汽车内饰件PC基材用单涂高光黑PU涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 0 前言聚碳酸酯(PC)无色透明、耐热、抗冲击、阻燃，在普通使用温度内拥有良好的机械性能，且具有耐冲击性能好、折射率高、加工性能好的优点。目前，以PC为基材共混合金类复合材料广泛应用于汽车内饰件中，其中，以PC/ABS复合材料用量为最大。PC与ABS共混物综合了PC和ABS的优良性能，一方面可以提高材料的耐热性、抗冲击和拉伸强度，同时可以降低PC成本和熔体黏度，改善加工性能，减少制品内应力和冷热冲击对制品厚度的敏感性。因PC批次之间存在的差异易引发附着力变差，传统的做法是喷涂底漆和面漆两层涂料，由底漆提供附着力，面漆提供机械性能和耐介质性能。将两涂层缩减为单涂层需要将底漆的附着力和面漆的优异性能结合在一起，且喷涂过程中一般并不处理素材表面。单涂层高光涂料要求涂膜具备高光泽高丰满度、耐介质性能同时保持对素材稳定附着力，存在很大的难度。为保证涂膜的PC上的附着力，均须选择低羟丙烯酸树脂或热塑性丙烯酸树脂，该种树脂的缺点在于丰满度和耐介质性差，这是由涂膜本身的交联密度决定的。如何保证在PC上有稳定而广泛的附着力的前提下，同时提供优异的外观，一直是业内的难题。本研究通过筛选不同的羟基树脂，搭配使用功能树脂，配合适当的助剂和溶剂，成功研制了可广泛用于多种PC素材，性能优异，且具有重涂性的单涂高光黑色涂料。1 试验部分11 主要原料聚酯树脂：工业级，大昌树脂；功能树脂：自制；TIN-22：工业级，Deuchem；醋酸丁酸纤维素：工业级，伊士曼；甲基异丁基酮：工业级，丁酮：工业级，醋酸丁酯：工业级，江门谦信；助剂：BYK；L75、N3390、Z4470：工业级，Bayer；自制黑色浆；巯基化合物：KING。12 涂料配方PC素材用单涂高光黑涂料的基本配方见表1。13 样板的制备按表1配方配制涂料，在PC素材用白电油擦拭干净后使用w-71进行喷涂，室温静置7～10 min后，于80℃下烘烤8 h，然后于室温下放置24 h后测试性能。干膜厚度为20～25 m。2 性能测试用于PC素材的单涂高光黑涂料的性能测试结果见表2。从表2可知所研制的涂料具有柔韧性好、附着力稳定、耐高低温冲击优异和耐化学品性优异等特点。3 结果与讨论31 主体树脂的选择与影响树脂的性能对涂膜的性能起着关键的作用。用于该种涂料的常规树脂包括聚酯树脂和羟基丙烯酸树脂。针对PC素材的稳定附着力一般常采用的是低羟基丙烯酸树脂和热塑性丙烯酸树脂，而针对高耐介质性，高光面漆的树脂多采用聚酯树脂和羟基丙烯酸树脂。低羟基丙烯酸和热塑性丙烯酸具有极低的交联密度，在加热固化时，涂膜不会因素材的热胀冷缩而撕裂或掉落，但此类树脂多具有耐介质性差的缺点。中高羟基丙烯酸树脂和聚酯树脂具有高光高丰满度的优点，其中聚酯树脂的丰满度更为优异，且涂膜的柔韧性明显优于丙烯酸树脂。中高羟丙烯酸树脂则是具有优异的硬度和外观，但涂膜应力太大。但两者均无法在PC素材上有稳定的附着力，这是因为中高羟树脂交联的涂膜更加致密，整体刚性偏强，固化时涂膜无法顺应素材的延展，最终引起涂膜的剥落，即掉漆。本文所涉及的高光黑PU涂料主要用于各种PC素材上，因高光黑对外观要求均非常高，需要通过TL226中的耐护手霜测试和耐防晒霜测试，故所选用的树脂首先应具备优异的耐介质性和外观。试验选用了3种类型的树脂，其性能比较如表3所示。由表3可知，高羟基聚酯树脂的丰满度最优，且本身具有极好的柔韧性，在塑胶底材上有一定的附着力，能实现自身重涂，但干速较慢。高羟丙烯酸树脂，干速和硬度更为优异，但该树脂在PC素材上无附着力且无重涂性。两者均具有优异的外观和耐化学品性，但由于后者不能重涂，故在本研究中无法使用。32 功能树脂对涂膜性能的影响自制的功能树脂，在结构上有较多的柔性链段。PC素材与涂膜在长时间受热情况下，由于收缩伸长率的不同，以及涂膜交联密度进一步提高，PC素材内应力释放，涂膜受内聚力影响，以上因素的综合作用，使得涂膜与PC素材之间的附着力降低。功能树脂的加入，缓解涂膜受热时产生的内应力变化，协调与PC素材的收缩伸长率，提高了涂料的耐热性能，对应的检测标准为表2中的TL 226-3101高温热老化性能：将样板放置于90 ℃烘箱中保持240 h，后加测百格和耐刮擦。由图1可知，当功能树脂的加量占总配方量超过20%时，涂膜表现出优异的耐热老化性能。33 固化剂对涂膜性能的影响耐化妆品性是TL 226标准中非常有代表性的性能测试。该性能要求涂膜应具有非常优异的耐化学品性，初期拟定了2种可能的方案：高交联密度和高溶剂释放能力。高交联密度的涂膜可以有效防止化妆品中小分子物质的入侵，防止化妆品对涂膜的损坏；高溶剂释放即允许化妆品中的小分子进入涂膜，但能同时以更快的速度或者相仿的速度将小分子排放出去，以减少化妆品对涂膜的影响。本文沿用了第一条路线，使用高羟基聚酯树脂保证涂膜的柔韧性。涂膜的交联密度除与树脂相关外，固化剂的用量及种类也有明显的影响。本项目探讨了不同种类的固化剂对涂膜耐化妆品性的影响，如表4所示。由表4可知：L-75用量越多，涂膜越致密，耐化妆品性越好，同时，由于L-75的干燥速度明显优于N3390和Z4470，L-75为TDI类型的芳香族聚异氰酸酯，含有大量的苯环，在光老化试验后会出现较大的色差变化。N3390和Z4470分别为HDI和IPDI三聚体，虽然所得涂膜的致密度和干燥速度不如L-75，但在耐候性测试方面确有明显的优势。故最终选择了L-75/N3390做固化剂，其配比可按具体要求进行调整：L-75用量越多，耐候性越差，干燥速度越快，耐化妆品性越好；L-75用量越少，耐候性越好，干燥速度越慢，耐化妆品性越差。34 催干体系对涂膜性能的影响催干剂可加速NCO与OH的反应。本文尝试了一种巯基化合物，该化合物本身能交联入涂膜体系，本身具有一定的分子量，加入体系后可以提高体系的干速，并增加涂膜的交联密度。使用巯基化合物的同时，在体系中加入叔胺类化合物，起到协同催化作用；同时由于在与NCO基团的反应性方面巯基比羟基更快，无疑提高了涂料体系的干速。4 应用这种PC用的单涂高光黑PU涂料针对多种不同的PC、PC/ABS材质均有稳定而广泛的附着力，并且可实现完全固化后因返修需要的自身重涂，且不需打磨。能满足市场对光泽、丰满度、流平、遮盖力、耐化妆品性及多种环测的要求，可广泛用作汽车内饰的单涂高光黑PU涂料。在实际应用中，已成功推广到多家涂装厂家，作为PC、PC/ABS素材的高光面漆以及延伸作为镭雕用亚光白色底漆。5 结语该项目难点在于对不同PC素材的广适性和优异的丰满度以及优秀的耐化妆品性三者的平衡。本项目通过选择高羟聚酯树脂和功能树脂拼用有效地达到目标，其中高羟基聚酯树脂与固化剂交联提供了涂膜优异的丰满度和耐化妆品性，功能树脂提供了涂膜的耐热稳定性。