高光泽醇酸氨基汽车面漆的研制

第 47卷第 3期 2009年 3月 上海涂料 SHANGHAI C0ATINGS Vo1．47No．3 Mar．2009 $探索研究 ；；、 高光泽醇酸氨基汽车面漆的研制 沈球旺 刘 忠 周荣华 (深圳市天健涂料科技开发有限公司 518122) 0 前言 现今，汽车涂料已是代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 一个国家或地区涂料工 业发展水平的典型产品。汽车面漆是汽车涂料中的典 型品种，它主要有热塑性丙烯酸漆 、非水分散型丙烯 酸漆、醇酸氨基烘漆、聚酯氨基烘漆、热固型丙烯酸 烘漆和聚氨酯面漆等几种。其中，醇酸氨基烘漆的漆 膜丰满、光亮，附着力强，耐候性较好，装饰性佳，广 泛应用于货车车身的表面涂装，也适用于各种金属制 品的表面涂饰。 本文采用醇酸树脂和三聚氰胺甲醛树脂等制备高 光泽醇酸氨基汽车面漆，并对影响涂料性能的几个主 要因素，如醇酸树脂、氨基树脂 、防沉剂、流平剂和 有机溶剂等的选择进行了讨论，结果制得综合性能良 好、施工方便的汽车面漆。 1 实验部分 1．1 原料与仪器设备 原料 ：合成脂肪酸醇酸树脂，固含量(80±2)％、 椰子油醇酸树脂，固含量(60±2)％、Solvesso 100、二 甲苯、异丁醇、消泡剂，国产；甲醚化三聚氰胺甲醛 树脂，固含量(80±2)％、丁醚化三聚氰胺甲醛树脂， 固含量(75±2)％、钛白粉R一706，美国；高分子分散 [收稿 日期]2009—02—11 【作者简介】沈球旺，男，2003年6月毕业于北京化工大学理 学院应用化学系，获理学学士学位，之后进入深圳市天健涂 料科技开发有限公司工作至今，现担任技术开发工程师，主 要从事工业漆和汽车漆的研究开发。 剂，荷兰；聚酰胺蜡防沉剂，日本；流平剂 1、流平剂 2，德国；酞菁蓝色浆、炭黑色浆、铁黄色浆、稀释剂， 自制。 仪器设备：VFS一230高速分散机、SK一2立式砂 磨机 、303A一2电热鼓风干燥箱、DL一302A型调温调湿 箱、涂一4杯、刮板细度计，国产；Quv老化仪，美国。 1．2 钛白色浆和聚酰胺蜡母液的制备 1．2．1钛白色浆的制备 实验中所用的主要色浆是钛白色浆，其参考配方 见表 l。 表1钛白色浆的参考配方 誓I碡 称ll 臻 l霞强愉数 冬 弥 |_詹璧 数}％ 合成脂肪酸醇酸树脂 32 钛白粉 R一706 50 高分子分散剂 1．2 Solvesso loo 8 聚酰胺蜡防沉剂 2 异丁醇 6．8 生产工艺：先把高分子分散剂均匀溶解在溶剂 中，再加入钛白粉分散均匀，最后加人醇酸树脂和聚 酰胺蜡高速搅拌均匀，静置24 h后上砂磨机研磨，要 求细度≤10 gm。 1．2．2 聚酰胺蜡母液的制备 汽车面漆配方中用的防沉剂是聚酰胺蜡，它用2种 方式加入：一是与钛白粉一起研磨的方式，即研磨法； 一 是与成膜树脂一起分散搅匀的方式，也就是母液法。 聚酰胺蜡母液制备的参考配方及生产工艺见表2。 表2 聚酰胺蜡母液制备的参考配方及生产工艺 2 海涂料 第47卷 1．3 汽车面漆的制备 实验中制备的是米白色醇酸氨基汽车面漆，其参 考配方见表3。 表3 汽车面漆的参考配方 赢 l | | | | ≮ 椰子油醇酸树脂 24 流平剂 l 0．4 合成脂肪酸醇酸树脂 8 流平剂2(稀释成10％含量 ) 1 丁醚化j三聚氰胺甲醛树脂 9 消泡剂 0．5 甲醚化三聚氰胺甲醛树脂 8 酞菁蓝色浆 微量 钛白色浆 45 炭黑色浆 微量 聚酰胺蜡母液 4 铁黄色浆 微量 生产工艺：按配方量依次加入各种树脂、助剂及 聚酰胺蜡母液和大部分的钛白色浆，搅拌均匀，再用 剩余的钛白色浆和几个微量色浆调配颜色至符合色板 要求，过滤、包装。 1．4 性能测试 将以上制备的汽车面漆用稀释剂稀释到粘度 18～22 S[涂一4杯，(25±1) ]，用空气喷枪喷涂于底 材上，底材为已涂布阴极电泳漆并用1 200目砂纸打 磨好的普通冷轧钢板(厚度0．8～1．5 mm)，流平 10 min 后放人烘箱烘烤(140~C，20 rain)，取出，静置冷却后 测试性能，结果见表4。 表4 汽车面漆的性能测试结果 里：旦一一一一兰．． ．．一 原漆状况(在无搅拌下观察 ) 原漆粘度[涂一4杯，(25±I)0[：]／s 原漆固体分(105~C，3 h)／％ 细度／I．tm 遮盖力(黑自格 )／¨m 干膜外观 干膜厚度／um 20。光泽／％ 6O。光泽／％ 铅笔硬度 杯突／mm 划格附着力／级 柔韧性／ram 过烘烤(160 ，30min) 不打磨重涂性 --：．．2． ．．：一一 主 一一 一一 垫一 塑i 一一-．．一竺 无异昧 、无分层 、允许少量沉淀、易搅匀 8O～100 ≥ 60 ≤ l0 ≤ 40 光亮丰满，目测与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 色板无肉眼可察觉色差 40—50 ≥ 87 ≥ 95 ’| g 链 绻采； i H，-尢擦伤 ≥ 5 0 ≤ 1 不允许肉眼可见颜色变化，光泽允许减少≤5％ 不允许肉眼可见颜色变化，外观无异常，附着力无变化，光泽允许减少 ≤ 5％ 耐酸性(2O℃，0．05 mol／L H2SO 溶液，24 h)外观无变化，附着力允许下降 1级 耐碱性(55 ，0．1 mol／L NaOH溶液，4 h) 外观无变化，附着力允许下降 1级 耐汽油性(93#汽油，24 h) 外观无变化，附着力允许下降 l级 耐机油性(HQ一10#机油，48 h) 外观无变化，附着力允许下降 l级 耐水性[(60±2) ，48 h] 不允许漆膜有起泡 、失光 、起皱，附着力允许下降 1级 耐湿热性[(40±1)℃，150h] 不允许漆膜有起泡、失光、起皱，附着力允许下降 1级 耐紫外老化(500 h) 贮存稳定性[(23±2)℃，6个月 ] 不允许漆膜有起泡、斑点、开裂 、粉化等，抛光后(漆膜最大失去 1 p．m) 光泽允许减少≤5％，附着力允许下降1级，无肉眼可察觉色差 原漆粘度变化≤30％，不结块 ，无异味，允许少量沉淀，易搅匀 目测 GB／T 1723—_93 GB／T 675l～ 86 GB，I’l724_一89 GB厂r 1726_一79 目测 GB厂I'1764—_79 GB／T 9754—一88 GB，r 9754_一88 GB／T 673争—_96 CB厂I’9753— 88 CB厂I’9286—一98 GB厂I'173l—I93 按客户要求 按客户要求 符合 GB,'T1763—79 符合 GB／T l763～79 符合 GB／T1734—93 符合 按客户要求 符合 GB／T 5209—85 符合 GB／T 174O一79 符合 QUV老化仪 符合 GB／T 6753．3—86 2 结果与讨论 2．1成膜树脂和交联剂氨基树脂的选择 2．1．1 成膜树脂的选择 汽车面漆要求漆膜光亮丰满，有较好的机械性能 和耐候性，因此选用国产的合成脂肪酸醇酸树脂与椰 子油醇酸树脂相配合，前者光泽高、丰满度好，与其 它树脂、颜料相容性好，润湿性强，缺点是硬度较低、 盯 m 弛 H o 。 第3期 沈球旺，等：高光泽醇酸氨基汽车面漆的研制 3 耐候性欠佳；而后者光泽、丰满度不如前者，但是耐 候性良好、硬度高。二者配合使用，取长补短，可制得 性能良好的汽车面漆。实验表明：当合成脂肪酸醇酸 树脂与椰子油醇酸树脂的质量 比为(0．8 1)：1时， 汽车面漆综合性能最佳。 在本实验配方中，合成脂肪酸醇酸树脂含量为 22．4％；椰子油醇酸树脂含量为26．2％；二者比例约 0．85：1；二者的固含比例为 1．14：l。 2．1．2 交联剂氨基树脂的选择 三聚氰胺甲醛树脂是氨基烘漆中应用最广泛的 交联剂 ，按醚化剂不同，可分为丁醚化、甲醚化、混 合醚化 3种，多用于外用漆、面漆和罩光清漆中。本 实验中选用美国进 口的甲醚化和丁醚化三聚氰胺甲 醛树脂，前者属于高固含高亚氨基甲醚化三聚氰胺甲 醛树脂，能快速固化，不需要强酸催化剂，固化后漆 膜硬度高、光泽高，缺点是漆膜较脆，杯突、柔韧性 欠佳；后者相对分子质量低，中等反应活性，相容性 好 ，含有非有机硅流动助剂，固化后漆膜杯突和柔韧 性佳。二者配合使用 ，取长补短，可制得性能 良好的 汽车面漆。实验表明：当甲醚化和丁醚化三聚氰胺甲 醛树脂的质量比为(O．8 1)：1时，汽车面漆综合性能 最佳。 在本实验配方中，二者比例为0．89：1；二者的 固含比例为0．95：l。 2．2 醇酸树脂／氨基树脂配比 醇酸树脂所含的官能基为羟基和羧基，它们作为 成膜树脂与氨基树脂配合时，通过羧基的催化作用， 使其官能基与氨基树脂进行共缩聚反应，形成坚韧的 三维结构涂层。醇酸树脂用量增大时，漆膜的光泽、 附着力、杯突和柔韧性好，但会降低漆膜的抗性和硬 度；而交联剂氨基树脂的用量增大时，则漆膜硬度提 高，抗性变好 ，但是光泽、附着力、杯突和柔韧性变差。 改变醇酸树脂／氨基树脂的配比，考察其对漆膜性能 的影响，结果见表5。 表5 醇酸树脂／氨基树脂配比对漆膜性能的影响 || 一 ||l _ | | _ 。j l I s3 一薯 鏊： —| |驾 | 毫 》||| 2O。光泽／％ 60。光泽／％ 杯突／ram 铅笔硬度 附着力／级 柔韧性／ram 耐水性[(60±2)℃，48 h)] 耐紫外老化(500 h) 90．2 98．7 6．2 F 0 89．8 98．2 5．9 F～H O 89．5 97．7 5．7 H 0 1 89 97．3 5-3 H O 1 88．7 96-8 4．9 H～2H 1 1 g8．4 96．2 4．6 2H 1 2 轻微起泡 轻微起泡 无明显变化 无明显变化 无明显变化 无明显变化 抛光后轻微变色 抛光后轻微变色 抛光后无明显变化 抛光后无明显变化 抛光后无明显变化 抛光后无明显变化 从表5可以看出：当醇酸树脂与氨基树脂的配比 为49：16～47：18，即(3．0～2．6)：1时，漆膜各项性能 达到最佳，满足技术指标的要求。 在本实验配方中，醇酸树脂 ／氨基树脂配 比为 2．g6；二者的同含比例(即氨基比)为2．56。 2．3 防沉剂的影响 汽车面漆中需加人防沉剂，以达到良好的贮存稳 定性、不易沉淀，又可以保持施工条件下漆膜流平性 和防流挂性的平衡，以提高涂料的施工效果。本实验 中使用聚酰胺蜡防沉剂，它具有防沉性、防流挂性佳、 通用性广等优点。聚酰胺蜡防沉剂传统的添加方法是 母液法，该法操作简便，聚酰胺蜡在成膜树脂中也容 易分散，但在高光泽汽车面漆中，经常会造成面漆光 泽大幅下降；采用研磨法添加，可以提高色浆的贮存 稳定性，对面漆光泽基本上无影响，缺点是会较大幅 度地降低色浆的研磨效率。 本实验同时采用母液法和研磨法添加聚酰胺蜡防 沉剂，经多次试验，当母液法添加量为O．6％、研磨法 添加量为0．9％时，可以制得对光泽影响较小，同时又 具有良好贮存稳定性和防流挂性的高光泽汽车面漆。 2．4 流平剂的影响 流平剂一般是通过与涂料体系的一种可控制的不 4 上海涂料 第47卷 相容性来降低涂料体系的表面张力，促使漆膜流平， 消除漆膜的表面缺陷。常用的流平剂有2种：丙烯酸 类流平剂和有机硅类流平剂。 本实验中采用德国进口的2种流平剂，流平剂 1 是丙烯酸类流平剂，它可以降低漆雾敏感性，适用于 高质量的工业色漆和清漆，与大多数成膜物混容性优 异，在清漆中不会引起混浊，在色漆中不会产生雾影； 流平剂2是有机硅类流平剂，它可增进表面滑爽，防 止贝纳德旋窝，改进流平和增加光泽，给予防粘连性 质，降低表面张力，并因而提供更好的底材润湿。它 们对汽车面漆性能的影响见表6。 表6 流平剂对汽车面漆性能的影响 从表6可以看出：单一的流平剂很难达到理想的 流平效果，当两种流平剂配合使用时，能起到协同增 效作用，达到较好的流平效果，同时漆膜的光泽也有 所提高。经多次试验，当流平剂 1添加量为0．4％，流 平剂2添加量为0．1％时，汽车面漆的流平效果最佳。 需要注意的是：流平剂2添加量很少，为了准确添加， 最好把它预先溶解在溶剂中，本实验中是将其预先溶 解在二甲苯中制成 10％的溶液后再添加。 2．5 有机溶剂的影响 汽车面漆用稀释剂由多种有机溶剂配制而成，有 机溶剂选择不当会引起漆膜的多项弊病，如稀释剂挥 发太快，造成漆膜流平性不好，甚至造成漆膜起泡、 发白等。通过调节稀释剂中各成分的配比，以控制其 挥发速率，可以改进涂料的流动性。同时，选用合适 的有机溶剂，也可以改进漆膜对底漆的润湿而增加漆 膜的附着力。因此，在选择有机溶剂时，必须平衡下 列各项要求：挥发速率合适 、流平性好、无缩孔、无 起泡等。汽车面漆属于氨基烘漆，适当多加些醇类溶 剂对贮存稳定性有利。 根据以上讨论，通过多次试验调配出用于汽车面 漆的稀释剂，其参考配方见表7。 表 7 汽车面漆用稀释剂参考配方 。豫 §褓 | 霞璧食数}％ || 辩 _鼍 ||誊≯薯露豫与 凝童％毫 二甲苯 l0 S-100高沸点溶剂 25 异丁醇 l0 S-150高沸点溶剂 3O 醋酸正丁酯 2O 二元酸酯(DBE) 5 3 结语 采用合成脂肪酸、椰子油醇酸树脂与甲醚化、丁 醚化三聚氰胺 甲醛树脂配合，制备高光泽醇酸氨基 汽车面漆，并对影响涂料性能的几个主要因素，如醇 酸树脂比例 、氨基树脂 比例、醇酸树脂与氨基树脂 比例、防沉剂 、流平剂和有机溶剂等的选择进行了讨 论 ，结果制得光泽高、丰满度好 、机械性能好、耐性 好和贮存性好的汽车面漆。该汽车面漆施工方便，装 饰性好，广泛应用于货车车身的表面涂装，可供汽车 生产厂家在线喷涂 ，也适合于各种金属制品的表面 涂饰。 参考文献 l 涂料工艺编委会．涂料工艺(上下册 )[M]．北京：化学工业出版社， 1997 2 郭淑静，张秀梅．国内外涂料助剂品种手册[M]．北京：化学工业出 版 社 ，1998 3 马庆麟．涂料工业手册[M]．北京：化学工业出版社，2001 4 中化化工标准化研究所，全国涂料和颜料标准化技术委员会，中国 标准出版社第二编辑室．化学-*-,_lk标准汇编：涂料与颜料(上下册) [M]．北京：中国标准出版社，2003 5 曾凡辉，姜其斌，陈宪宏，等．巴士客车用丙烯酸聚氨酯罩光清漆的 制备[J]．中国涂料，2006(12)：41—43 6 张小琴，樊君风，周小勇．高固体分低温超快干氨基烘干磁漆的制 备[J]．中国涂料，2007(4)：31—33 7 沈球 旺，周仁海．研磨法添加聚酰胺蜡防沉剂在高光汽车面漆中的 应用[J]．中国涂料，2008(3)：36—39 8 沈球旺，刘忠，周荣华，等 ．高性能聚酯氨基汽车中涂漆的制备[c]． 第8届水性车用涂料及修补漆技术研讨会暨第7届PU涂料技术研 讨会论文集，2008：28—30 9 沈球旺，崔岳崧，周荣华．低温快干醇酸氨基锤纹漆的制备和施工 工艺探讨[J]．上海涂料 ，2009(1)：13—15