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汽车无光军绿涂料的研制,阐述了汽车无光军绿涂料的配方组成及其制备方法,中国机械网,okmao.com
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汽车无光军绿涂料的研制,阐述了汽车无光军绿涂料的配方组成及其制备方法
2019年10月09日    阅读量:737    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

0 前 言

汽车涂料是指平时涂装在车辆上用来保护、装饰、伪装车辆的覆盖材料。我国地域辽阔,汽车必须适应国内不同的地理、气候、环境等条件的要求,如:南方、北方、高原、沙漠、海岛等不同的地理条件;车辆大都存放在露天,严寒、高低温度气候条件差异大,尤其在湿热地区的南方及沿海岛屿常年遭受日晒、风吹、雨淋、风沙、盐雾等化学腐蚀环境对涂层的侵袭;行驶条件恶劣易使车辆涂层脱落、钢板腐蚀等。


因此对汽车涂料提出了严格的要求中国机械网okmao.com。随着汽车技术的进步和发展,汽车涂层的重要性更加明显,而且对其性能要求也越来越严格。汽车涂料是工业涂料中技术含量和附加值都比较高的品种,它代表了一个国家涂料工业的技术水平。


全球涂料大公司的进驻给我国汽车涂料工业带来了生机和挑战。随着我国汽车涂料技术的发展,汽车涂料也得到了提高:由20世纪60年代的醇酸涂料发展到现在的丙烯酸聚氨酯、丙烯酸氨基等国际流行的先进汽车涂料;使用寿命也从2~3 a提高到10 a以上。修补用涂料由硝基涂料、醇酸涂料发展到现在的丙烯酸聚氨酯涂料。


本文研制出一种汽车用无光军绿涂料,该涂料具有优异的附着力、耐化学介质、耐盐雾、耐老化等性能,解决了低光泽和高防护性能的要求矛盾的问题。经过两次的实车试涂,经寒区和热区的检验,无褪色、粉化和明显失光的现象,满足了车辆涂装的需要。


1 试验部分

1.1 主要仪器、设备

四口烧瓶,三辊研磨分散机(SG-65型),高速搅拌分散机(FJ-400),色差仪(CR-10)。

1.2 羟基丙烯酸树脂的合成

1.2.1 单体配合比例(见表1)

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1.2.2 制备工艺

将溶剂加入带有搅拌器、回流冷凝器、温度计和滴液漏斗的四口烧瓶中,升温至80~120 ℃开始滴加单体和引发剂,2~5 h滴加完毕,再分二次补加引发剂保温1~2 h。当黏度达到(7±0.5) s[格氏管(25±1) ℃],转化率达96%以上时,停止反应降温,兑稀成固含量为50%±2%,过滤备用。


1.2.3 羟基丙烯酸树脂技术指标

产品外观:水白或微黄黏稠液体;

黏度:(2.5±0.5) s[格氏管(25±1) ℃];

固体含量:50%±2%;

GPC分子量:Mn=10 000~15 000。


1.3 色漆的制备

1.3.1 色漆的基本配方(见表2)

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1.3.2 色漆的制备工艺

按照表2色漆的基本配方(除固化剂外),将各种原料混合后,砂磨机研磨分散2~3道,细度达到20 μm以下后检测调整,合格后过滤包装。

1.3.3 色漆的技术指标

颜色外观:军绿色;

固体含量:≥60%;

细度:≤20 μm;

光泽:≤10%。



2 试验结果和讨论

2.1 软、硬单体配合比例对涂膜性能的影响

上述试验以苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯为硬单体,而以丙烯酸乙酯(丁酯)为软单体,表3结果表明:软/硬单体配比在近似相等的情况下,树脂的Tg值约在0℃,涂膜的弹性、冲击、附着力较好。随着硬单体用量的增加,Tg值也升高,弹性、冲击,附着力均下降,但硬度增加。一般来讲,苯乙烯用量在0~40%,甲基丙烯酸甲酯用量在0~30%,丙烯酸烷基酯作为软单体用量在20%~ 50%较合适。如果软单体超过50%时,树脂的Tg值低于0 ℃,涂膜干性差,硬度低。总之,在保证涂膜性能的前提下,要尽量减少(甲基)丙烯酸烷基酯的用量,以求降低成本,增加经济效益。

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注:硬度按照GB/T1730-93B法检测。下同。


2.2 官能单体对涂膜性能的影响

官能单体以(甲基)丙烯酸羟乙(丙)酯为代表,随着官能单体用量增加,羟值增大,每个分子上带有的羟基数相应增加,它对涂膜性能影响如表4所示。一般来讲,羟基含量在2.6%~ 3.2%为宜,低于2.6%时交联度低,硬度小,耐污染性差,耐油性和耐久性相应下降。如果羟基含量超过4.2%时,双组分聚氨酯涂料的活性期短,交联密度大,弹性和耐冲击性能下降。此外,在保证涂膜性能的情况下,要尽量选择低羟树脂,以求降低异氰酸酯的用量,达到降低成本增加效益的目的。这里还须指出另外一种带—COOH官能单体的(甲基)丙烯酸用量问题,虽然其用量较少,但对涂料性能有重要影响。(甲基)丙烯酸单体用量不宜超过2%,否则影响丙烯酸聚氨酯涂料的活性期,若超过2%,活性期仅30 min就成胶,失去了使用价值,而少量带羧基的官能单体可以降低树脂黏度,提高涂层对底材的附着力。

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注:*官能单体占总单体量的质量分数。

2.3 GPC分子量大小的影响

表5所示GPC分子量大小的试验结果表明,产品的分子量控制在10 000~15 000较合适。如果低于10 000时,树脂的分子量分布相对比较宽,即分散系数较大,转化率也相应较低,另一方面,分子量太低,涂膜的物理化学性能下降。相反,分子量太大,黏度增大,附着力下降,与固化剂的相容性差,活性期短,不便于施工应用。

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2.4 固化剂的选择及其用量的确定

该涂料要求具有优良的耐久性和装饰性,因此只能选择耐候性优良的脂肪族异氰酸酯及其三聚体作为固化剂。n(-NCO)/n(-OH)对涂膜性能的影响见表6。

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注:+:好, Δ:一般。

表6结果表明:n(-NCO)/n(-OH)可以在很大范围内改变,主要取决于对涂膜的性能要求和使用目的,综合考虑,确定n(-NCO)/n(-OH)=1.0~1.2较合适。如果低于1.0时,涂膜硬度低,耐化学性差,若大于1.5时,涂料的使用期短,干性差,物理机械性能下降。


2.5 颜料的选择及P/B比对涂膜性能的影响

由于汽车涂料是一种高耐久性和高装饰性产品,对汽车涂料用颜料有如下要求:

(1)耐候性好:经过长期的日光曝晒不产生褪色、变色和粉化现象。

(2)耐化学品性好:对酸、碱、汽油、水要稳定,耐盐雾,耐湿热。

(3)不渗色:通常,随着烘烤温度的升高,颜料的渗色趋势增加,用于汽车涂料的颜料必须满足在80~160 ℃下不产生渗色的要求。

颜填料及消光剂的加入量对涂料性能的影响见表7。

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从表7结果来看,随着P/B的增加,涂料的干燥时间缩短,而物理机械性能却没有明显下降,仅附着力略有下降,在P/B达0.6时即降到10%以下的无光效果了。



2.6 消光剂的选择及消光剂用量对光泽的影响

对传统涂料的消光研究表明:有效地消光或降低光泽依赖于涂层表面形成细微的粗糙表面,涂层要形成细微的粗糙表面必须具备两个条件:一是湿膜中存在大量的粒径适宜的消光剂颗粒;二是涂膜干燥过程中产生体积收缩。


如果其中有一个条件不能满足或不充分满足,那么消光将是困难的。微米级的多孔性二氧化硅因其易添加和分散而被广泛地用作消光剂。无光涂料,正因为要求无光,利用了二氧化硅的多孔性和涂膜的收缩性,所以在形成涂膜时,膜的表面不像亮光涂料那样是连续而致密的,这样带来的问题是涂膜的渗透性增加,从而使得涂膜的耐化学性能降低。


低光泽和防护性能这对矛盾是该涂料的技术关键和研究难点。配方中消光剂的用量太多,首先是成本问题,同时在技术上也会造成极大的麻烦。随着消光剂用量的增加,涂料的黏度也相应提高,甚至黏度高得无法施工。


此外,涂料中的无机物颗粒太多也会影响涂膜的物理机械性能和耐化学性,为了避免因消光剂用量太高而引起对涂料和涂膜性能的不良影响,应选用消光效率高的消光剂。一是选择孔隙率高的消光剂,二是选择可以接受的最粗粒径的消光剂,以便形成微细粗糙的表面结构。通常选择平均粒径粗至11 μm的高孔隙率(1.8~2.0 mL/g)的消光剂。从基料树脂方面考虑,选用哑光型的树脂也是降低消光剂用量的途径之一。光泽度与消光剂用量的关系见图1。由图1可以看出,随着消光剂用量的增加,涂膜的光泽几乎是直线下降,当消光剂用量达某一极限值后,光泽度的下降则非常缓慢。

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2.7 色差的控制

该涂料的另一个技术关键是涂膜的色差要小,产生色差的原因是多方面的:涂料本身或色板色差,底材不同形成的色差,涂膜厚度不同、喷涂、固化方式不同,干燥速度不同都是产生色差的因素,因此从涂料制造着手就要求有较小的色差范围,即ΔE≤1。面漆调色系统是一个立体的颜色体系,调色系统的设计以现代色度学理论的最新成就为依据,把感性化、视觉化的颜色以数字化的形式表现出来 ——色差仪的应用。

选取Lab坐标作为该涂料的色彩坐标。

参照:Δa:-绿 —— +红

Δb:-蓝 —— +黄

ΔL: 黑 —— +白

根据Δa、Δb、ΔL的数据偏向,来调整颜料的量,制成ΔE≤1的涂料。

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2.8 汽车无光军绿标准涂料的性能(见表8)


3 结 论

由羟基丙烯酸树脂为基料,配合以颜填料、消光剂、助剂等制备的汽车无光军绿涂料,经过两次的实车试涂,经寒区和热区的检验,无褪色、粉化和明显失光的现象,满足了车辆涂装的需要。该涂料不仅用于铝合金,也可用于其他有色金属,如推广应用到现有装备上,可将涂装周期延长一倍以上,降低维修成本,提高经济效益。



汽车无光军绿涂料的研制


□ 张世珍,孙春龙,李海燕,王 红,吴文格

(海洋化工研究院,山东青岛 266071)


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