返回顶部
返回首页
返回首页
汽车涂料用水性通用色浆的研制,通过在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团,制备了对颜料润湿性和树脂相容性良好的水性通用树脂,中国机械网,okmao.com
home 您现在的位置: 首页 >音响及用品>技术中心 > 详细信息
汽车涂料用水性通用色浆的研制,通过在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团,制备了对颜料润湿性和树脂相容性良好的水性通用树脂
2020年04月29日    阅读量:3681    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

0 引言

近年来,汽车工业的快速发展为汽车涂料创造了空前的发展契机。汽车涂料在涂料工业中占有极其重要的地位,仅次于建筑涂料,因此各国非常重视汽车涂料的研发,以适应汽车工业发展的需要。汽车涂料品种多、用量大、涂层性能要求高、涂装工艺特殊,已发展成为一种专用涂料中国机械网okmao.com


由于汽车涂料的技术含量高、附加值大,它往往代表着一个国家涂料工业的技术水平和发展状况。随着工业化的不断发展,汽车涂装过程中VOC(挥发性有机化合物)的大量排放造成的大气污染也引起了人们的高度重视。


传统的汽车涂料着色是将颜料直接添加到涂料中,或采用自制的颜料浆添加到涂料中,对涂料进行着色。这样存在一定的弊端:如颜色重现性不好,着色不均匀,颗粒较粗,污染严重,且涂膜的耐光性、耐候性差等。


随着汽车涂料市场竞争的激烈化,制备高档汽车涂料的呼声越来越高,因此汽车涂料用水性通用色浆应运而生。与传统的溶剂型色浆相比,水性色浆是一种新型环保产品,不含有毒溶剂、重金属元素,甲醛含量较低。据专业机构测算,以每周平均混合4 L 底色漆的车间为例,使用水性色浆每年可以减少115 kg 的VOC 排放,相当于100 多辆车1 年的尾气排放量。


本研究旨在开发出一种高性能汽车涂料用水性通用色浆,实现低VOC 排放,对涂料产业的发展具有深远的意义。

 

1 试验部分

1.1 主要原材料与仪器

原材料:脂肪族二异氰酸酯(ADI)、N- 甲基吡咯烷酮(NMP)、酒石酸(TA)、二羟甲基丙酸(DMPA),均为化学纯,市售品;润湿剂、消泡剂,分析纯,德国BYK ;三乙胺(TETN),分析纯,海明斯公司。

仪器:精密电子天平,BL-2000A,上海亚津电子科技有限公司;硬度计,BGD 509,广州标格达实验室仪器用品有限公司。

1.2 水性通用树脂的制备

1.2.1 含端羧基预聚体的制备

在氮气气氛下,将经120℃脱水的60 kg 二官能团聚酯或聚醚和40 kg 脂肪族二异氰酸酯加入反应釜中,逐渐升温至65℃,反应2.0 h,使体系中的—NCO含量达到理论值。

1.2.2 预聚体的扩链

称取5 kg 二羟甲基丙酸,在N- 甲基吡咯烷酮中充分溶解后加入0.2 kg 催化剂,升温至82℃左右反应3 h,继续加入5 kg 酒石酸,在70℃进行扩链反应1.5 h,加入丙酮等极性溶剂降黏,制得含端羧基高聚物溶液。

1.2.3 高聚物的中和及乳化

将所得的高聚物溶液降温到40℃左右,加入5 kg三乙胺中和剂,快速搅拌混合,中和反应30 min,然后在高速搅拌下缓慢加入100 kg 去离子水乳化25 min,制得水性聚氨酯分散体。

1.2.4 脱去溶剂

所得的水性聚氨酯分散体真空减压脱去丙酮,即得到稳定的阴离子水性聚酯聚氨酯通用树脂。水性通用树脂制备工艺流程图见图1。

水性通用树脂制备工艺流程图

汽车涂料用水性通用色浆的研制,通过在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团,制备了对颜料润湿性和树脂相容性良好的水性通用树脂 中国机械网,okmao.com

1.3 汽车涂料用水性通用色浆的制备

将水性通用树脂、去离子水,分散剂、消泡剂等助剂,水性助溶剂混合均匀后,加入水性颜料,分散均匀;进入砂磨机研磨至细度达到要求后,再于分散条件下加入助剂,分散均匀,即制得汽车涂料用水性通用色浆产品。制备工艺流程如图2 所示。

水性通用色浆制备工艺流程图

汽车涂料用水性通用色浆的研制,通过在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团,制备了对颜料润湿性和树脂相容性良好的水性通用树脂 中国机械网,okmao.com

1.4 性能测试

耐酸碱性:按GB/T 9274—1988 进行测定;黏度:按GB/T 1723—1993 进行测定;pH :按GB/T 9724—2007 进行测定;密度:按GB/T 6750—2007 进行测定。



2 结果与讨论

2.1 DMPA对水性通用树脂性能的影响

DMPA 作为体系的亲水扩链剂是影响成膜物性能的重要因素之一。实验表明:随着DMPA 用量的增加,为体系提供了更多的亲水基团,水性聚氨酯分子链的亲水性增强,平均粒子尺寸显著减小,在水中更易分散,分散体的外观由不透明的乳白色逐渐变成透明液体;


但粒子尺寸是影响体系黏度的主要因素,随着粒子尺寸的减小,粒子在运动时受到的阻力就越小,表现为体系的黏度呈下降趋势;DMPA 的用量越大,水性聚氨酯分子链上的亲水基团越多,极性基团含量增大,中和后生成的水性聚氨酯亲水性增强,在成膜过程中,亲水链段极性基团聚集形成的亲水区体积越大,水分子易被分子链上的亲水基团吸附,从而导致吸水率增大,耐水性降低。当DMPA 用量在3.0%~6.0% 时,粒子尺寸的变化虽有明显不同,但在贮存稳定性方面,均未发生凝聚或分层现象,完全满足使用性能要求。


2.2 水性通用树脂及颜料的影响

实用的高性能通用树脂首先要求它具有尽可能好的相容性。为了解决这类树脂与汽车涂料系统中常用树脂的相容性,在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团,赋予树脂对极性类树脂的相容性,以及提高它对各类颜料粒子表面的亲和性,并且能够使体系具有足够的亲水性而在水中形成稳定的分散体,从而尽可能降低通用色浆用树脂对漆膜性能的影响。色浆的主要原料是颜料,而颜料的种类直接影响色浆的颜色和性能。


通常为了保证色浆的贮存稳性,需要有较高的低剪切黏度;为了保证使用方便,搅拌时应具有良好的流动性,即具有较低的中剪切黏度,因此,色浆应具有良好的触变性。随着颜料用量增加,色浆黏度随之增加,触变性变大,在一定程度上有助于贮存稳定性的提高,但颜料用量越大,分层沉淀的可能性越大,因此需添加具有防沉效果的功能性助剂,改善其贮存稳定性。试验表明,功能性助剂用量为0.4%~0.8% 时,色浆的综合性能较好。


2.3 助剂的影响

由于水的表面张力较高,在水性涂料中需添加适当的润湿剂,以降低体系的表面张力,增强其对基材的润湿性和渗透性,提高流平性和附着力。但随着润湿剂用量增加,会使涂膜吸水率增大,水敏感性增强。


实验表明,润湿剂最佳用量约为0.3%。在配制色浆过程中,需要加入大量的颜料,使用高速分散机或砂磨机等设备进行充分地机械分散。然而,颜料颗粒在体系内处于高度分散状态,其表面能相当大,颗粒在热运动作用下,相互不断碰撞,必定趋于相互结合,以减小体系的表面能,因而导致颜料絮凝、结块。加入颜料分散剂,使其表面具有一定的排斥电势,克服颜料本身存在的相互吸引力,保持体系长期稳定。


分散剂用量过大,电荷斥力作用受到过剩电荷影响而降低,大分子链段之间会产生絮凝,也会造成颗粒返粗,引起体系贮存稳定性下降。试验表明:分散剂用量在0.4%~0.7% 为宜。


在水性涂料中加入助剂,导致涂料更易产生泡沫,不仅会造成操作困难,而且在施工中会造成漆膜缺陷,使其耐水性和耐候性变差,所以消泡剂的选择至关重要。良好的消泡剂应同时具有抑泡和消泡作用,且长效消泡。但是在涂料长期贮存后,消泡剂会吸附少量的润湿剂,提高自身在涂料中的分散性、相容性,从而降低或失去消泡的能力。因此应选择具有长期高效的消泡性且不会产生漆膜缺陷的消泡剂,试验表明,消泡剂最佳用量为0.4%。


2.4 性能指标

通过对各种原材料及助剂的选择性研究,选取定量水性通用树脂,依次加入去离子水、润湿分散剂、消泡剂、颜料等进行均匀分散后研磨,再于分散条件下加入功能助剂,制得汽车涂料用水性通用色浆,其性能指标见表1。

汽车涂料用水性通用色浆的性能指标

汽车涂料用水性通用色浆的研制,通过在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团,制备了对颜料润湿性和树脂相容性良好的水性通用树脂 中国机械网,okmao.com

3 结语

通过在脂肪族聚氨酯链上引入阴离子基团,使其具有足够的亲水性和贮存稳定性,制备成水性通用树脂,其对颜料润湿性和树脂相容性良好,进而通过对水性助剂和颜料的选择性研究,开发出一种高性能汽车涂料用水性通用色浆,并确定了亲水扩链剂最佳用量为3.0%~6.0%。


功能性助剂用量为0.4%~0.8%,润湿剂用量为0.3%,分散剂用量为0.4%~0.7%,消泡剂用量为0.4%,实现了低VOC 排放、水性环保、安全无毒,给施工操作带来了极大的便利。随着涂料工业的发展和环保要求的不断提高,在未来的涂料水性化发展的道路上,该通用色浆必将对我国涂料工业的发展具有极大的推动作用。


汽车涂料用水性通用色浆的研制

郭逍遥,罗 晖,汤汉良,李树伟,刘 钦 ( 广州浩宇化工科技有限公司,广东广州 510540)


标签:行业资讯原料动态今日头条产品资讯机械商道机械应用市场评论技术中心汽车及配件涂料设备配件与设备 音响及用品涂料生产设备涂装及仪器设备
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国机械网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识