1.本发明属于涂料技术领域，特别是涉及一种碳纤维素材用水性涂料。


背景技术：

2.目前市场通用的涂料产品的涂装方式是先喷油性双组分快干底漆，再喷油性单组份丙烯酸涂料，最后喷油性双组份聚氨酯清漆或油性uv涂料。制得的产品和工艺在使用过程中易有安全隐患，且voc排放超标；因此，传统油性涂料产品环保化不够，生产过程不易控制安全性。
3.另外，普通水性涂料产品达不到碳纤维涂层的层间附着力标准，还有碳纤维涂层的耐水浸泡性能要求高，层间附着力要求高，市场现有产品的耐水浸泡效果不好，产品耐水浸泡不超过72小时。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是提供一种碳纤维素材用水性涂料及加工工艺，产品耐水浸泡可以达到240小时，适用于用碳纤维材料制成的飞机、高铁、汽车、自行车、高尔夫球杆、钓鱼竿等的表面涂料。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种碳纤维素材用水性涂料，所述碳纤维素材用水性涂料由水性双组份底漆、水性单组份面漆和水性pu清漆组成：
6.所述水性双组份底漆包括主剂和固化剂；按重量份数计，所述主剂包括水性丙烯酸树脂10-25份、水性环氧树脂35-50份、中和剂0.3-0.5份、增稠剂0.5-0.8份、消泡剂0.2-0.3份、自来水18-25份、基材润湿流平助剂1-3份；按质量百分数计，所述固化剂包括80％改性胺和20％水；
7.按重量份数计，所述水性单组份面漆包括水性丙烯酸树脂5-15份、水性聚氨酯树脂55-70份、各种颜色色浆10.3-20.5份、增稠剂0.3-1.0份、流平剂0.1-1份、消泡剂0.5-1.5份、去离子水15-20份、抗氧化剂0.5-8份、紫外线吸收剂0.8-1.5份；
8.按重量份数计，所述水性pu清漆包括主剂和固化剂；按重量份数计，所述主剂包括去离子水10-15份、第一消泡剂0.2-0.3份、分散剂0.5-1.0份、流平剂0.3-1.0份、中和剂0.1-0.5份、水性羟基丙烯酸树脂60-75份、成膜助剂3-8份、抗氧化助剂0.5-1.0份、增稠剂0.3-0.8份、第二消泡剂0.2-0.3份；按重量份数计，所述固化剂包括水性聚氨酯固化剂10-15份。
9.进一步地说，所述水性双组份底漆的制备方法为：
10.1)、将水性环氧树脂、中和剂和增稠剂用高速1000转/分钟分至细度小于20μm；
11.2)、继续加入水性丙烯酸树脂、消泡剂、自来水和基材润湿流平助剂，用低速500转/分钟搅拌20min，得到水性双组份底漆的主剂；
12.3)、按质量百分数，加入80％改性胺和20％水得到水性双组份底漆的固化剂；
13.4)、将2)得到的水性双组份底漆的主剂和3)得到的水性双组份底漆的固化剂按照
4：1的重量比调配后，过滤，得到水性双组份底漆。
14.更进一步地说，所述水性丙烯酸树脂选用苯乙烯改性的丙烯酸树脂。
15.所述水性环氧树脂选用环氧当量在150-250的树脂；
16.所述中和剂选用dmea、三乙胺、二乙胺中至少一种；
17.所述增稠剂选用气相二氧化硅或2020低剪切增稠剂；
18.所述消泡剂选用矿物油类的消泡剂；
19.所述基材润湿流平助剂选用迪高4100。
20.进一步地说，所述水性单组份面漆的制备方法为：
21.1)、将水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、各种颜色色浆、增稠剂依次加入搅拌釜中以小于600转/分钟搅拌15min；
22.2)、继续加入去离子水用低速600转/分钟搅拌15min；
23.3)、继续加入流平剂、消泡剂、抗氧化剂和紫外线吸收剂，用低速600转/分钟搅拌5min，得到水性单组份面漆。
24.更进一步地说，所述水性丙烯酸树脂选用丙烯酸乳液；
25.所述各种颜色色浆选用白色色浆、黑色色浆、透明色色浆；
26.所述增稠剂选用气相二氧化硅或2020低剪切增稠剂；
27.所述流平剂选用聚醚类改性有机硅助剂；
28.所述消泡剂选用矿物油类的消泡剂；
29.所述抗氧化剂选用irganox 1135；
30.所述紫外线吸收剂选用巴斯夫tinuvin 400。
31.进一步地说，所述水性pu清漆的制备方法为：
32.1)、将去离子水、第一消泡剂、分散剂、流平剂和中和剂依次加入搅拌釜中按小于800转/分钟搅拌10min；
33.2)、继续加入水性羟基丙烯酸树脂，用低速600转/分钟搅拌15min；
34.3)、继续加入成膜助剂、抗氧化助剂和增稠剂，用低速600转/分钟搅拌5min；
35.4)、最后加入第二消泡剂，用低速300转/分钟搅拌5min，得到水性pu清漆的主剂；
36.5)、按重量份数，加入水性聚氨酯固化剂得到水性pu清漆的固化剂；
37.6)、将4)得到的水性pu清漆的主剂和5)得到的水性pu清漆的固化剂按照3：1的重量比调配后，放置5-10分钟后过滤，得到水性pu清漆。
38.更进一步地说，所述第一消泡剂选用迪高830；
39.所述分散剂选用byk190；
40.所述流平剂选用byk346或迪高450聚醚硅氧烷共聚物；
41.所述中和剂选用dmea、三乙胺、二乙胺中至少一种；
42.所述成膜助剂选用醇酯十二；
43.所述抗氧化助剂选用irganox 1135；
44.所述增稠剂选用分子量为小于20000的羟基纤维素或2020低剪切增稠剂；
45.所述第二消泡剂选用迪高810。
46.一种碳纤维素材用水性涂料的加工工艺，按照以下步骤进行：
47.步骤一、将水性双组份底漆的主剂、固化剂和自来水按照4:1:0.5均匀调配；
48.步骤二、将水性单组份面漆与自来水均匀调配；
49.步骤三、将水性pu清漆的主剂、固化剂和去离子水按照3：1:0.1均匀调配；
50.步骤四：将调配好的水性双组份底漆涂于工件表面，常温下，表干≥1-2小时，实干24小时，全干24小时以上；70-90℃烘干20
±
3分钟；
51.步骤五：将调配好的水性单组份面漆涂于水性双组份底漆层上，常温下，表干≥2小时，自干≥24小时；60-90℃烘干30-20分钟；
52.步骤六：将调配好的水性双组份清漆涂于水性单组份面漆层上，涂膜厚度为20-25um，常温流平，50℃表干5分钟，80-100℃烘干30-45分钟。
53.本发明的有益效果至少具有以下几点：
54.1、油性涂料是利用溶剂的挥发来提供干性，挥发出来的溶剂增加了voc的排放；而本发明的水性涂料是利用水分的挥发来提供干性，由于溶剂是纯净水，这样很好地保护了使用者的健康；且能更好的规避用溶剂型涂料施工时带来的易咬底漆导致产品的层次不强；
55.2、因碳纤维底材的特殊性(质量轻硬度高表面多孔)，本发明的底漆易于对多孔材料早期发现的空隙进行填充和提高涂层对碳纤维素材的附着力，具有附着力优异、易于生产施工、快干易打磨等优点，是适合碳纤维底材的；另，本发明的面漆的设计不仅能提供各种颜色效果，且能与底漆和保护清漆之间起到很好的层间附着力；再者，本发明保护清漆的设计具有高的光泽，耐老化，耐水浸泡等特点；碳纤维材料制品经过以上工艺设计可以起到美观，保护的作用；
56.3、由于水性涂料的闪点很高，降低了产品在生产过程中的安全事故，对企业的财产和员工的有了充分的保证。
具体实施方式
57.下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
58.实施例：一种碳纤维素材用水性涂料，所述碳纤维素材用水性涂料由水性双组份底漆、水性单组份面漆和水性pu清漆组成：
59.所述水性双组份底漆包括主剂和固化剂；按重量份数计，所述主剂包括水性丙烯酸树脂10-25份、水性环氧树脂35-50份、中和剂0.3-0.5份、增稠剂0.5-0.8份、消泡剂0.2-0.3份、自来水18-25份、基材润湿流平助剂1-3份；按质量百分数计，所述固化剂包括80％改性胺和20％水；
60.按重量份数计，所述水性单组份面漆包括水性丙烯酸树脂5-15份、水性聚氨酯树脂55-70份、各种颜色色浆10.3-20.5份、增稠剂0.3-1.0份、流平剂0.1-1份、消泡剂0.5-1.5份、去离子水15-20份、抗氧化剂0.5-8份、紫外线吸收剂0.8-1.5份；
61.按重量份数计，所述水性pu清漆包括主剂和固化剂；按重量份数计，所述主剂包括去离子水10-15份、第一消泡剂0.2-0.3份、分散剂0.5-1.0份、流平剂0.3-1.0份、中和剂0.1-0.5份、水性羟基丙烯酸树脂60-75份、成膜助剂3-8份、抗氧化助剂0.5-1.0份、增稠剂0.3-0.8份、第二消泡剂0.2-0.3份；按重量份数计，所述固化剂包括水性聚氨酯固化剂10-15份。
62.所述水性双组份底漆的制备方法为：
63.1)、将水性环氧树脂、中和剂和增稠剂用高速1000转/分钟分至细度小于20μm；
64.2)、继续加入水性丙烯酸树脂、消泡剂、自来水和基材润湿流平助剂，用低速500转/分钟搅拌20min，得到水性双组份底漆的主剂；在操作过程中，加入水性丙烯酸树脂后不用高速搅拌，以防止破乳；
65.3)、按质量百分数，加入80％改性胺和20％水得到水性双组份底漆的固化剂；
66.4)、将2)得到的水性双组份底漆的主剂和3)得到的水性双组份底漆的固化剂按照4：1的重量比调配后，过滤，得到水性双组份底漆。水性双组份底漆喷涂后流平5-8分钟即可，用20-30分钟进行70-90℃的强制干燥。
67.所述水性丙烯酸树脂选用苯乙烯改性的丙烯酸树脂；起到快干易打磨，耐水性好。
68.所述水性环氧树脂选用环氧当量在150-250的树脂；具有较佳的附着力；
69.所述中和剂选用dmea、三乙胺、二乙胺中至少一种；
70.所述增稠剂选用气相二氧化硅或2020低剪切增稠剂；
71.所述消泡剂选用矿物油类的消泡剂；
72.所述基材润湿流平助剂选用迪高4100；也可以选用类似效果的助剂，可以抵抗因底材受污染而产生的漆膜缩孔等漆膜弊病。
73.所述水性单组份面漆的制备方法为：
74.1)、将水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、各种颜色色浆、增稠剂依次加入搅拌釜中以小于600转/分钟搅拌15min；
75.2)、继续加入去离子水用低速600转/分钟搅拌15min；
76.3)、继续加入流平剂、消泡剂、抗氧化剂和紫外线吸收剂，用低速600转/分钟搅拌5min，得到水性单组份面漆；水性单组份面漆直接喷涂，待干3-5分钟后用60-90℃强制烘干。
77.所述水性丙烯酸树脂选用丙烯酸乳液；颜料润湿性好，酸价低，耐候性优；
78.所述水性聚氨酯树脂耐水、耐候性优；
79.所述各种颜色色浆选用白色色浆、黑色色浆、透明色色浆；
80.所述增稠剂选用气相二氧化硅或2020低剪切增稠剂；
81.所述流平剂选用聚醚类改性有机硅助剂；可以保证优异的漆膜流平效果；
82.所述消泡剂选用矿物油类的消泡剂；有助于层间附着力；
83.所述抗氧化剂选用irganox 1135；irganox 1135是100％活性的液态受阻酚抗氧剂，防止聚合物在加工和使用过程中产生的热氧化降解反应，从而提高涂料产品的寿命和耐黄变性能；
84.所述紫外线吸收剂选用巴斯夫tinuvin 400；巴斯夫tinuvin 400三嗪类紫外线吸收剂400可以保护聚合物免受由紫外线照射导致的光氧化降解，因而使产品户外使用的寿命大力延长。
85.所述水性pu清漆的制备方法为：
86.1)、将去离子水、第一消泡剂、分散剂、流平剂和中和剂依次加入搅拌釜中按小于800转/分钟搅拌10min；
87.2)、继续加入水性羟基丙烯酸树脂，用低速600转/分钟搅拌15min；
88.3)、继续加入成膜助剂、抗氧化助剂和增稠剂，用低速600转/分钟搅拌5min；
89.4)、最后加入第二消泡剂，用低速300转/分钟搅拌5min，得到水性pu清漆的主剂；
90.5)、按重量份数，加入水性聚氨酯固化剂得到水性pu清漆的固化剂；
91.6)、将4)得到的水性pu清漆的主剂和5)得到的水性pu清漆的固化剂按照3：1的重量比调配后，放置5-10分钟后过滤，得到水性pu清漆。水性pu清漆直接喷涂，待干3-5分钟后用80-100℃强制烘干30-45分钟。
92.所述第一消泡剂选用迪高830；
93.所述分散剂选用byk190；
94.所述流平剂选用byk346或迪高450聚醚硅氧烷共聚物；也可以选用似效果的助剂，可以保证优异的漆膜流平效果；
95.所述中和剂选用dmea、三乙胺、二乙胺中至少一种；
96.所述成膜助剂选用醇酯十二；
97.所述抗氧化助剂选用irganox 1135；irganox 1135是100％活性的液态受阻酚抗氧剂，防止聚合物在加工和使用过程中产生的热氧化降解反应，从而提高涂料产品的寿命和耐黄变性能；
98.所述增稠剂选用分子量为小于20000的羟基纤维素或2020低剪切增稠剂；
99.所述第二消泡剂选用迪高810。可以提供优异的消泡效果；
100.一种碳纤维素材用水性涂料的加工工艺，按照以下步骤进行：
101.步骤一、将水性双组份底漆的主剂、固化剂和自来水按照4:1:0.5均匀调配；
102.步骤二、将水性单组份面漆与自来水均匀调配；
103.步骤三、将水性pu清漆的主剂、固化剂和去离子水按照3：1:0.1均匀调配；
104.步骤四：将调配好的水性双组份底漆涂于工件表面，常温下，表干≥1-2小时，实干24小时，全干24小时以上；70-90℃烘干20
±
3分钟；
105.步骤五：将调配好的水性单组份面漆涂于水性双组份底漆层上，常温下，表干≥2小时，自干≥24小时；60-90℃烘干30-20分钟；
106.步骤六：将调配好的水性双组份清漆涂于水性单组份面漆层上，涂膜厚度为20-25um，常温流平，50℃表干5分钟，80-100℃烘干30-45分钟。
107.本发明的水性涂料与现有技术的油性涂料进行相关性能比较，结果如下表：
[0108] 本发明的水性涂料现有技术的油性涂料稀释剂纯净水(10-20％)有机溶剂(20-30％)voc排放0-100mg/l300-400mg/l干燥条件常温自干(低温烘干)常温自干(低温烘干)储存条件常温储存(1年)低温避光储存(1年)危害危险性无毒无害、不易燃有毒有害、易燃易爆耐水性测试240小时72小时附着力测试拉拔测试法8兆帕拉拔测试法8兆帕
[0109]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。