汽车用水性阻尼涂料的制备及性能研究

data-full-width-responsive="true"> 汽车用水性阻尼涂料的制备及性能研究蒋　巍＊，　佀庆波（吉林化工学院化工与材料工程学院，吉林吉林１３２０２２）随着国内汽车产销量和保有量的迅猛增加，汽车涂料的用量也呈现出不断上涨的趋势。同时随着汽车噪声环保控制法规的日益严格以及乘客对乘车舒适性要求的不断提高，汽车ＮＶＨ（振动噪声）性能已成为汽车企业角逐市场的焦点之一。为提升汽车ＮＶＨ特性，可利用粘弹性阻尼材料的减振降噪功能实现汽车舒适性的主动控制。据统计，人类的生活和生产活动向大气中排放的有机挥发物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ，即ＶＯＣ）占全球大气污染量的１５％，而涂料加工和生产释放出来ＶＯＣ 的量占其排放总量的２０％ ～２５％，仅次于汽车尾气的排放而位居ＶＯＣ污染量第二位。涂料中释放出来的ＶＯＣ，尤其是芳烃类、甲醛等对人体健康有严重影响。随着环保意识的增强，控制ＶＯＣ的排放越来越受到世人的重视，许多国家都制定了相应的控制标准，在以经济（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、效率（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）、生态（Ｅｃｏｌｏｇｙ）和能源（Ｅｎｅｒｇｙ）为发展涂料工业的４Ｅ原则下，全球涂料市场正朝着更适应环境要求的水性、高固体和无溶剂的涂料方向发展［４］。为了降低噪声危害，减少有机挥发物质的排放，促进环境友好型社会的建设，水性阻尼涂料就成了首选的汽车底漆。本研究采用多种乳液共混的方法实现拓宽阻尼温域，研制出适用温域宽、隔音减震、阻燃环保的高性能水性阻尼涂料，在交通运输领域具有较高的推广应用价值。１　实验部分１．１　主要原料本研究制备的阻尼涂料所学的粘结剂为多种聚合物共混，选用三种改性后的聚丙烯酸类、聚醋酸乙烯酯类乳液为主要粘结剂，其中乳液Ａ：Ｔｇ＝４５℃，北京东方亚科力化工科技有限公司；乳液Ｂ：Ｔｇ＝０℃，南通生达化工有限公司；乳液Ｃ：Ｔｇ＝－２０℃，北京东方石油化工有限公司有机化工厂；主要助剂有增稠剂，吉林省金辉物资有限公司；分散剂、干燥剂，南通海石化工助剂有限公司；填料，海城市金恒菱镁有限公司，吉林远通矿业有限公司。１．２　基本配方水性阻尼涂料的基本配方如表１所示。１．３　性能检测１．３．１　样板制备按ＧＢ／Ｔ　１７２７－９２《漆膜一般制备法》规定进行。采用刮涂的方法在钢板制备阻尼涂料的涂膜，干膜厚度为２．０ｍｍ０．２ｍｍ。样板在室温下放置１５～３０ｍｉｎ，然后再１００２℃条件下烘烤１ｈ，取出后在室温下再放置２４ｈ后进行试验。１．３．２　性能测试水性阻尼涂料的性能测试结果如表２所示。产品性能符合企业使用标准。２　结果与讨论２．１　胶乳阻尼性能的分析水性阻尼涂料粘结剂的选择通常选用胶乳，它应使涂料具有附着力强、干燥时间短，适应温度范围宽等特点，任何单一胶乳难以满足上述要求，因此必须采用多种有机胶乳和无机粘结剂共混。在选择多种聚合物共混时应考虑几组聚合物玻璃化温度间隔要大，有较好的化学相容性和稳定性，对材料有较大的附着力，原料充足，经济性好。阻尼材料的阻尼性能评价至今缺少统一标准，对复合材料的阻尼性能多数以复合损耗因数ｃ表示，复合损耗因数越大，阻尼温域越宽，则材料具有更好的阻尼性能。图１为单种乳液的ｃ－Ｔ 图，图２为按一定比例共混的复合胶乳的ｃ－Ｔ 图。考虑到涂料的附着力、粘度等使用性能，最终确定复合胶乳的配比为胶乳Ａ∶胶乳Ｂ∶胶乳Ｃ＝１∶２∶１。２．２　胶乳用量对涂料性能的影响胶乳总含量高对涂料的粘结力固然有利，涂料体系附着力、流动性等性能会提高，但胶乳含量过高会降低涂料的灰分值，影响涂料的使用价值。在配制涂料时应在满足附着力的条件下，适当降低胶乳含量，这样不仅可以提高灰分，也可以降低成本。胶乳含量对涂料性能的影响通过撕裂实验测试，采用单位面积划格法，脱落面积小于５％为附着力合格，附着力及涂料灰分的测试结果如表３所示。由表３的结果可知，胶乳含量大于４２％左右时，涂料的附着力（４级）符合要求，胶乳含量小于４５％左右时，灰分（４０％～５０％）符合要求，综合考虑，本研究选取胶乳含量４４％。２．３　填料的选择对涂料性能的影响在配制过程中各种填料加入量须选择适当的比例，充分发挥各组分的长处。涂料中固体填料含量要适当，１００质量份共混粘结剂，一般加入８２～１６５质量份固体填料，如果低于８２质量份，涂料干燥时间长，成本高；如果高于１６５质量份，涂料流动性能降低，附着力差，涂膜开裂。基于企业的应用标准，本研究采用填料量约为１０８份。各填料的作用如表４所示。２．４　辅助粘结剂对涂料性能的影响本研究选用无机辅助粘结剂，用量影响如表５所示。由表５可以得出：组成粘结剂的各部分物质的种类和使用的量对涂料的附着力、耐水性和施工性能有着至关重要的影响，只有合理的选择基料树脂和辅助增粘剂的种类和使用量才能制备出性能符合要求的水基阻尼涂料。最佳配比为：乳液Ａ∶乳液Ｂ∶乳液Ｃ＝１∶２∶１，辅助粘结剂用量为乳液用量的７％～８％。３　结论通过本课题的研究我们可以得出如下结论：（１）基料树脂含量的提高有助于提高附着力，但过高的胶乳含量会降低体系的灰分，涂料失去使用价值。基料树脂的含量４２％时，涂料体系的附着力满足划格试验的要求，即消失面积５％。基料树脂的含量４５％，涂料体系的灰分（４０％～５０％）基本满足要求。有的企业定的标准为灰分大于３５％，即可适当增加胶乳含量以提高涂料的附着力。（２）本研究所制备的水性阻尼涂料外观细腻光泽，主要技术指标合格，附着力等级为四级，灰分４１％～４２％，其他性能均符合企业标准。（３）本研究成果使用温域宽，阻尼性能优良，可广泛用于交通运输领域。