朱德勇，邱学科（拜耳材料科技（中国）有限公司，上海201206）
摘要：简要介绍了汽车修补漆和金属闪光底色漆 的发展历史和趋势，阐明水性聚氨酯分散体是如何 满足汽车修补漆的快速配色和高性能需求。主要讨论了以新型水性聚氨酯为主要成膜物质，选择适合 的水性铝粉颜料和各种助剂制各出一种具有良好热贮存稳定性、干湿膜颜色变化较小和具有优异性 能的水性金属闪光底色漆。结果表明，采用新型水性聚氨酯分散体的汽车修补底色漆，不仅具有优异 的物理性能和施工性能，同时能减少湿膜和干膜的颜色差异，提高调色效率，很好地传承溶剂型底色漆的调色经验，满足汽车修补漆行业的需求。
关键词：水性金属闪光漆；聚氨酯；汽车修补漆；水性铝粉；底色漆；调色性
0、引言
汽车修补涂料的历史可追溯到20世纪初，那是汽车 运输普及增长的年代。当时的汽车涂装采用基于天然树脂 的磁漆，1925年前后开始采用硝酸纤维素清漆。几年后， 研发出中油醇酸树脂涂料。1940年起，技术创新的喷涂施工取代了传统的涂刷施工，同时聚氨酯化学以中油醇酸树 脂的活性稀释剂形式，进入修补漆应用中。这些活性稀释 剂先是IPDI加合物的稀溶液，后是IPDI三聚体稀溶液，在应用前加入到涂料中，它们明显改进了醇酸涂料的再涂性、干透性和耐溶剂性。
溶剂型双组分聚氨酯涂料体系约于1970年进入汽车修补漆市场，其后仅20a内，即成为这一领域的主导树脂 体系（图１）。2000年以来，更多的研发工作（尤其在欧洲） 是根据发展趋势以减少涂料有机溶剂含量为主导方向。
传统溶剂型涂料中溶剂的挥发（VOC）是继汽车尾气排放及烟雾漂尘之后的第三大空气污染源，是PM2.5的主要来源之一。如果将其水性化，可使单位涂装面积的有机溶剂排放量降低70%左右。从国外汽车修补漆行业的发展趋势来看，为了降低囚车修补漆对环境和喷涂工人的伤害，水性漆已得到普遍应用。 目前国内已经有部分汽车4S店采用了水性底色漆， 例如宝马和奔驰的4S店使用的水性底色漆，而日产汽车也已准备将所有4S店都转换成水性底色漆。
水性底色漆发展的初期是以水性丙烯酸乳液为主要成膜物质，具有干燥快、成本低等优点，但水性丙烯酸底色漆普遍存在难调色、层问附着力差、耐水性差的缺点。后来，为了提高综合性能， 水性底色漆开始使用丙烯酸和水性聚氨酯混拼体系。而今市场已出现了纯聚氨酯的水性底色漆， 相比于已经研发了几代的水性修补漆系统， 新型水性产品应具有以下优势：（1）容易使用（ 像溶剂型产品的低黏度及更好的雾化效果；更好的银粉排列控制、 垂直稳定性好； 更好更快的颜色驳口能力； 更广阔的应用于各种不同的环境）；（2）超高生产效率（ 大多数颜色只需一道半喷涂并无需层间闪干：强遮盖力，节省用量： 更快干，可打磨）：（3）更易配色（ 更卓越的银粉排列和外观效果，使调色更轻松：不同涂装技术对颜色的影响变小）。[2]
金属闪光漆因为具有特殊的金属光泽而受到欢迎。 其作为汽车面漆使用量逐年上升，与本色漆大体各占1/2。[3]效应颜料的定向排列是决定水性金属闪光漆性能的主要因素，本文选用的拜耳公司的水性聚氨酯分散体作为主要树脂，配以合适的铝粉和助剂，制得具有热贮存稳定性良好、干湿膜颜色变化较小的具有优异性能的水性金属闪光底色漆。
1、试验部分
1、1实验原料
水性聚氨酯分散体：德国拜耳公司；水性润湿分散剂、水性消泡剂、定向剂：德国毕克公司；铝粉： 德国爱卡公司；乙二醇丁醚：分析纯；N，N-二甲基乙醇胺：分析纯；去离子水：自制。
1.2实验配方
修补漆用水性金属山闪光底色漆的配方如表1所示。
表１修补漆用水性金属闪光底色漆配方组成
1.2.1修补漆用水性金属闪光底色漆的制备工艺
首先， 将分散剂加入到一定比例的水和溶剂中， 搅拌均匀， 再加入水性铝粉， 低速搅拌均匀， 浸泡24h，备用。其次， 将水性流变剂和增稠剂在水中混合均匀， 依次加入消泡剂、 定向剂、 助溶剂和一定量的有机胺溶液， 高速搅拌均匀后加入水性聚氨酯分散体，中速分散30min，调节PH值在8.0-8.5之间。然后，将制得的水性铝粉浆与去离子水混合均匀后，在较低的剪切速度下加入到已制好的树脂液中，低速搅拌下分散5-10min，使漆液充分混合均匀。最后加入水性CAB溶液缓慢搅拌，调节PH值和黏度，过滤制得水性金属闪光底色漆。值得注意的是无论是水性铝粉浆还是水性金属闪光底色漆的配制，均应在低剪切速率下进行，同时为了使铝粉颜料产生金属闪光效应，其必须分散均匀。
1.2.2修补漆用水性金属闪光底色漆的施工工艺
本试验采用CED（阴极电泳漆）板作为试验底材， 用乙醇除油、 除水、 吹净后即可喷涂水性金属闪光底色漆。 在原漆中加入10-20%的去离子水， 调整施工黏度涂一4杯20-30s， 用SATAHVIP 4000型喷枪喷涂， 调节枪内气压为1.8-2.0bar ，喷涂距离为10-20cm， 喷2-3道， 每道闪干5min（至表干），可用空气吹枪强制吹干，然后“湿碰湿”罩油性2K PU清漆。
1.3修补漆用水性金属闪光底色漆性能指标
修补漆用水性金属闪光底色漆性能指标见表2.
2、结果与讨论
2.1成膜树脂的选择
选用的聚氨酯分散体是一款脂肪族聚碳酸脂改性聚酯聚氨酯分散体， 具有颜色浅、 透明度高，不与铝粉发生化学反应，优异的层间附着力的特点， 特别适合做水性金属底漆。 其配置的水性金属闪光底色漆能够最大限度地减少了对油漆湿膜状态颜色的干扰， 特别适合于汽车修补漆所要求的快速调色性。相对于水性丙烯酸乳液， 水性聚氨酯可以做到与油性汽车修补漆更接近的外观和施工性能。
水性铝粉高温贮存性能指标水性丙烯酸乳液由于其自身原因， 做出的铝粉底色漆侧面都带有蓝光或者白光， 干扰正常调色， 根本无法满足修补漆市场快速调色性的要求， 见图2。
2.2铝粉的选择
由于使用和运输的限制， 汽车修补漆一般要求能够经受一段时间的高温贮存，因此对铝粉的选择就显得尤为重要。 由于金属铝为两性金属，能直接与水反应，放出氢气。所以，应用于水性漆的铝粉必须经过严格的包膜处理，否则就会在短时间内产生发黑、胀气{4}。本文对铝粉的耐高温贮存性进行了初步筛选。将水、助溶剂、 水性铝粉制成铝粉浆，贮存条件是60℃x7d ，然后与未高温贮存的铝粉浆一起制板，检测△L*（ 亮度）值的变化。测试结果见表3。
表3中SW-120BC和WXM7160是磷酸酯包膜的水性铝粉，其他则是二氧化硅包膜的水性铝粉，总体来看，二氧化硅包膜的水性铝粉高温贮存性要优于磷酸酯包膜的水性铝粉。 不同厂家的不同牌号的水性铝粉也有性能差别，所以，对于汽车修补漆中的铝粉选择，除了要有与油性配方所对应的外观与粒径外，还要考虑铝粉本身在水中的稳定性。为了制得具有良好热贮存稳定性的水性闪光底漆，本文选用Hydrolan 501作为试验铝粉。
2.3助剂的选择
2.3.1中和剂的选择
在水性涂料中， 常常需要中和剂来调节体系的Ph值。常用的中和剂有TEA（ 三乙胺）、DMEA 二甲基乙醇胺）、AMP-95（2-氨基甲基一1-丙醇）等， 中和剂的挥发性和碱性的强弱很重要，一般来说氨水不适宜用来中和水性树脂，因为～方面氨水挥发太快，体系不稳定；另一方面氨水中和后的树脂对颜填料的润湿性较差。如果最终的涂料常温干燥，可用三乙胺来中和{5}： 如果需要在80℃左右强制干燥， 可用二甲基乙醇胺来中和； 如果在120℃或以上温度干燥， 则可用AMP-95或其他胺来中和晒１。 本试验由于考虑到高温贮存时的pH值稳定性， 选择二甲基乙醇胺作为中和剂， 并保持体系的ph值在8左右。
2.3.2流变助剂的选择及铝粉的排列
在水性金属闪光漆中， 水性流变助剂对金属颜料的防沉和定向排列以及防止花斑有重要的作用。 本试验发现，当施工时的体系触变值（TI）大于3.5时， 喷涂施工时铝粉在湿膜里不会发生漂移、 翻转或者贝勒德漩涡，见表４。此后通过体系的收缩，蜡的定向作用，铝粉得到很好的排列，金属底漆有很好的外观。
表4不同触变值对铝粉排列的影响
由于AQUATIX 8421对铝粉有较好的锚固作用，并有上浮到表面的倾向，能带着铝粉到同一个平面上，同时具有铝粉定向和防沉作用。水性CABsolous 3050有很好的体积收缩性，可以使铝粉很好的定向，为了防止CAB的析出，所以在体系中助溶剂加完后，再加水性CAB solous 3050的溶液。另外，湿膜的动态表面张力需要略低于底材的表面张力，这样漆膜才会很好的润湿底材，形成连续稳定的漆膜。本试验选用气体化学的Surfynol 1048C作为润湿剂，能够很好的达到静态和动态的表面张力平衡，另外还有抑泡的作用。
2.4施工工艺
水性汽车修补漆底色漆的施工方式主要还是手工空气喷涂，喷枪需要更换成特定的水性喷枪，如SATA HVLP 4000等。为了使施工人员更好得接受水性修补底色漆，本试验设计的底色漆可以完全参照油性汽车修补底色漆的施工方法，气压控制在1.8-2.0bar，两道半喷涂，即一道中湿喷，一道湿喷，一道雾喷的方式，可以自干或者空气吹干。可加入10-20%的水性稀释剂，调节施工粘度在20-30s（涂-4杯）之间，建议的施工温度一般在15-35℃之间，相对湿度在30-70%之间。这样可以最大限度地利用以前施工油性底色漆的喷涂经验。试验表明：底色漆层的溶剂含量（主要为水）应降低到10%以下，喷涂的罩光漆才不至于将底色漆层再溶起和产生水泡，影响外观质量。所以在喷罩光清漆之前应该让水性底色漆尽量脱水。
3、结语
本试验通过对成膜树脂、铝粉和助剂的选择，完成了对汽车修补漆用水性汽车金属闪光底色漆的研究，产品所有性能达到客户要求的指标，不论从外观还是调色性和施工性，都与油性汽车修补底色漆非常接近，施工人员在使用过程中能够很好的借鉴使用油性修补漆的经验，具有良好的使用价值和产业化市场前景。
参考文献：
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