40%;稀釋劑30~60%;施工前,按甲組分∶乙組分的重量比為3~3.5∶1混合;所述中涂漆的組分及各組分含量的重量百分數(shù)如下甲組分中涂漆用聚酯樹脂20~50%;顏料10~30%;填料10~30%;流平助劑0.1~1%;催化劑0.01~0.5%;稀釋劑20~30%;乙組分聚醚20~40%;三元醇2~15%;二異氰酸酯20~40%;催化劑0.01~0.5%;稀釋劑20~40%;施工前,按甲組分∶乙組分的重量比為5.5~6.5∶1混合;所述面漆的組分及各組分含量的重量百分數(shù)如下甲組分面漆用聚酯樹脂30~60%;顏料20~40%;填料0~15%;流平助劑0.1~1%;消泡助劑0.1~1%;潤濕分散劑0.1~1%;催化劑0.01~0.5%;稀釋劑10~20%;乙組分HDI三聚體100%;施工前,按甲組分∶乙組分的重量比為3~3.5∶1混合;
中涂漆用聚酯樹脂的酸值為8~10mgKOH/g,其主鏈是由軟鏈段和硬鏈段交替構(gòu)成;面漆用聚酯樹脂的酸值≤6mgKOH/g,其主鏈是硬鏈段,鏈長和支化度均大于中涂用聚酯樹脂,活性基團分布在支鏈上;配套涂料所形成的涂膜,燃燒時產(chǎn)生的煙氣,其煙氣毒性達到安全一級標準。
上述配套涂料中,所述底漆乙組分中,帶有具有反應活性的伯胺基團的多胺是二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙二胺;間苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、間苯二胺;聚酰胺;所述液體環(huán)氧樹脂是環(huán)氧618、環(huán)氧6101;所述底漆甲組分中,雙酚A型環(huán)氧樹脂是618、6101、601、607或609;雙酚F型環(huán)氧樹是6445、6420、CYDF-180或CYDF-2004。
上述配套涂料的中涂漆用聚酯樹脂是由二元酸15~30%,三元酸5~15%,二元醇5~15%,三元醇15~35%,稀釋劑20~40%,采用一步聚合方法制成,其中,二元酸和二元醇形成軟鏈段,三元酸和三元醇形成硬鏈段;形成軟鏈段的二元酸是己二酸、癸二酸、富馬酸或順丁烯二酸;形成軟鏈段的二元醇是一縮乙二醇、新戊二醇、1,3-丁二醇或二乙二醇;形成硬鏈段的三元酸是偏苯三甲酸或偏苯三甲酸酐;形成硬鏈段的三元醇是三羥甲基丙烷或甘油。
上述配套涂料的面漆用聚酯樹脂是由二元酸25~40%,,二元醇5~15%,三元醇10~20%,四元醇5~15%,稀釋劑20~40%,采用一步聚合方法制成的,其中,二元酸、三元醇和四元醇形成硬鏈段,二元醇為增長硬鏈段;形成增長鏈段的二元醇是一縮乙二醇、新戊二醇、1,3-丁二醇或二乙二醇;形成硬鏈段的二元酸是苯二甲酸酐或間苯二甲酸;形成硬鏈段的三元醇是三羥甲丙烷;形成硬鏈段的四元醇是季戊四醇。
上述配套涂料的中涂漆乙組分中的聚醚是分子量小于2000的二羥基聚氧化丙醚;三元醇是三羥甲基丙烷或甘油;二異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、己二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯。
上述配套涂料中所用的顏料,根據(jù)需要的顏色確定,在底漆中最好有活性顏料例如,磷酸鋅等。
上述配套涂料中所用的填料,其代表例有沉淀硫酸鋇、滑石粉、云母粉、高嶺土、二氧化硅。
上述配套涂料中所用的流平助劑,其代表例有EFKA-3777、EFKA-3033、EFKA-30、BYK-306、BYK-300、BYK-322、德謙435、德謙466等。
上述配套涂料中所用潤濕分散劑,其代表例有Anti-Terra206、BYK-111、BYK-P-104s、EFKA-47、EFKA-4055、EFKA-4550、EFKA-54。
上述配套涂料中所用的消泡助劑,其代表例有EFKA-21、BYK-055、BYK-141、德謙5500。
上述配套涂料中所用的催化劑,其代表例有二月桂酸二丁基錫、鄰苯基苯酚鈉、辛酸亞錫、三亞乙基二胺、磷酸丁酯等。
上述配套涂料中所用的稀釋劑,其代表例有二甲苯、甲苯、丁醇、乙醇、異丙醇、醋酸丁酯、醋酸乙酯、環(huán)己酮、丁酮、甲基異丁基酮、丙酮、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、DBE、100號溶劑汽油、150號溶劑汽油等,或者是以上幾種的混合物。
本發(fā)明的配套涂料可以用現(xiàn)有涂料生產(chǎn)設備生產(chǎn)。可采用噴涂、刷涂和輥涂方式施工。特別適合軌道列車鋁合金車身的防腐蝕和裝飾,也適用于鍍鋅板、鋼板。
本發(fā)明的技術(shù)效果采用本發(fā)明技術(shù)方案的用于鋁合金底材的配套涂料,具有如下有益效果①在對本發(fā)明配套涂料的環(huán)氧-胺加成物體系的底漆進行配方設計時,底漆乙組分中,選擇了帶有具有反應活性的伯胺基團的多胺,其中的部分伯胺與乙組分中的液體環(huán)氧樹脂反應生成仲胺,這個仲胺與甲組分中的雙酚A型或雙酚F型環(huán)氧樹脂的反應比伯胺慢,使得有足夠的時間讓乙組分(固化劑)中的羥基、仲胺基、醚鍵基團,這些具有較強附著活性的基團驅(qū)趕掉鋁合金表面微孔中的各種氣體和水分,并占據(jù)這些微孔,通過范德華力和表面吸附作用,先與底材附著,然后再經(jīng)交聯(lián)反應后形成大分子,漲滿了空間,進一步增強附著力,使得濕附著理論得到充分地運用,增加了底漆與鋁合金基材的附著力,克服了現(xiàn)有涂料對鋁合金底材附著力差的缺點;②在設計本發(fā)明配套涂料的中涂漆用聚酯樹脂時,由于合理地確定了形成軟鏈段和硬鏈段所使用的醇和羧酸的種類以及它們的用量,使形成的聚酯樹脂,其主鏈由“軟”、“硬”鏈段交替構(gòu)成,具有較低支化度和中等分子量,這種樹脂與乙組分(固化劑)交聯(lián)時,得到硬度、柔韌性兼?zhèn)涞耐繉?,既有一定的韌性,又易于打磨。同時,作為底漆、面漆的過渡層,中涂漆所形成的涂膜必須與它們都有良好的附著力,在設計中涂漆用聚酯樹脂配方時,刻意在樹脂中保留了一定的羧基含量,即酸值控制在8~10mgKOH/g,這樣,羧基既可與底漆中殘余的胺基形成胺鹽,增強中涂漆與底漆間的化學結(jié)合力,又可與面漆乙組分固化劑中少部分異氰酸基發(fā)生緩慢的加成反應,強化了面漆與中涂漆的附著力;羧基的存在還有助于中涂漆本身的無機填料的分散和貯存穩(wěn)定性;③在設計本發(fā)明配套涂料的面漆時,通過恰當?shù)剡x擇形成面漆用聚酯樹脂的醇和羧酸的種類及用量,使面漆用聚酯樹脂的主鏈成為硬鏈段,保證了漆膜的硬度;所選用的增長鏈段,使主鏈長度適當增加,在面漆涂膜受到外力時,可通過較長主鏈段的撓性,吸收部分能量,減少其斷裂的幾率;適量的多元醇和多元酸,使支化度增大,交聯(lián)后形成了更致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而形成堅韌、綜合性能優(yōu)良的涂膜,提高其耐候性;將活性官能團更多地設計到支鏈中,提高了交聯(lián)效率,避免了在主鏈上存在過多的官能團,因其被支鏈的屏蔽而無法實現(xiàn)交聯(lián),結(jié)果殘留在漆膜中,從而降低漆膜的耐水性、耐候性的缺點;④本發(fā)明的配套涂料中,在配方設計時,由于恰當?shù)倪x擇了原料,未用傳統(tǒng)的含鹵素、硫、磷等阻煙材料,就可以使所形成的涂膜燃燒時,其煙氣毒性達到安全一級(AQ1)。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步具體描述,但不局限于此。
各實施例中的數(shù)量均為質(zhì)量份,所用的原材料除另有說明外,均為涂料用市售工業(yè)品。
實施例1制備中涂漆用聚酯樹脂和面漆用聚酯樹脂1、配方見表1表1
2、操作方法在裝有攪拌、加熱系統(tǒng)、回流冷凝器和溫度計的反應瓶中,按表1所列的配方量,加入二元酸(或酸酐)、三元酸、二元醇、三元醇、四元醇并加入部分回流用二甲苯液,用1~2h升溫至170℃左右回流脫水,邊加熱邊攪拌,隨后以每小時10℃的速度,將溫度升至200℃,回流脫水,在(200±2)℃下保持回流脫水5~10h,取樣測得酸值達到指定要求值后,降溫至100℃以下,加入二甲苯、醋酸丁酯、乙二醇乙醚醋酸酯,攪勻即可分別得到中涂漆用聚酯樹脂、面漆用聚酯樹脂,中涂漆用聚酯樹脂的固體含量(70±2)%,酸值8~10mgKOH/g,羥基含量2~4%(純固體);面漆用聚酯樹脂的固體含量(73±2)%,酸值≤6mgKOH/g,羥基含量6~8%(純固體)。
實施例2制備底漆乙組分1、配方見表2表2
2、操作方法在裝有攪拌、加熱系統(tǒng)、回流冷凝器、高位槽和溫度計的反應瓶中,按表2所列配方量,在反應瓶中加入多元胺和一半量的稀釋劑,液體環(huán)氧樹脂和另一半量的稀釋劑,混合均勻后加入高位槽內(nèi),邊攪拌邊加熱至60℃開始滴加高位槽中的環(huán)氧樹脂液,2~3小時內(nèi)滴加完畢,之后用1~2h內(nèi)升溫至(95±5)℃,并保溫3~5h,降溫即得到底漆乙組分,其固體份為(40±3)%,胺值為120±10。
實施例3制備中涂漆的乙組分1、配方見表3
表3
注表中N-210是聚醚的一種牌號,化學名稱為二羥基聚氧化丙醚,分子量為1000±10。
2、操作方法在裝有攪拌、加熱系統(tǒng)、回流冷凝器和溫度計的反應瓶中,按配方量加入聚醚、三元醇、二甲苯及60%的催化劑,邊攪拌邊加熱,在2~3h內(nèi)升溫至140~150℃進行回流脫水,待水基本脫凈后降溫至50℃加入二異氰酸酯,升溫至(80±5)℃,保溫3~4h后降溫,然后加入剩余的催化劑及醋酸丁酯,攪均即得到中涂組分B,其固體含量為(65±3)%,NCO含量為6~8%。
實施例4制備底漆甲組分、中涂漆甲組分、面漆甲組分1、配方見表4表4
注表中EFKA、BYK、德謙分別為EFKA公司、BYK公司、德謙公司的簡稱,其后的數(shù)字代表該公司的產(chǎn)品牌號;DBE是二元酸酯混合物,主要成分是丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯。
2、操作方法在帶攪拌的容器中,按表4所列配方量,先加樹脂、顏料、填料、潤濕分散劑、消泡助劑、部分稀釋劑,再以400轉(zhuǎn)/分速度攪拌20分鐘后,用砂磨研磨至底漆細度≤35μm、中涂漆細度≤30μm、面漆細度≤20μm,然后加入流平助劑、催化劑和剩余的稀釋劑,充分攪均后過濾、包裝,分別制得底漆甲組分、中涂漆甲組分和面漆甲組分。
實施例5制備底漆取100份實施例4底漆甲組分和30份實施例2的底漆乙組分(甲∶乙=3.33∶1),充分混合均勻,用稀釋劑兌稀至施工粘度,備用,施工期8小時。
實施例6制備中涂漆取100份實施例4中涂甲組分和16.67份實施例3的中涂乙組分(甲∶乙=6∶1),充分混合均勻,用稀釋劑兌稀至施工粘度,備用,施工期6小時。
實施例7制備面漆取100份實施例4面漆甲組分和30份面漆乙組分(甲∶乙=3.33∶1),充分混合均勻,用稀釋劑兌稀至施工粘度,備用,施工期6小時。
實施例8用于鋁合金底材的配套涂料的應用將鋁合金表面除油、除灰塵處理,或噴砂處理后,在溫度>10℃和相對濕度<75%下,用實施例5制得的底漆進行噴涂,在常溫干燥24小時(干膜厚度40~50μm),再用實施例6制得的中涂漆噴涂一道,常溫干燥24小時(干膜厚度為60~70μm),最后用實施例7制得的面漆噴涂一道(干膜厚度為40~50μm),常溫養(yǎng)護7天即可達至使用標準。肉眼觀察漆膜外觀平整光滑,無流掛現(xiàn)象,對施工現(xiàn)場環(huán)境影響極小。
測試樣板制備鋁合金尺寸為15.0×7.0×0.3;馬口鐵板尺寸為12.0×5.0×0.05;表面經(jīng)除油、除處理,或用砂紙打磨后,在23±2℃和50%相對濕度下,用實施例5制得的底漆進行噴涂一道(干膜厚度40~50μm),24小時后再用實施例6制得的中涂進行噴涂一道(干膜厚度為60~70μm),24小時后再用實施例7制得的面漆噴涂一道(干膜厚度為40~50μm)。然后干燥7天,其中附著力、彎曲試驗、耐沖擊試驗為干燥48小時后測試。測試結(jié)果見表5
表5
注表5中,國內(nèi)同類產(chǎn)品的底漆為雙組分環(huán)氧體系,中涂漆和面漆均為雙組分聚氨酯體系。對該產(chǎn)品進行檢測所用樣板的制備和檢測條件均與上述條件相同。
權(quán)利要求
1.一種用于鋁合金底材的配套涂料,它是由底漆、中涂漆和面漆組成的配套涂料,其特征在于底漆、中涂漆和面漆均為雙組分涂料,其中,底漆是環(huán)氧-胺加成物體系;中涂漆和面漆都是聚酯聚氨酯體系;所述底漆的組分及各組分含量的重量百分數(shù)如下甲組分雙酚A型和/或雙酚F型環(huán)氧樹脂20~40%;顏料10~30%;填料10~30%;流平助劑0.1~1%;潤濕分散劑0.1~1%;稀釋劑30~50%;乙組分帶有具有反應活性的伯胺基團的多胺10~40%;液體環(huán)氧樹脂10~40%;稀釋劑30~60%;施工前,按甲組分乙組分的重量比為3~3.5∶1混合;所述中涂漆的組分及各組分含量的重量百分數(shù)如下甲組分中涂漆用聚酯樹脂20~50%;顏料10~30%;填料10~30%;流平助劑0.1~1%;催化劑0.01~0.5%;稀釋劑20~30%;乙組分聚醚20~40%;三元醇2~15%;二異氰酸酯20~40%;催化劑0.01~0.5%;稀釋劑20~40%;施工前,按甲組分乙組分的重量比為5.5~6.5∶1混合;所述面漆的組分及各組分含量的重量百分數(shù)如下甲組分面漆用聚酯樹脂30~60%;顏料20~40%;填料0~15%;流平助劑0.1~1%;消泡助劑0.1~1%;潤濕分散劑0.1~1%;催化劑0.01~0.5%;稀釋劑10~20%;乙組分HDI三聚體100%;施工前,按甲組分乙組分的重量比為3~3.5∶1混合;中涂漆用聚酯樹脂的酸值為8~10mgKOH/g,其主鏈是由軟鏈段和硬鏈段交替構(gòu)成;面漆用聚酯樹脂的酸值≤6mgKOH/g,其主鏈是硬鏈段,鏈長和支化度均大于中涂用聚酯樹脂,活性基團分布在支鏈上;配套涂料所形成的涂膜,燃燒時產(chǎn)生的煙氣,其煙氣毒性達到安全一級標準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配套涂料,其特征在于所述底漆乙組分中,帶有具有反應活性的伯胺基團的多胺是二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙二胺;間苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、間苯二胺;聚酰胺;所述液體環(huán)氧樹脂是環(huán)氧618、環(huán)氧6101。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配套涂料,其特征在于所述中涂漆用聚酯樹脂是由二元酸15~30%,三元酸5~15%,二元醇5~15%,三元醇15~35%,稀釋劑20~40%,采用一步聚合方法制成,其中,二元酸和二元醇形成軟鏈段,三元酸和三元醇形成硬鏈段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的配套涂料,其特征在于在中涂漆用聚酯樹脂中,形成軟鏈段的二元酸是己二酸、癸二酸、富馬酸或順丁烯二酸;形成軟鏈段的二元醇是一縮乙二醇、新戊二醇、1,3-丁二醇或二乙二醇;形成硬鏈段的三元酸是偏苯三甲酸或偏苯三甲酸酐;形成硬鏈段的三元醇是三羥甲基丙烷或甘油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配套涂料,其特征在于所述面漆用聚酯樹脂是由二元酸25~40%,,二元醇5~15%,三元醇10~20%,四元醇5~15%,稀釋劑20~40%,采用一步聚合方法制成,其中二元酸、三元醇和四元醇形成硬鏈段,二元醇為增長硬鏈段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的配套涂料,其特征在于,在面漆用聚酯樹脂中,形成增長鏈段的二元醇是一縮乙二醇、新戊二醇、1,3-丁二醇或二乙二醇;形成硬鏈段的二元醇是苯二甲酸酐或間苯二甲酸;形成硬鏈段的三元醇是三羥甲基丙烷;形成硬鏈段的四元醇是季戊四醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配套涂料,其特征在于,所述中涂漆乙組分中的聚醚是分子量小于2000的二羥基聚氧化丙醚;三元醇是三羥甲基丙烷或甘油;二異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、己二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鋁合金底材的配套涂料,特別適合各種鋁合金列車車身的防腐蝕和裝飾。它是由雙組分的底漆、中涂漆和面漆組成,底漆是環(huán)氧-胺加成物體系;中涂漆和面漆是聚酯聚氨酯體系;底漆乙組分的帶有具有反應活性的伯胺基團的多胺,與環(huán)氧樹脂反應生成活性比伯胺慢的仲胺,利用濕附著理論,增加了底漆與鋁合金基材的附著力;中涂漆用聚酯樹脂的酸值為8~10,其主鏈是由軟、硬鏈段交替構(gòu)成;面漆用聚酯樹脂的酸值≤6,其主鏈是硬鏈段,鏈長和支化度均大于中涂用聚酯樹脂,活性基團分布在支鏈上。本發(fā)明解決了與鋁合金底材的附著問題,未用阻煙材料,涂膜的煙氣毒性達到安全一級。
文檔編號B05D7/14GK1803953SQ20051013491
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者王留方, 朱亞君, 倪愛兵, 張睿, 趙寶華 申請人:中國化工建設總公司常州涂料化工研究院