中高档车辆用水性汽车涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 0 引言随着国家对环保的重视和相关环保政策的不断出台，用环保的水性涂料替代溶剂型涂料已势在必行。为了减少和避免有机溶剂释放的 VOC 产生的严重污染，水性涂料得到了广泛的应用。随着生活水平的提高，人们对汽车涂装的要求也越来越高，甚至对卡车、摩托车的涂装也有了新的要求，已逐渐向环保型、高性能、高 光泽、颜色多样化的方向发展。水性汽车涂料涂膜坚 硬、光亮，色泽鲜艳，具有良好的环保性、柔韧性、抗冲 击性、耐候性、耐热烘烤性、保光性、耐化学品性、快干、附着力好、高亮度等特点，且施工简单、环保性强、价格便宜，是近年的发展趋势。1 试验部分11 原材料新戊二醇、丙二醇、己二酸、壬二酸、三羟甲基丙烷、间苯二甲酸、1，4-环己烷二甲醇、酯化催化剂、去离子水、乙二醇单丁醚、丁醇、DMAE 高效胺中和剂、湿润分散剂、Glide-425 水性流平剂、62 水性聚酯树脂（自制）、427 水性氨基树脂（自制）、助溶剂、钛白粉、BYK-028 消泡剂、杀菌剂等。12 62 水性聚酯树脂的制备首先按一定比例将新戊二醇、丙二醇、己二酸、壬二酸、三羟甲基丙烷、间苯二甲酸、1，4-环己烷二甲醇、酯化催化剂等投入带有温度计、搅拌器和冷凝器装置的反应釜中，缓慢升温至物料融化，开启搅拌，在一定温度下反应至酸值为 50 ~ 70 mgKOH/g，降温至80 ℃以下，加入配方量的 427 水性氨基树脂，在 80 ~90 ℃保持 40 ～ 60 min，然后降温至 60 ℃以下，分别加入乙二醇单丁醚、丁醇，再降温至 50 ℃以下，用 DMAE胺中和剂调整 pH 至合格，充分搅拌后，用去离子水稀释至规定黏度范围内，过滤包装，备用。13 62 水性树脂的性能指标62 水性树脂的性能指标见表 1。14 中高档车辆用水性汽车涂料的制备141 中高档车辆用水性汽车涂料配方中高档车辆用水性汽车涂料配方见表 2。142 制漆工艺将 62 水性聚酯树脂加入带有搅拌装置的罐中，用DMAE 中和剂调整 pH 至合格，加入部分润湿分散剂，搅拌均匀后加入钛白粉，上砂磨机进行分散，细度达到10 m 以下停止分散，在匀速搅拌下分别加入消泡剂、流平剂及部分湿润剂、杀菌剂、促进剂、丁醇、乙二醇单丁醚等，搅拌 8 ~ 13 min，用去离子水调整黏度至合格，过滤包装，备用。143 涂膜性能指标制备涂膜，在 180 ℃下烘烤 10 min 后按相关标准进行检测，结果见表 3。2 结果与讨论21 水性树脂与水性氨基树脂的选择水性聚酯分为线型和支链型 2 种，通常线型水性聚酯在与水性氨基树脂交联固化时形成线型结构，制成的涂膜柔韧性及附着力好，但硬度比支链型聚酯固化形成的涂膜低。由于汽车涂料要求水性聚酯除了在特定温度下与水性氨基树脂在一定的时间内交联，还要求涂膜有一定的加工成型性，即有一定的弹性，所以一般选用相对分子质量在 3 000 ~ 7 000 的线性树脂，该水性聚酯树脂与水性氨基树脂固化后其涂膜拥有高柔韧性，对金属底材有良好的附着力，烘烤稳定性、耐化学品性、耐候性好，光泽高，所以特研制出 62 水性聚酯树脂和 427 水性氨基树脂，与国内外同类树脂相比，这 2 种树脂均已达到国际同类产品的性能，而且价格较低，是研究开发水性聚酯涂料的首选树脂。22 流平剂和湿润剂的选择由于水性涂料用流平剂多数是以聚醚改性聚硅氧烷、聚醚或其他亲水基改性的氟碳化合物为主，以降低表面张力来控制表面状态。降低表面张力就等于减小了涂膜自身收缩的能力，对涂膜的流平是不利的，但其能使表面张力趋于平衡，达到防止缩孔、波纹及贝纳尔涡流的作用。但机械产生的痕迹（刷痕、滚痕、印刷压痕等） 最好不要用这类流平剂，因为这些痕迹呈沟谷状，只有高表面张力才能使其收缩平整，使用降低表面张力的流平剂是不利的，最好改用不降低表面张力的流平剂或基材湿润剂。考虑到以上这些因素，通过试验对比及筛选, 最终选用了 Glide-425 水性流平剂和Wet260 湿润剂。Wet260 湿润剂在调漆后加入，一般添加量为 01％ ～ 10％，当含有占配方总量 3％ ～ 7％的助溶剂时，可获得最佳湿润的效果，且在 pH 为 4 ～ 10的体系中具有优良的贮存稳定性。23 促进剂的选择通过对各种促进剂的筛选对比试验，发现甲基醚化的三聚氰胺树脂最好用封闭型的磺酸盐烘漆固化促进剂，可以降低烘漆温度，缩短烘烤时间，节约成本，提高经济效益。所选用的 WX 促进剂在常温贮存时优于其他的封闭型对甲苯磺酸，稳定性更好，过烘烤也不易变黄。24 消泡剂的选择聚硅氧烷类消泡剂具有消泡迅速、抑泡时间长和安全无毒等特点，但它难溶于水，耐高温、耐强碱性差；聚醚类消泡剂水溶性好，耐高温、耐强碱性强，但其消泡速度和抑泡时间都不甚理想。硅醚共聚物是通过缩合技术在聚硅氧烷链上引入聚醚链，使之具有两类消泡剂的优点。在硅醚共聚物的分子中，硅氧烷段是亲油基，聚醚段是亲水基，聚醚链段中聚环氧乙烷链节能提供亲水性和起泡性，聚环氧丙烷链节能提供疏水性和渗透力，对降低表面张力有较强的作用。聚醚端基的基团对硅醚共聚物的性能也有很强的影响。只有选择这样的消泡剂，才能更有效地起到消泡作用。水性消泡剂要有较低的表面张力，易溶于发泡介质中，还要容易按一定的粒度大小均匀地分散于泡沫介质之间，能产生持续、均衡的消泡能力。在消泡剂的选择上一直没有明确标准，所以在大量试验过程中总结出选择水性消泡剂时必须遵循以下 6 个原则：1）具有用量小、节约成本的优势；2）具有能与泡沫表面接触的亲和力；3）具有能在泡沫上扩散和进入泡沫并取代泡膜壁的性能；4）具有在泡沫介质中分散的适宜颗粒作为消泡剂核心；5）具有消泡快、抑泡久的能力；6）采用热力学稳定、化学分解惰性等原则来对消泡剂进行选择和确定。通过对鑫海达、德谦、海安、BYK 等多家公司的产品进行试验筛选，最终选择了 BYK-028 消泡剂。3 结语中高档车辆用水性汽车涂料的研制，首先要注重对原材料的筛选，水性树脂及氨基树脂的筛选尤为重要。对树脂的酸值、氨基的加量、促进剂的品种、pH 范围、成品漆黏度等指标进行控制，就一定能制造出既环保又节能的高性能水性涂料。随着我国汽车行业的迅速发展，水性涂料在中国涂料产品市场发展潜力巨大，存在着很大的开发空间，只有通过技术创新才能使产品在行业中保持领先地位，既增强企业的竞争能力，又增加企业的经济效益。随着中国经济持续快速的增长，基础设施的大量建设，人们环保意识的逐渐增强，涂料必将走向健康环保、水性化的道路。