一种溶剂型高固体份、高黑度黑浆及其制备方法

摘要

本发明涉及一种溶剂型高固体份、高黑度黑浆，所述的色浆以重量份计包含以下组分：溶剂20‑50份；溶剂型高固含丙烯酸树脂20‑50份；颜料炭黑5‑15份；分散剂5‑15份。所制备而得的溶剂型高固体份、高黑度色浆具有低污染、低VOC排放、涂膜厚、光泽度高、装饰效果好，黑度高等特性，仅需较少的施用量即可满足施工的要求。本发明还涉及上述溶剂型高固体份、高黑度黑浆的制备方法。本发明又涉及上述溶剂型高固含丙烯酸树脂及其制备方法。

说明书

技术领域

本发明涉及涂料领域。具体地说，本发明涉及汽车涂料的技术领域。

背景技术

汽车涂料是指涂装在轿车等各类车辆车身及零部件上的涂料。一般而言，汽车涂料分为新车涂料及辅助材料和车辆修补用涂料。

具体地说，一方面，对于具有一定装饰性能的黑色面漆而言，人们总是希望其具有乌黑锃亮的视觉效果，尤其是针对用于高档轿车的黑色面漆。然而，针对用于汽车的黑漆，长期以来困扰涂料领域技术人员的问题在于如何制造高黑度的黑漆。

另一方面，随着工业化的不断发展，汽车涂料在涂装过程中VOC(挥发性有机化合物)的大量排放造成的大气污染，这也是亟需解决的技术问题。

传统的汽车涂料着色技术是将颜料直接添加至涂料中，或采用自制的颜料色浆添加到涂料中，以对涂料进行着色。这存在一定的弊端，例如颜色重现性不好、着色不均、颗粒较粗、污染严重，且涂膜的耐光性、耐候性差等。

更为具体地说，在现有技术中，色浆一般分为溶剂型色浆以及水性色浆。

溶剂型黑浆色浆按各组分所起的作用而言，通常都是由炭黑、分散剂(和/或分散树脂)、研磨树脂(丙烯酸树脂，聚酯树脂，)、溶剂及其他功能性助剂中的几种或全部组成。

例如，公布号为CN 108117800A的中国专利申请公开了一种特黑色浆及其制备方法，按重量百分比的组分组成为：丙二醇甲醚醋酸酯10-20％，二甲苯10-20％，醋酸丁酯10-20％，分散剂10.5-20％，改性高色素碳黑颜料10-15％和丙烯酸树脂30-40％。然而，该专利申请中所使用的溶剂为二甲苯，此为汽车漆限制使用或禁用的苯类溶剂。

在本领域中，也可采用水性色浆代替溶剂型色浆。水性色浆的技术问题在于：其所涂布的高光体系涂膜的光泽也必须尽量到达溶剂型色浆的水平。

然而，水性色浆组成中的颜料(和/或填料)、分散剂(和/或分散树脂)、润湿剂、消泡剂、防沉剂或其他功能助剂等组分均有可能降低涂膜的光泽，这些都是水性颜料制备物或色浆开发中需要避免的问题。

例如，公布号为CN 108610747 A的中国专利申请公开了一种水性通用色浆，但其中所使用的保湿剂为乙二醇。又如，公布号为CN 108410268 A的中国专利申请公开了一种无树脂水性色浆，其中所使用的保湿剂为丙二醇、异丙醇、丁醇。上述的保湿剂都会影响聚氨酯类涂料中的羟基组分与固化剂的反应，因此相应的产品在水性聚氨酯类涂料中的使用会受到极大的限制。

鉴于此，有必要开发一种适用于汽车涂料的溶剂型高固体份、高黑度黑浆，并能实现低VOC排放，同时含有该色浆的涂膜厚、光泽度高、装饰效果好。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种溶剂型高固体份、高黑度黑浆。该溶剂型高固体份、高黑度黑浆，能够提供更高的黑度，且更为环保，能实现低VOC排放。

本发明的另一个目的在于提供上述溶剂型高固体份、高黑度黑浆的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供用于制备上述色浆的溶剂型高固含丙烯酸树脂。

本发明的又一个目的在于提供上述溶剂型高固含丙烯酸树脂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明的第一方面，其中提供了一种溶剂型高固体份、高黑度黑浆，其中所述的溶剂型高固体份、高黑度黑浆以重量份计包含以下组分：溶剂20-50份；溶剂型高固含丙烯酸树脂20-50份；颜料炭黑5-15份；分散剂5-15份。

优选地，所述溶剂型高固体份、高黑度黑浆以重量份计包含以下组分：溶剂25-45份；溶剂型高固含丙烯酸树脂20-40份；颜料炭黑5-15份；分散剂5-15份。

进一步地，所述溶剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种的组合。

进一步地，所述溶剂型高固含丙烯酸树脂的数均分子量在2000-6000之间，固含量为60-85％，羟值为50-150mg KOH/g。

优选地，所述溶剂型高固含丙烯酸树脂的数均分子量在3000-5000之间，固含量为70-80％，羟值为120-140mg KOH/g。

进一步地，所述颜料炭黑为高色素炭黑。

优选地，所述颜料炭黑选自卡博特公司的CARBON BLACK MONARCH 1300，德固赛公司的DEGUSSA COLOUR BLACK FW200、COLOUR BLACK FW 255 POWDER、SPECIAL BLACK 6,博拉公司RAVEN 5000ULTRA III POWDER的一种或几种的组合。

进一步地，所述分散剂为含有颜料亲和基团的嵌段高分子共聚物，其固含量在40-100％之间，分散剂溶解度参数SP为10.0-13.0；数均分子量为2000-20000；PDI为1.0-5.0。所述的分散剂中所含有的颜料亲和基团例如包括芳香环、氨基等基团。

优选地，所述分散剂的固含量在50-90％之间，分散剂溶解度参数SP为10.5-12.5；数均分子量为2500-10000；PDI为1.0-3.0。

更为优选地，所述分散剂选自受控自由基合成的高分子分散剂，例如毕克公司的BYK-163、BYK-161、BYK-2013,巴斯夫公司的EFKA 4310，迪高公司的TEGO-670/673，路博润公司的SOLSPERSE 32500/5000S等一种或几种的组合。

根据本发明的第二方面，其中提供了一种上述溶剂型高固体份、高黑度黑浆的制备方法，其包括以下的步骤：

(1)在搅拌的状态下，按比例在反应容器中加入溶剂、分散剂以及溶剂型高固含丙烯酸树脂，使用高速分散机以1000-2000r/min的转速分散20-30分钟；

(2)调整高速分散机的转速至700-800r/min的分散速率，在该分散速率下加入颜料炭黑，再以2000-3000r/min的转速进行高速分散30-60min，得预混浆料；

(3)将步骤(2)中所得的预混浆料研磨3-5h，直至所得的色浆的的细度小于5μm，即得所述的溶剂型高固体份、高黑度黑浆。

进一步地，在研磨时，使用卧式盘片砂磨机进行循环研磨。

优选地，所述的砂磨机的设备参数：砂磨珠类型为氧化锆珠和釔改性的锆珠、砂磨珠粒径0.8-1.4mm、砂磨珠填充率为70-85％，浆料的流量为150-250Kg/h。

根据本发明的第三方面，其中提供了溶剂型高固含丙烯酸树脂。所述的溶剂型高固含丙烯酸树脂具有高固体份、低粘度、低分子量等特性，其参数如上所述，即为数均分子量在2000-6000之间，固含量为60-85％，羟值为50-150mg KOH/g；优选地，所述溶剂型高固含丙烯酸树脂的数均分子量在3000-5000之间，固含量为70-80％，羟值为120-140mg KOH/g。

根据本发明的第四方面，其中提供了上述溶剂型高固含丙烯酸树脂的制备方法，其包括以下的步骤：

(1)将二甲苯和PMA(丙二醇甲醚醋酸酯)投入反应容器中作为底料，通氮气或惰性气体，升温至至少120℃，并至少回流1h；

(2)向反应容器中滴加混合单体以及链转移剂和链引发剂，并在3-5小时(优选4小时左右)内滴加完毕；

(3)保温回流至少45min，并再次加入链引发剂；

(4)保温回流至少45min后，加入活性稀释剂，继续保温回流至少1h后再次加入活性稀释剂；

(5)保温回流至少1.5h，降温至80℃以下，即得所述的溶剂型高固含丙烯酸树脂。

优选地，所述混合单体选自苯乙烯和甲基丙烯酸酯的组合；更为优选地，所述的甲基丙烯酸酯选自甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯的至少其中之一或者组合。

所得的溶剂型高固含丙烯酸树脂的固含量为60-80％，优选地固含量为65％-75％；更为优选地固含量为70％。

进一步地，所述链转移剂为3-巯基丙酸。

进一步地，所述链引发剂为二新戊基过氧化物。

进一步地，所述活性稀释剂为含十碳的叔碳酸缩水甘油酯单体。

为了满足汽车漆中更高的黑度要求以及更高的环保性能要求，本发明通过颜料、分散剂、溶剂、树脂等组分的筛选，所制备得到的溶剂型高固体份、高黑度黑浆不含有毒溶剂、重金属元素，且其甲醛含量较低、通用性高。

具体地说，本发明采用了高固体份、低粘度、低分子量的溶剂型高固含丙烯酸树脂作为研磨树脂，并使用了添加高色素的炭黑以及受控自由基合成的高分子分散剂作为原料，且使用了卧式盘片砂磨机进行循环研磨，故所制备而得的溶剂型黑浆具有高固含以及高黑度的特性，即其固含高于40，并且黑度高于300。

此外，本发明所述的黑浆还具有低污染、低VOC排放、涂膜厚、光泽度高、装饰效果好等特性，仅需较少的施用量即可满足施工的要求。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

将5份二甲苯以及7.5份PMA投入反应容器中作为底料，并通入氮气，升温至120℃，回流1小时；然后，向反应容器中滴加苯乙烯28份、甲基丙烯酸丁酯10份、甲基丙烯酸羟乙酯20份以及链转移剂3-巯基丙酸4份和链引发剂二新戊基过氧化物1.5份，上述物质在4小时左右滴加完毕；在保温回流45min后，再次加入链引发剂二新戊基过氧化物0.2份；接着在继续保温回流45min后，加入活性稀释剂含十碳的叔碳酸缩水甘油酯单体10份，继续保温回流至少1h后再次加入该活性稀释剂5份；继续保温回流1.5h，最后降温至80℃以下，过滤后即得所述的溶剂型高固含丙烯酸树脂，其固含为69.7％。

为了叙述的简便，以下将本发明所述的“溶剂型高固含丙烯酸树脂”简称为“丙烯酸树脂”，即以下的实施例1至5的表格中所述的“丙烯酸树脂”即本发明的该实施例所制备的“溶剂型高固含丙烯酸树脂”。

溶剂型高固体份、高黑度黑浆1的组成如下表1所示：

表1

在搅拌状态下，向反应容器中投入上述重量份数的丙烯酸树脂、乙酸乙酯以及分散剂“BYK-161”，并在1500r/min的条件下高速搅拌分散15min，接着在800r/min搅拌速率下加入高色素炭黑粉COLOUR BLACK FW 255POWDER，高色素炭黑粉加入完毕后继续在2500r/min的条件下继续搅拌分散45min，即得预混浆料。

将所得的预混后的浆料在卧式盘片机进行循环砂磨，其中砂磨珠选择氧化锆珠，粒径为1.0-1.2mm，填充率为75％，砂磨流量控制为200Kg/h。循环研磨4h后检测浆料的细度，当其细度为小于5μm时停止砂磨，即得溶剂型高固体份、高黑度黑浆1。

检测该溶剂型高固体份、高黑度黑浆1的粘度、粒径、光泽和黑度。

溶剂型高固体份、高黑度黑浆2的组成如下表2所示：

表2

在搅拌状态下，向反应容器中投入上述重量份数的丙烯酸树脂、乙酸乙酯和分散剂EFKA 4310，并在1800r/min的条件下高速搅拌分散15min，接着在1000r/min搅拌速度下加入高色素炭黑粉DEGUSSA COLOUR BLACK FW200，高色炭黑粉加入完毕后在2800r/min的条件下继续搅拌分散30min，即得预混浆料。

将所得的预混后的浆料在卧式盘片机进行循环砂磨，其中，砂磨珠选择釔改性的95锆珠，粒径为1.0-1.2mm，填充率为80％，砂磨流量控制为220Kg/h。循环研磨4.5h后检测浆料的细度，当其细度为小于5μm时停止砂磨，即得溶剂型高固体份、高黑度黑浆2。

检测该溶剂型高固体份、高黑度黑浆2的粘度、粒径、光泽和黑度。

溶剂型高固体份、高黑度黑浆3的组成如下表3所示：

表3

在搅拌状态下，向反应容器中投入上述重量份数的丙烯酸树脂、乙酸丙酯和分散剂“EFKA 4310和TEGO-670”，并在1500r/min的条件下高速搅拌分散15min，接着在800r/min搅拌速度下加入高色素炭黑粉CARBON BLACK MONARCH 1300，高色素炭黑粉加入完毕后在2500r/min的条件下继续搅拌分散45min，即得预混浆料。

将所得的预混后的浆料在卧式盘片机进行循环砂磨，其中，砂磨珠选择氧化锆珠，粒径为1.0-1.2mm，填充率为80％，砂磨流量控制为200Kg/h。循环研磨4h后检测浆料的细度，当其细度为小于5μm时停止砂磨，即得溶剂型高固体份、高黑度黑浆3。

检测该溶剂型高固体份、高黑度黑浆3的粘度、粒径、光泽和黑度。

溶剂型高固体份、高黑度黑浆4的组成如下表4所示：

表4

在搅拌状态下，向反应容器中投入上述重量份数的丙烯酸树脂、丙二醇甲醚醋酸酯和分散剂“BYK-161和SOLSPERSE 32500”，并在1500r/min的条件下高速搅拌分散15min，接着在800r/min搅拌速度下加入高色素炭黑粉SPECIAL BLACK 6，高色素炭黑加入完毕后在2500r/min的条件下继续搅拌分散45min，即得预混浆料。

将所得的预混后的浆料在卧式盘片机进行循环砂磨，其中，砂磨珠选择氧化锆珠，粒径为1.0-1.2mm，填充率为85％，砂磨流量控制为200Kg/h。循环研磨4.5h后检测浆料的细度，当其细度为小于5μm时停止砂磨，即得溶剂型高固体份、高黑度黑浆4。

检测该溶剂型高固体份、高黑度黑浆4的粘度、粒径、光泽和黑度。

溶剂型高固体份、高黑度黑浆5的组成如下表5所示：

表5

在搅拌状态下，向反应容器中投入上述重量份数的丙烯酸树脂、乙酸丁酯和分散剂EFKA 4310，并在1500r/min的条件下高速搅拌分散15min，接着在800r/min搅拌速度下加入高色素炭黑粉RAVEN 5000ULTRA III POWDER，高色素炭黑加入完毕后在2500r/min的条件下继续搅拌30min，即得预混浆料。

将所得的预混后的浆料在卧式盘片机进行循环砂磨，其中，砂磨珠选择釔改性的95锆珠，粒径为1.0-1.2mm，填充率为80％，砂磨流量控制为200Kg/h。循环研磨4.5h后检测浆料的细度，当其细度为小于5μm时停止砂磨，即得溶剂型高固体份、高黑度黑浆5。

检测该溶剂型高固体份、高黑度黑浆5的粘度、粒径、光泽和黑度。

较之于在实施例2的组分组成和制备方法，本对比例仅对所述的丙烯酸树脂作出了改变，将其修改为固含量为50％的丙烯酸树脂。

由于其固含量不在本发明所述的溶剂型高固含丙烯酸树脂的固含量范围内，故该对比例1仅仅是对比例。

同样地，在制备完成后，检测该对比例1黑浆的粘度、粒径、光泽和黑度。

较之于在实施例2的组分组成和制备方法，本对比例2仅对所述的分散剂作出了改变，将其修改为巴斯夫公司的

此分散剂为脂肪酸酰胺类型分散剂。而本发明的优选的实施例中采用了“受控自由基合成的高分子分散剂”。

同样地，在制备完成后，检测该对比例2黑浆的粘度、粒径、光泽和黑度。

对实施例1-5以及和对比例1-2所制备的黑浆进行测试。检验结果如下表6所示：

表6：检验结果

通过以上的表格可知，本发明的所述的高固含黑浆由于采用了“高固含丙烯酸树脂”等组分，故其固体份均在43％以上。

对比例1中采用了“固含量为50％的丙烯酸树脂”，故其所得的黑浆的固体份只有33.3％，无法满足实际的应用需要。

此外，对比例2中所采用的分散剂为脂肪酸酰胺类型分散剂。在检测中发现其所得的黑浆粘度大，分散性差，完全无法满足实际的应用需要。

再者，本发明的所述的高固含黑浆的黑度均在300以上。其中实施例2所述的黑浆的黑度达到了320，其固体份为44％，故为本发明的最佳实施例。

此外，实施例1-5所述的高固含黑浆的粘度、光泽等性能也较佳。

应用例

将实施例1～5制备得到的色浆及对比例1的各色浆加入到黑漆基料体系，配制得到相应的单色漆，并用稀释剂(N-288A/B)调整粘度至45s(T-4粘度杯)。测试所得的涂膜机械性能与应用性能，以及涂料的VOC含量和涂布率。

其中，所选用的黒漆基料配方包括以下重量份的原料：

实施例1～5制备得到的色浆及对比例1的各色浆加入到基料中配制而得的单色漆涂膜性能如下表7所示

表7：漆膜性能测试

由上述应用例可以看出，通过本发明实施例1-5中的高固体份、高黑度黑浆制备的漆膜性能较对比例都有明显的提升。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。