0 前言

隨著人民生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)汽車涂料的要求越來越高。原有的汽車修補(bǔ)漆品種，如丙烯酸、傳統(tǒng)丙烯酸聚氨酯等雖然耐候性好，保光保色性佳，但普遍存在著光澤、豐滿度欠缺等不盡人意之處，同時(shí)由于 voc 超標(biāo)，給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。為此，我們研制出高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆，它在保持傳統(tǒng)丙烯酸聚氨酯優(yōu)異性能的同時(shí)，著重提高了光澤、豐滿度等指標(biāo)，達(dá)到高裝飾性與環(huán)保的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

樹脂：高固體分丙烯酸樹脂（固含量 70% ），聚酯樹脂（固含量 75% ）；

顏填料：金紅石型鈦白粉（進(jìn)口），酞菁藍(lán)，炭黑，氧化鐵紅；

固化劑： n 3390 ；

助劑、溶劑等。

1.2 涂料的制備

1.2.1 涂料配方

涂料配方見表 1 。

表 1 藍(lán)灰高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆參考配方

1.2.2 生產(chǎn)工藝

將部分樹脂、顏料、助劑、溶劑等攪拌均勻后，進(jìn)行砂磨分散至細(xì)度小于 15 μ m ；然后加入剩余樹脂、助劑、溶劑等，攪拌均勻后檢測(cè)，合格后過濾包裝。

1.2.3 涂膜性能指標(biāo)

涂膜性能指標(biāo)見表 2 。

表 2 藍(lán)灰高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆性能指標(biāo)

2 結(jié)果與討論

鑒于汽車組裝廠的車頭和車廂涂裝生產(chǎn)線的涂裝工藝是：磷化處理好的車頭或車廂濕碰濕噴涂 2 道底漆→ 80 ℃ 烘干30 min →打磨和點(diǎn)補(bǔ)膩?zhàn)印?span lang=en-us> 80 ℃ 烘干 30 min →噴涂 1 道面漆→流平 10 min →噴涂 2 道面漆→ 80 ℃ 烘干30 min ，因此面漆的光澤受到底漆的影響。為了真實(shí)地反映這種情況，我們面漆的光澤是在烘干的底漆上噴涂面漆再于 80 ℃ 烘干 30 min 后所測(cè)得的光澤。另外面漆的豐滿度受多種因素影響，但是其重要影響因素是涂膜厚度。為了獲得高的豐滿度，我們采取提高面漆施工固含量的方法，即研制高固體分涂料。

2.1 樹脂的影響

2.1.1 丙烯酸樹脂的影響

高固體分丙烯酸樹脂作為高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆的基料，其性能的好壞將對(duì)面漆的性能產(chǎn)生決定性的影響。為了達(dá)到高固低粘的目的，通常采用降低相對(duì)分子質(zhì)量等途徑，如果控制不好，將直接影響使用性能。我們選擇了幾種丙烯酸樹脂（固含量 70% ）制成涂料并與傳統(tǒng)丙烯酸樹脂進(jìn)行對(duì)比，其性能指標(biāo)見表 3 。

從表 3 中可以看出：不同品種的丙烯酸樹脂在光澤、硬度上相差較大，經(jīng)過反復(fù)比較，樣品 2 具有較好的綜合性能，其固含量為 68%~71% ，羥值為 67 mgkoh/g ，粘度 3.5~6 pa · s （ 25 ℃ ），相當(dāng)于格式管（ 25 ℃ ） 40~80 s 。

表 3 不同高固體分丙烯酸樹脂性能比較

2.1.2 聚酯樹脂的影響

為了進(jìn)一步提高高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆的豐滿度、光澤等，我們選擇了在丙烯酸樹脂中拼入高固含聚酯樹脂，由于聚酯樹脂對(duì)顏填料的潤濕性好，可進(jìn)一步提高光澤。我們選擇了幾種配合比例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 4 。

表 4 聚酯樹脂用量對(duì)漆膜性能的影響

顯然，拼入聚酯樹脂的量以 15%~25% 左右為宜，過量則涂膜表干時(shí)間延長，性能變差，不利于使用。

2.2 固化劑的影響

固化劑對(duì)涂料的性能產(chǎn)生十分重要的影響，由于汽車涂料要求高耐候性、高裝飾性，因此只能采用脂肪族或脂環(huán)族固化劑。常用的有 hdi 縮二脲、 hdi 三聚體， ipdi 三聚體。 ipdi 三聚體活性較低，價(jià)格較貴，因此較少采用。 hdi 三聚體與 hdi 縮二脲相比具有干燥速度快、涂層硬度高，以及耐候性更好等特點(diǎn)，特別是粘度更低，非常適合于高固體分涂料，因此我們選擇了德國拜耳公司的 desmodern-3390 作固化劑，既保證高固體分、低粘度，又具有好的耐候性、固化性及較長的使用期。

2.3 助劑的影響

2.3.1 潤濕分散劑的影響

高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆要獲得高光澤和優(yōu)異的穩(wěn)定性，必須對(duì)潤濕分散劑進(jìn)行選擇，它決定了顏填料分散的好壞，從而決定涂膜的光澤、貯存穩(wěn)定性等。我們選擇了幾種分散劑，其對(duì)涂料性能的影響見表 5 。

表 5 潤濕分散劑對(duì)涂料性能的影響

從表 5 可見： disperbyk-166 較好，為了進(jìn)一步改善顏料的潤濕分散性，我們采用美國陶氏化學(xué)公司的一種多功能添加劑作為輔助潤濕劑，由于它有比水更強(qiáng)的表面吸附能力，能取代單層水分子膜，幫助顏料更充分、更快速地潤濕，使顏料得以充分分散，使其著色力、遮蓋力和光澤等固有性能最大限度地發(fā)揮出來。同時(shí)，多功能添加劑可以改善溶劑的釋放，我們?cè)陬伭戏稚㈦A段加入 5% 的多功能添加劑后，涂膜性能變化如表 6 所示。

表 6 多功能添加劑的影響

由表 6 可看出：隨著多功能添加劑的加入，漆膜光澤得以提高，同時(shí)表干時(shí)間縮短，從而縮短不粘塵時(shí)間。

2.3.2 流平劑的影響

高裝飾性丙烯酸聚氨酯涂料由于采用了比較高官能團(tuán)含量的低聚物，同時(shí)采用比較高極性、高表面張力的溶劑以獲得低粘度，從而導(dǎo)致涂膜表面缺陷的產(chǎn)生機(jī)會(huì)比傳統(tǒng)涂料要多。為此，必須加入一定量的流平劑。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)， byk-300 效果不錯(cuò)，但是當(dāng)其用量小于 0.5% 時(shí)，涂膜流平性不佳，出現(xiàn)桔皮，用量大于 1% 時(shí)出現(xiàn)層間附著力問題，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，其合適用量為 0.8% 左右，此時(shí)涂膜光滑平整，流平性很好。此外，在實(shí)際使用中，我們發(fā)現(xiàn)流平劑種類不同對(duì)涂膜后期光澤產(chǎn)生不同的影響，將加入不同種類流平劑的涂料噴涂于有底漆的玻璃板上，在 80 ℃ × 30 min 條件下烘干，放置一定時(shí)間后測(cè)光澤，其結(jié)果如表 7 所示。

表 7 不同流平劑對(duì)光澤的影響 %

由表 7 可以看出：有些流平劑會(huì)引起涂膜后期光澤降低，究其原因可能是與樹脂相容性不好所引起。

2.3.3 防流掛劑的影響

高裝飾性丙烯酸聚氨酯涂料比傳統(tǒng)涂料容易出現(xiàn)流掛現(xiàn)象，根據(jù)文獻(xiàn)分析可能與其溶劑揮發(fā)的速度較慢有關(guān)。其原因可能是：①由于較高的表面張力，高固含量涂料的霧化粒子較常規(guī)涂料更大一些，這樣較小的表面積和體積的比例將導(dǎo)致較慢的溶劑揮發(fā)速度（當(dāng)然可通過調(diào)整噴涂設(shè)備來達(dá)到同樣的霧化效果）。②可能與依數(shù)性有關(guān)，在高固含量涂料中樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量均較低，同時(shí)，含量較高，在這種情況下，溶劑分子與樹脂分子的比例將明顯低于常規(guī)涂料，這無疑導(dǎo)致了溶劑揮發(fā)速度降低。③溶劑的揮發(fā)與擴(kuò)散速度與濃度梯度有關(guān)，高固體分涂料溶劑的濃度遠(yuǎn)低于常規(guī)涂料，它的揮發(fā)速度自然要慢一些。因此，高固體分涂料必須加入較多的抗流掛劑才能保證良好的施工性，在這種情況下，將對(duì)光澤產(chǎn)生不利影響。

常用的抗流掛劑主要是有機(jī)膨潤土類、蓖麻油衍生物類、金屬皂類、聚乙烯蠟等蠟類、氣相二氧化硅等。金屬皂類易消光，蓖麻油衍生物類用于非極性到弱極性溶劑中，因此實(shí)際可選擇的是有機(jī)膨潤土類，蠟類和氣相二氧化硅類，我們選擇了 3 種防沉劑作比較，分別是進(jìn)口膨潤土 sd-2 （美國）， 229 聚酰胺蠟、 r972 氣相二氧化硅，當(dāng)其用量為 1% 時(shí)對(duì)光澤的影響見表 8 。

表 8 防流掛劑對(duì)涂膜光澤的影響

由表 8 可見： r972 氣相二氧化硅對(duì)涂膜光澤的影響較小，因此比較適合。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，確定其用量在 0.8% 左右較好。

2.3.4 功能性填料的影響

單純依靠選用高固低粘的樹脂提高施工固體分畢竟有限，因?yàn)槟壳案吖腆w分丙烯酸樹脂的固含量一般不超過 70% 。為進(jìn)一步提高高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆的固含量，我們?cè)诓挥绊懲磕す鉂傻那疤嵯缕慈胍环N特殊的功能性填料——空心玻璃微珠，由于其低的吸油量而對(duì)涂膜光澤影響很小，同時(shí)由于流動(dòng)性好而對(duì)流平性影響也很小。在高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆中拼入一定比例的空心玻璃微珠，其施工固含量可提高 5%~8% ，大大提高了汽車面漆的豐滿度。

2.4 溶劑的影響

高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆含溶劑較少，其對(duì)調(diào)整涂料粘度，施工性能起重要作用。我們通常要求溶劑能盡可能降低涂料粘度，這樣可提高施工固含量，從而提高豐滿度。為了比較溶劑的溶解性，我們?nèi)?span lang=en-us> 100 g 樹脂加入 50 g 溶劑，其粘度變化如表 9 所示。

表 9 不同溶劑對(duì)粘度的影響

從表 9 可以看出：不同溶劑對(duì)樹脂粘度影響很大。酮類降粘速度最快，其次是酯類。當(dāng)然如果采用單一溶劑，由于揮發(fā)不平衡，易出現(xiàn)桔皮、流掛等缺陷，我們經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，采用以酮、酯類溶劑為主的混合溶劑，效果很好。

3 結(jié)語

通過對(duì)樹脂、溶劑、助劑等的精心篩選，研制出高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆。該漆具有如下特點(diǎn)：具有優(yōu)異的豐滿度，高光澤和鮮映性；該漆可自干也可在（ 80 ± 2 ）℃條件下 30 min 干燥，可滿足汽車面漆涂裝流水線對(duì)干性的要求。