一种高性能环保型水性自行车涂料及其制备方法技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种水性自行车涂料，尤其涉及一种高性能
环保型水性自行车涂料及其制备方法。
背景技术
涂料是一种重要的化工材料，广泛用于建筑、汽车、机械、家用电器、轻工仪表、耐
用消费品、航天航空、船舶等领域，是国民经济中必不可少的材料。目前国内自行车行业绝
大多数使用的仍是油性漆，包括全球最大的自行车企业天津富士达自行车有限公司、全球
知名的捷安特自行车有限公司等都在使用油性涂料。油性涂料有几下几个不足：
1)油性涂料中含有苯类、醚类、酮类等有机溶剂，大多数对人体有害；
2)油性漆火灾安全隐患大，易造成人员伤亡及财产损失；
3)油性漆使用过程中排放大量VOC，对大气环境的污染严重。据中国自行车协会发
布数据，2015年，国内自行车产量约8000万辆。每辆自行车生产过程消耗油漆及稀释剂约
450g，其中VOCs占67％，自行车行业总计造成VOCs排放约24120吨，对环境影响较大。
2016年1月1日起新实施的《大气污染防治法》进一步加强了对VOC排放的管理，迫
使企业加快转型升级，淘汰落后的油性工艺，改用环保水性自行车工业涂料。
普通的水性工业漆中丙烯酸树脂中存在的亲水基团如羟基、羧基等，使得涂膜的
耐水性、耐污染性和耐溶剂性较差，硬度和机械性能较溶剂类产品差，另外还存在漆膜干燥
时间长，漆膜存在热粘冷脆现象，抗回粘性差的问题。由于水性自行车涂料体系的主要溶剂
是水，表面张力大，对底材润湿性差，在静电施工线上经常遇到底材不上漆的情况。
发明内容
本发明提供了一种高性能环保型水性自行车涂料，该自行车涂料附着力强、对底
材润湿性好，同时具有优良的耐候性、耐寒性、耐污性及耐化学品性能。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种高性能环保型水性自行车涂料，由以下重量份数组分组成：混醚化三聚氰氨
甲醛树脂5-13份、水性环氧改性丙烯酸树脂10-15份、水性有机氟改性丙烯酸树脂5-10份、
水性丙烯酸树脂30-50份、半成品色浆0-30份、去离子水10-15份、乙二醇单丁醚0-5份、二甲
基乙醇胺3份、丙二醇甲醚5-10份、抗流挂助剂0.5份、流平助剂1份、消泡剂0.1份、二壬基萘
二磺酸0-0.1份和润湿剂0.2份；
所述半成品色浆的制备方法为在反应容器中加入以下重量份数原料5份分散剂、2
份润湿剂、20-50份水和0.3-0.5份水性二甲基乙醇胺，搅拌均匀后，再加入40-70份颜料、
0.2份有机膨润土和0.3份消泡剂，高速分散后研磨至细度15μm以下，即得半成品色浆。配方
中加入二甲基乙醇胺，可将体系的pH值控制在8～9之间，而分散剂在弱碱性条件下对颜料
粒子有更好的润湿及分散效果，可以改善颜料粒子表面性质，调整颜料粒子的运动性，在碱
性条件下，色浆展色性、贮存稳定性及与树脂的相溶性更好。
由于水性自行车涂料体系的主要溶剂是水，表面张力大，对底材润湿性差，在静电
施工线上经常遇到底材不上漆的情况，故需降低水性自行车涂料的表面张力，措施如下：
(1)采用混醚化的氨基树脂替代甲醚化氨基树脂，从而降低涂料的表面张力，增加
其附着力。尽管甲醚化氨基树脂与水的相溶性好，但甲醚化氨基树脂表面张力大，对底材润
湿性差，在静电施工过程中易出现喷不上漆的情况，而混醚化氨基树脂(合成时甲醇:丁醇
＝75：25)具有表面张力低，流平性能好，涂层间附着力强以及对底材润湿性能好等优点，并
且能明显改善涂料的光泽、柔韧性和化学性。
(2)因为醇醚溶剂有表面活性物质的结构，而以乙二醇单丁醚最为突出，此外丙二
醇甲醚表面张力也低，但更安全环保，故在配方中加入乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚以降低水
性自行车涂料的表面张力，增强润湿性。
(3)配方中设计润湿剂以辅助增强润湿性，但其用量不超过0.2％，用量过大，会引
起起泡并降低漆膜的耐水性能。
普通的水性丙烯酸树脂中存在的亲水基团如羟基、羧基等，使得涂膜的耐水性、耐
污染性和耐溶剂性较差，硬度和机械性能较溶剂类产品差，改进措施如下：
(1)对水性丙烯酸酯进行有机氟改性，有机氟具有低的表面张力，因此具有良好的
耐水性、耐油污性能。氟元素电负性大，而原子半径小，仅为0.064nm，具有最低的极化率，而
且氟原子取代C-H键上的H，形成C-F键，键极短且键能大高达460kJ/mol，通过有机氟改性，
既可保留丙烯酸树脂本身具有的耐候性、玻璃化温度可调、漆膜丰满、保光保色性能，又具
有有机氟涂料低表面能，优良的耐候性、耐寒性、耐污性及耐化学品性能。配方中设计用量5
～10％，用量过大将导致成本过高，不利市场推广。
(2)通过分子接枝共聚改性法，对水性丙烯酸树脂进行环氧改性，改性后的树脂既
具有环氧树脂优异的防腐性、耐化学品性、附着力等，又具有丙烯酸树脂本身具有的耐候
性、玻璃化温度可调、漆膜丰满、保光保色性能。
水性涂料体系呈酸性，易发生交联反应，此外，在酸性条件下，色浆易发生沉降(尤
其是酸性颜料)，不利长期贮存，改进措施为：
配方中加入二甲基乙醇胺，将水性涂料的pH值控制在8～9之间，可有效抑制交联
反应，同时碱性条件下，水性涂料粘度会升高，色浆不易沉降，从而可以提高水性涂料的贮
存稳定性。另外高温条件下，二甲基乙醇胺会逐渐挥发，不会对工件上漆膜的干燥造成影
响。
作为优选，所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、硫酸月桂脂或油酸丁基酯硫酸化物。
作为优选，所述润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂脂或油酸
丁基酯硫酸化物。
作为优选，所述抗流挂助剂为丙烯酸酯共聚物。
作为优选，所述流平助剂为改性聚丙烯酸酯化合物。
作为优选，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧
丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚二甲基硅氧烷。
作为优选，所述分散剂为聚(丙烯酸丁酯-co苯乙烯-b-丙烯酸)嵌段聚合物。
本发明同时提供了一种制备高性能环保型水性自行车涂料，包括如下步骤：
(1)在反应容器中加入以下重量份数原料5份分散剂、2份润湿剂、20-50份水和
0.3-0.5份水性二甲基乙醇胺，搅拌均匀后，再加入40-70份颜料、0.2份有机膨润土和0.3份
消泡剂，高速分散后研磨至细度15μm以下，即可制得半成品色浆；
(2)先将5-13份混醚化三聚氰氨甲醛树脂、10-15份水性环氧改性丙烯酸树脂、5-
10份水性有机氟改性丙烯酸树脂和30-50份水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再
边搅拌便加入10-15份去离子水、0-5份乙二醇单丁醚、3份二甲基乙醇胺、5-10份丙二醇甲
醚、0.5份抗流挂助剂、1份流平助剂、0.1份消泡剂、0-0.1份二壬基萘二磺酸和0.2份润湿
剂，最后加入0-30份半成品色浆，搅拌混合均匀即可。
本发明的有益效果为：
1、采用采用混醚化的氨基树脂替代甲醚化氨基树脂，并加入乙二醇单丁醚、丙二
醇甲醚和润湿剂，从而降低涂料的表面张力，增加其对底材的润湿性和附着力。
2、采用水性环氧改性丙烯酸树脂和水性有机氟改性丙烯酸树脂，能增强涂料的耐
候性、耐寒性、耐污性及耐化学品性能。
3、采用二甲基乙醇胺抑制涂料的交联反应，从而提高涂料的贮存稳定性。
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以解释本发明，并不用于
限定本发明。
实施例1
(1)在反应容器中加入以下5g分散剂、2g润湿剂、20g水和0.5g水性二甲基乙醇胺，
搅拌均匀后，再加入50g红色颜料、0.2g有机膨润土和0.3g消泡剂，高速分散后研磨至细度
15μm以下，即可制得78g半成品色浆；
(2)先将10g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、10g水性环氧改性丙烯酸树脂、8g水性有机
氟改性丙烯酸树脂和30g水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再边搅拌便加入12g
份去离子水、3g二甲基乙醇胺、6g丙二醇甲醚、0.5g抗流挂助剂、1g流平助剂、0.1g消泡剂、
0.1g二壬基萘二磺酸和0.2g润湿剂，最后加入20g半成品色浆，搅拌混合均匀即可。
实施例2
(1)在反应容器中加入以下5g分散剂、2g润湿剂、50g水和0.4g水性二甲基乙醇胺，
搅拌均匀后，再加入40g蓝色颜料、0.2g有机膨润土和0.3g消泡剂，高速分散后研磨至细度
15μm以下，即可制得98g半成品色浆；
(2)先将5g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、15g水性环氧改性丙烯酸树脂、5g水性有机
氟改性丙烯酸树脂和40g水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再边搅拌便加入10g
份去离子水、2g乙二醇单丁醚、3g二甲基乙醇胺、10g丙二醇甲醚、0.5g抗流挂助剂、1g流平
助剂、0.1g消泡剂和0.2g润湿剂，最后加入30g半成品色浆，搅拌混合均匀即可。
实施例3
(1)在反应容器中加入以下5g分散剂、2g润湿剂、30g水和0.3g水性二甲基乙醇胺，
搅拌均匀后，再加入70g黄色颜料、0.2g有机膨润土和0.3g消泡剂，高速分散后研磨至细度
15μm以下，即可制得108g半成品色浆；
(2)先将13g混醚化三聚氰氨甲醛树脂、12g水性环氧改性丙烯酸树脂、10g水性有
机氟改性丙烯酸树脂和50g水性丙烯酸树脂加入容器中，搅拌混合均匀，再边搅拌便加入
15g份去离子水、5g乙二醇单丁醚、3g二甲基乙醇胺、5g丙二醇甲醚、0.5g抗流挂助剂、1g流
平助剂、0.1g消泡剂、0.1g二壬基萘二磺酸和0.2g润湿剂，最后加入10g半成品色浆，搅拌混
合均匀即可。
实施例1-3所制涂料的性能测试见表1：
表1：
比较例1
采用实施例1相同的操作方法制备自行车涂料，不同的是采用10g甲醚化三聚氰胺
甲醛树脂和20g水性丙烯酸树脂作为主体树脂，替代实施例1中的主体树脂(10g混醚化三聚
氰氨甲醛树脂、30g水性环氧改性丙烯酸树脂、8g水性有机氟改性丙烯酸树脂和20g水性丙
烯酸树脂)，所得涂料的干燥温度为180℃，干燥时间为30min，96h耐盐雾性不通过，500h耐
候性通过，168h耐水性不通过。
比较例2
采用实施例1相同的操作方法制备自行车涂料，不同的是采用10g混醚醚化三聚氰
胺甲醛树脂和20g水性丙烯酸树脂作为主体树脂，替代实施例1中的主体树脂(10g混醚化三
聚氰氨甲醛树脂、30g水性环氧改性丙烯酸树脂、8g水性有机氟改性丙烯酸树脂和20g水性
丙烯酸树脂)，所得涂料的干燥温度为100-120℃，干燥时间为20min，96h耐盐雾性不通过，
500h耐候性通过，168h耐水性不通过。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。