0 前言 隨著人民生活水平的提高和環保意識的增強，對汽車涂料的要求越來越高。原有的汽車修補漆品種，如丙烯酸、傳統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，同時由于 voc 超標，給環境帶來嚴重的污染。為此，我們研制出高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆，它在保持傳統丙烯酸聚氨酯優異性能的同時，著重提高了光澤、豐滿度等指標，達到高裝飾性與環保的要求。 1 實驗部分 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（進口），酞菁藍，炭黑，氧化鐵紅； 固化劑： n 3390 ； 助劑、溶劑等。 1.2 涂料的制備 涂料配方見表 1 。 表 1 藍灰高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆參考配方
將部分樹脂、顏料、助劑、溶劑等攪拌均勻后，進行砂磨分散至細度小于 15 μ m ；然后加入剩余樹脂、助劑、溶劑等，攪拌均勻后檢測，合格后過濾包裝。 涂膜性能指標見表 2 。 表 2 藍灰高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆性能指標
鑒于汽車組裝廠的車頭和車廂涂裝生產線的涂裝工藝是：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 →打磨和點補膩子→ 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 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，其性能的好壞將對面漆的性能產生決定性的影響。為了達到高固低粘的目的，通常采用降低相對分子質量等途徑，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% ）制成涂料并與傳統丙烯酸樹脂進行對比，其性能指標見表 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，經過反復比較，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
為了進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，由于聚酯樹脂對顏填料的潤濕性好，可進一步提高光澤。我們選擇了幾種配合比例，實驗結果見表 4 。 表 4 聚酯樹脂用量對漆膜性能的影響
顯然，拼入聚酯樹脂的量以 15%~25% 左右為宜，過量則涂膜表干時間延長，性能變差，不利于使用。 2.2 固化劑的影響 固化劑對涂料的性能產生十分重要的影響，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，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 高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆要獲得高光澤和優異的穩定性，必須對潤濕分散劑進行選擇，它決定了顏填料分散的好壞，從而決定涂膜的光澤、貯存穩定性等。我們選擇了幾種分散劑，其對涂料性能的影響見表 5 。 表 5 潤濕分散劑對涂料性能的影響
從表 5 可見： disperbyk-166 較好，為了進一步改善顏料的潤濕分散性，我們采用美國陶氏化學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揮出來。同時，多功能添加劑可以改善溶劑的釋放，我們在顏料分散階段加入 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，同時表干時間縮短，從而縮短不粘塵時間。 高裝飾性丙烯酸聚氨酯涂料由于采用了比較高官能團含量的低聚物，同時采用比較高極性、高表面張力的溶劑以獲得低粘度，從而導致涂膜表面缺陷的產生機會比傳統涂料要多。為此，必須加入一定量的流平劑。經過實驗， byk-300 效果不錯，但是當其用量小于 0.5% 時，涂膜流平性不佳，出現桔皮，用量大于 1% 時出現層間附著力問題，經過反復實驗，其合適用量為 0.8% 左右，此時涂膜光滑平整，流平性很好。此外，在實際使用中，我們發現流平劑種類不同對涂膜后期光澤產生不同的影響，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，放置一定時間后測光澤，其結果如表 7 所示。 表 7 不同流平劑對光澤的影響 %
由表 7 可以看出：有些流平劑會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。 高裝飾性丙烯酸聚氨酯涂料比傳統涂料容易出現流掛現象，根據文獻分析可能與其溶劑揮發的速度較慢有關。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涂料更大一些，這樣較小的表面積和體積的比例將導致較慢的溶劑揮發速度（當然可通過調整噴涂設備來達到同樣的霧化效果）。②可能與依數性有關，在高固含量涂料中樹脂的相對分子質量均較低，同時，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涂料，這無疑導致了溶劑揮發速度降低。③溶劑的揮發與擴散速度與濃度梯度有關，高固體分涂料溶劑的濃度遠低于常規涂料，它的揮發速度自然要慢一些。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，將對光澤產生不利影響。 常用的抗流掛劑主要是有機膨潤土類、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，因此實際可選擇的是有機膨潤土類，蠟類和氣相二氧化硅類，我們選擇了 3 種防沉劑作比較，分別是進口膨潤土 sd-2 （美國）， 229 聚酰胺蠟、 r972 氣相二氧化硅，當其用量為 1% 時對光澤的影響見表 8 。 表 8 防流掛劑對涂膜光澤的影響
由表 8 可見： r972 氣相二氧化硅對涂膜光澤的影響較小，因此比較適合。經過實驗，確定其用量在 0.8% 左右較好。 單純依靠選用高固低粘的樹脂提高施工固體分畢竟有限，因為目前高固體分丙烯酸樹脂的固含量一般不超過 70% 。為進一步提高高裝飾性丙烯酸聚氨酯汽車面漆的固含量，我們在不影響涂膜光澤的前提下拼入一種特殊的功能性填料——空心玻璃微珠，由于其低的吸油量而對涂膜光澤影響很小，同時由于流動性好而對流平性影響也很小。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，其對調整涂料粘度，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，我們取 100 g 樹脂加入 50 g 溶劑，其粘度變化如表 9 所示。 表 9 不同溶劑對粘度的影響
從表 9 可以看出：不同溶劑對樹脂粘度影響很大。酮類降粘速度最快，其次是酯類。當然如果采用單一溶劑，由于揮發不平衡，易出現桔皮、流掛等缺陷，我們經過反復實驗，采用以酮、酯類溶劑為主的混合溶劑，效果很好。 3 結語 通過對樹脂、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：具有優異的豐滿度，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干性的要求。 |
