本发明涉及工业涂料领域，尤其涉及一种抗紫外线车漆及其制备方法。
背景技术：
紫外线具有很高能量，能破坏有机物的组成，加快其老化，因此可导致传统的汽车漆在太阳光照射下产生变色、失光等不良现象，即使采用耐紫外线添加剂，该添加剂由于受到太阳光中高能紫外线的照射后易发生结构变化，仍会使其抗紫外线能力下降，难以长期发挥保光保色、阻止漆膜老化的作用，而且会随着添加剂的降解还会释放一定的毒性物质。另一方面，传统的汽车漆不仅本身voc含量较高而对环境有危害，且一般不耐高温，在日光照射下可因高温而发出刺鼻气味，严重者甚至发生燃烧。
技术实现要素：
针对目前车漆在紫外线下易老化、不耐高温的问题，本发明提供一种抗紫外线车漆。
以及，本发明还提供上述抗紫外线车漆的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：
一种抗紫外线车漆，包括以下重量份数配比的原料：水性羟基聚丙烯酸分散体60～80份、ph中和剂1～3份、成膜助剂3～6份、去离子水15～30份、聚四氟乙烯微粉4～8份、苯并三唑类紫外线吸收剂1～3.5份、钛白粉1～2份、阻燃剂2～4份、颜料4～6份、硫酸钡3～5份、膨润土1～3份、增稠剂1～2份、水性聚氨酯固化剂55～105份、丙二醇二醋酸酯(pgda)20～40份、分散剂1～3份、消泡剂1～3份、润湿流平剂3～6份和抗菌剂1～3份。
该车漆具有优异的抗紫外线作用，且阻燃、环保，耐老化性能佳。其中水性羟基聚丙烯酸分散体与水性聚氨酯固化剂配合能够使所得漆液既适用于室温干燥，也适用于强制干燥(如60～80℃烘干)，可满足车漆喷涂后的各种干燥需求，且固化后的漆膜具有良好的硬度和机械性能，且耐候性优异。水性羟基聚丙烯酸分散体优选同德化工3ah0545w，该分散体与本发明车漆中其他成分配合后能够使漆膜具有高光泽和高硬度，通用性强，耐化学品性、耐水性、耐候性、附着力、爆泡性能、流平性能和机械性能优异，活化期长，适用于作为车漆使用。
苯并三唑类紫外线吸收剂在300～385nm内有较高的吸光指数，能够将吸收的光能转化为热能，并基于互变异构体，互变效果高，且能无限重复，所以该紫外线吸收剂具有非常好的光稳定性，且应用安全。本发明采用苯并三唑类紫外线吸收剂吸收紫外线，能有效防止被覆基底表面失光、老化、龟裂等，对于车漆抗紫外线性起到了至关重要的作用。本发明优选采用2-[2-羟基-3,5-二(1,1-二甲基丙基苯基)]-2h-苯并三唑(uv-328)和2-[2-羟基-5-叔辛苯基]苯并三唑(uv-329)中的至少一种。
聚四氟乙烯微粉有良好的机械性能、电性能、使用温度范围宽(-200℃～+260℃)，分子中碳原子与氟原子间极高的键能(460kj/mol)，使其拥有优异的耐化学性、耐候性及良好的不粘性和润滑性，使其在该车漆中有极致的爽滑性和抗结块性以及优良的耐沾污性，可改善漆液在喷涂装置中的流动性。聚四氟乙烯微粉与该车漆中其他成分配合后能使漆膜硬度高，抗划性可通过3h铅笔硬度的测试。优选采用帕特纳的聚四氟乙烯微粉蜡w-8006，其具有很好的分散性，细度均匀用量少。
在该车漆中，水性羟基聚丙烯酸分散体能够与苯并三唑类紫外线吸收剂生成类脂物质，聚四氟乙烯与该类脂物质可发生杂化共聚反应而形成共聚物。该共聚物不仅能够使得该涂料具有显著优于传统涂料的耐候性，还在光泽度和防氧化黄变性能上有了较大的提高，可以避免车漆在使用过程产生颜色差异而影响外观。
膨润土在该车漆中能够发挥高效能的增稠效果，还能提供粘度的热稳定性，并赋予车漆触变性，具有电解质稳定性、乳液稳定、防止颜料或填充料硬沉淀、降低水分收缩、将分色和发花现象降至最低的优点。优选海明斯德谦膨润土bentonelt。
本涂料经过以上成分的复配，能够使所得车漆形成具有良好抗紫外线性能的高光泽、高装饰性、高疏水性的漆膜，且voc低、气味低，是一种环境友好型涂料。
优选地，所述水性涂料包括以下重量份数配比的原料：水性羟基聚丙烯酸分散体70份、ph中和剂2份、成膜助剂4.8份、去离子水24份、聚四氟乙烯微粉6份、苯并三唑类紫外线吸收剂2.8份、钛白粉1.5份、阻燃剂3.1份、颜料5.1份、硫酸钡4份、膨润土2份、增稠剂1.6份、水性聚氨酯固化剂81份、丙二醇二醋酸酯30份、分散剂2份、消泡剂2份、润湿流平剂4.5份和抗菌剂2份。
优选地，所述成膜助剂为丙二醇苯醚(pph)，其沸点高，无毒环保，混溶性好，具有优异的聚结和偶合能力，对提高漆膜的流平性、光泽、丰满度功效显著，且挥发速率适中，不会引起voc过高的问题。
优选地，所述钛白粉为二氧化钛质量百分含量≥99％、可吸油量≤23％w/w的金红石型纳米钛白粉。该金红石型纳米钛白粉具有优异的紫外屏蔽功能，在该配方的车漆中能够大幅度提高漆膜的抗紫外性，可减少漆膜的老化，还能够提高漆膜的耐候性、分散性和漆膜固化性，并且无毒无污染。同时，金红石型纳米钛白粉与颜料搭配后还能赋予汽车漆绚丽的色彩，并使漆膜具有高度的光泽高。优选杜邦金红石型钛白粉r706。
优选地，所述阻燃剂为石棉和玻璃纤维粉质量比为0.8～1.2:1的混合物。玻璃纤维粉绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，但性脆，耐磨性较差，与石棉合用后可弥补该缺陷，并同时发挥更好的耐火性、电绝缘性和绝热性作用。
优选地，所述水性聚氨酯固化剂为50～90份日本npucoronate-hxr和5～15份德国科思创bayhydur401-70。日本npucoronate-hxr为含有异氰脲酸酯的hdi系改性聚异氰酸酯，具有良好的耐候性能，能够提高产品的硬度和光泽度，改善漆膜的物理干燥、固化以及化学干燥情况。德国科思创bayhydur401-70是基于异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯，能够提高漆膜的耐化学性和耐候性，该固化剂与丙二醇二醋酸酯反应后，能够延长该车漆的活化期。将上述两种固化剂复配使用，既能提高漆膜的硬度和干性，又能延长活化期，增加产品的施工性，节省人力物力等。
优选地，所述抗菌剂为g-c3n4/tio2复合材料，所述g-c3n4/tio2复合材料的制备方法为：
将双氰胺以2.5～3.5℃/min的速率升温至540～560℃并保温4～4.5h，使原料发生热聚合反应，得到类石墨相氮化碳(g-c3n4)；将所得产物粉碎后置于异丙醇与去离子水体积比为8.5～9:1的混合溶液中，持续搅拌24～28h，取上清液，将所述上清液以4.5～5.5℃/min的速率升温至115～125℃并保温36～38h，将所得产物在100～110℃干燥，得到层状g-c3n4；然后将所得层状g-c3n4分散于9～11％v/v乙醇水溶液中，超声处理40～45min，放入naoh活化处理过的二氧化钛，真空浸渍6～7h。蒸馏水冲洗后，再依次用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，烘干，放入含有0.8～1.2mol/l尿素和0.038～0.042mol/l氟钛酸铵的混合水溶液中，在90℃保持2～3g，自然冷却至室温，取出，用去离子水和乙醇分别超声清洗，烘干，即得。该抗菌剂能够提高涂层的光催化效率，并有效降解金属基材表面有机污染物，初步赋予金属基材涂层自清洁性能。其中二氧化钛用naoh活化处理的方法优选为：将10mol/lnaoh和二氧化钛放入水热釜煅烧，通过水热反应得到na2ti3o7，再用0.1mol/l硝酸和蒸馏水酸洗至ph为7±0.5，(酸洗过程中h+会置换na+得到h2ti3o7)，煅烧脱水，得到活化处理的tio2。
优选地，所述润湿流平剂为有机改性硅氧烷，优选埃夫卡efka-3580流平剂，其具有优质的防缩孔性能和流平效果，能够提高底材润湿效果，且不影响层间附着力。
优选地，所述硫酸钡的粒径为1500目，即全部能通过1500目筛网。
优选地，所述增稠剂为强假塑性聚氨酯增稠剂，优选
优选地，所述消泡剂为自乳化型的磷酸酯类抑泡/消泡剂。优选
以及，本发明还提供上述抗紫外线车漆的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a、在搅拌状态下向45～55％配方量所述去离子水中依次加入所述分散剂、消泡剂、润湿流平剂和抗菌剂，搅拌均匀，再在搅拌状态下依次加入所述聚四氟乙烯微粉、苯并三唑类紫外线吸收剂、钛白粉、阻燃剂、颜料、硫酸钡和膨润土，分散完全，研磨至细度≤25μm，200目过滤，得前期浆；
步骤b、在搅拌状态下向所述前期浆中加入所述水性羟基聚丙烯酸乳液、ph中和剂、成膜助剂和剩余去离子水，混合均匀，加入所述增稠剂，混合均匀，用200目滤布过滤得到a组分；
步骤c、将所述水性聚氨酯固化剂和pgda混合并分散均匀，200目过滤，得b组分；
步骤d、临用前将a组分与b组分混合，即得。
本发明提供的抗紫外线车漆的制备方法操作简单，适宜于大生产操作。聚四氟乙烯微粉、苯并三唑类紫外线吸收剂、钛白粉、阻燃剂、颜料、硫酸钡和膨润土的投入速度以能够快速卷入漆浆中为宜，液面不可出现大量粉料堆积。
优选地，步骤a中向所述去离子水中加入所述分散剂、消泡剂、润湿流平剂和抗菌剂时的所述搅拌状态为400～600rpm。
优选地，步骤a中加入所述聚四氟乙烯微粉、苯并三唑类紫外线吸收剂、钛白粉、阻燃剂、颜料、硫酸钡和膨润土时的所述搅拌状态为600～800rpm。
优选地，步骤b中的所述搅拌状态为600～800rpm。
优选地，步骤c中的所述分散为在400～600rpm搅拌至分散均匀。
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于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本发明实施例提供了抗紫外线车漆及其制备方法，各实施例中原料质量份数配比如表1所示。
表1
其中水性羟基聚丙烯酸分散体为同德化工的3ah0545w，ph中和剂为美国陶氏dow的amp-95，聚四氟乙烯微粉为帕特纳的聚四氟乙烯微粉蜡w-8006，钛白粉为杜邦金红石型钛白粉r706，颜料为mh-5r红色颜料，膨润土为海明斯德谦膨润土bentonelt，增稠剂为
其中g-c3n4/tio2复合材料的制备方法为：准确称取5.00g双氰胺于石英坩埚中，将石英坩埚缓缓移入到开启式真空管式电炉中，在氮气氛围下以3℃/min的速率升温至550℃并保温4h，使原料发生热聚合反应，得到类石墨相氮化碳(g-c3n4)。收集反应所得类石墨相氮化碳并用石英研钵研磨成粉末，取0.50g加入300ml的异丙醇与去离子水体积比为9:1的混合溶液中，持续搅拌24h，然后取上清液至高压反应釜中并置于恒温干燥箱，以5℃/min的速率升温至120℃并保温36h，以获得水热物质。将所得水热物质移至真空干燥箱中，100℃干燥，得到层状g-c3n4。将所得层状g-c3n4分散于10％v/v乙醇水溶液中，超声处理40min，将naoh活化处理过的二氧化钛置于其中，真空浸渍6h。蒸馏水冲洗后，依次用无水乙醇和蒸馏水超声清洗3次，烘干，得到g-c3n4/tio2半成品。配制含有1.00mol/l尿素和0.04mol/l氟钛酸铵的混合水溶液。将g-c3n4/tio2半成品放入混合溶液中并在搅拌的条件下迅速升温到90℃，保持2h。自然冷却至室温，取出，用去离子水和乙醇分别超声清洗3次，烘干，即得。其中二氧化钛用naoh活化处理的方法为：将10mol/lnaoh和二氧化钛放入水热釜煅烧，通过水热反应得到na2ti3o7，再用0.1mol/l硝酸和蒸馏水酸洗至ph为7±0.5，(酸洗过程中h+会置换na+得到h2ti3o7)，煅烧脱水，得到活化处理的tio2
以上各实施例中抗紫外线车漆的制备方法为：
步骤a、在400～600rpm的搅拌状态下向45～55％配方量去离子水中依次加入分散剂、消泡剂、润湿流平剂和抗菌剂，搅拌5分钟，再在600～800rpm的搅拌状态下依次加入聚四氟乙烯微粉、苯并三唑类紫外线吸收剂、钛白粉、阻燃剂、颜料、硫酸钡和膨润土，投入速度以能够快速卷入漆浆中、液面不出现大量粉料堆积为宜，800～1000rpm分散10分钟，研磨至细度≤25μm，200目过滤，得前期浆；
步骤b、在600～800rpm的搅拌状态下向前期浆中加入水性羟基聚丙烯酸乳液、ph中和剂、成膜助剂和剩余去离子水，搅拌20分钟，缓慢加入增稠剂，混合均匀，用200目滤布过滤得到a组分；
步骤c、将水性固化剂(1)、水性固化剂(2)和pgda混合并在400～600rpm的搅拌速度下分散均匀，200目过滤，得b组分；
步骤d、临用前将a组分与b组分混合，即得。
各实施例制备方法中的具体参数如表2所示：
表2
对比例
本对比例提供了抗紫外线车漆及其制备方法，各对比例中原料质量份数配比以实施例5为基础，用功能、作用相似的原料与实施例5中的部分原料进行替换，具体颜料如表3所示。
表3
各对比例中的原料来源以及制备方法同实施例5。
检验例
将实施例1～5和对比例1～3的产品喷涂于250×150mm的08al钢板上，在阳光下暴晒7小时，然后进行物理性能检验。
结果见表4。
表4
耐沾污性能检测具体为：在温度25℃、湿度75％的实验室准备按标准温度制好的长方形性能板10cm*15cm(即平板)，将准备好的性能板与水平面成60°斜放，边长为10cm的边作为底边，然后在性能板上表面4/5高度处(即离底边垂直距离12cm处)滴加污染液，均匀滴在五个位置，每个位置滴加1毫升，待污染液停止流动后，把实验板放入烘箱，烘箱设置50℃±1℃烘烤2小时，然后将实验板取出，用水冲洗掉表面的污染物，放入氙灯老化2000小时，观察实验板表面被污染腐蚀后的状态。
由表4中的试验结果可见，经过紫外线下的暴晒后，实施例1～5制得的抗紫外线车漆成膜后具有良好的光泽、硬度、耐沾污性、耐热性和耐人工老化性，且明显优于各对比例，说明本发明所提供的抗紫外线车漆在抗紫外线方面性能优异。
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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。