罗侃 吕波 惠正权
（江苏三木集团股份有限公司，江苏无锡214258）
摘要：介绍了双组分聚氨酯面漆的原材料选择及研制过程，讨论了树脂、助剂、固化剂等因素对涂料性能的影响。
关键词：汽车涂料；丙烯酸；聚氨酯；面漆
0、前言
丙烯酸酯漆是20世纪50年代发展起来的涂料新品种，由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体与其他乙烯基单体通过加聚反应生成的聚丙烯酸酯树脂制成。由于丙烯酸酯漆的良好性能，其在轻工、家用电器、金属家具、铝制品、卷材、仪器仪表、建筑、纺织品、塑料制品、木制品、造纸等工业均有广泛应用。双组分聚氨酯涂料涂膜具有优异的耐化学品性、耐候性及物理机械性能，以其卓越的耐酸雨性能，抗划伤性能日渐受到业界的重视，不仅用于摩托车、客车，也广泛用于豪华轿车。本文对实色双组分丙烯酸聚氨酯面漆研制过程中的原材料选择进行了探讨。
1、实验部分
1.1原材料
丙烯酸树脂，无锡万博涂料化工有限公司；钛白粉（金红石型），进口；BYK-110、BYK-306、BYK-358，进口；有机锡，进口；紫外光吸收剂，汽巴-嘉基公司；二甲苯、醋酸丁酯、环己酮，国产，工业一级；固化剂，进口。
1.2涂料的制备
1.2.1漆浆的制备
将兑稀好的BYK-110投入部分丙烯酸树脂中搅匀，加入钛白粉，充分搅拌分散至无块状物；放置过夜，进行研磨分散，分散成10μm以下的色浆，测固体分，备用。
1.2.2调漆
于调漆缸中按配料顺序依次加入色浆及剩余的丙烯酸树脂、BYK-306、BYK-358、有机锡、紫外光吸收剂等助剂，加入二甲苯、醋酸丁酯、环己酮等溶剂，调整至相应的固体分。
涂料的基本配方见表1。
表1涂料的基本配方
1.3性能指标
涂料的性能指标见表2。
表2涂料的性能指标
2、结果与讨论
2.1原材料的选择
2.1.1丙烯酸树脂的选择
丙烯酸树脂对光的主要吸收峰处在太阳光谱范围之外，所以丙烯酸树脂具有特别优良的性能：
（1）色浅，水白、透明；
（2）耐光、耐候性佳，户外暴晒耐久性强，耐紫外光照射不易分解或变黄，能长期保持原有的光泽及色泽；
（3）耐热、耐过热烘烤，在170℃下不分解、不变色，在230℃左右或更高的温度下仍不变色；
（4）耐腐蚀，有较好的耐酸、碱、盐、油脂、洗涤剂等化学品的沾污及腐蚀性能。
选用无锡万博涂料化工有限公司生产的含羟基丙烯酸树脂，含羟基丙烯酸树脂或改性树脂与脂肪族多异氰酸酯配合，可制得性能优良的聚氨酯涂料。树脂的羟基含量决定了其反应活性及交联密度、耐沾污性、耐溶剂性。
无锡万博涂料化工有限公司生产的应用于实色面漆的丙烯酸树脂产品主要有WF-H5015、WF-H5016、WF-H6020、WF-H6022、WF-H6028、WF-H6030S、WF-H7030B等，这类丙烯酸树脂与多异氰酸酯交联后，可获得较为理想的性能。其中WF-H6028丙烯酸树脂适用于豪华客车面漆，耐候性、保光保色性、耐紫外光性良好。WF-H6028的技术指标见表3。
表3WF-H6028丙烯酸树脂的技术指标
2.1.2颜料的选择
颜料在色漆中不可或缺，其作用不仅是提供色彩和装饰性，更重要的是改善涂料的物理化学性能，提高涂膜的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性和耐候性等。丙烯酸树脂本身耐紫外线性能很高，但对紫外线没有阻隔作用，所以丙烯酸树脂涂料所用的颜料必须具备与其相匹配的户外耐久性和耐腐蚀性，能够经受紫外线曝晒，并具有良好的共混性和着色性。一般来说，无机颜料具有较好的耐热、耐化学性和耐候性；有机颜料有更宽范围的明亮色彩，颜料的选择取决于要求的颜色、耐久性及其它性能。实色面漆试制过程中选用的颜料应具有高装饰性，色彩鲜艳明亮，色牢度佳，耐溶剂、耐化学品性、耐热性、耐候性优，着色力强，遮盖力好，以便获得颜料体积浓度比低的漆膜。
2.1.3固化剂的选择
由于丙烯酸树脂涂料的外用、高耐候、高装饰性等特殊要求，因此它的固化交联剂也只能是脂肪族或脂环族这类在长期经受日晒夜露、风吹雨打的苛刻条件下都不泛黄，耐候性特别突出的异氰酸酯化合物。目前比较常用的是六亚甲基二异氰酸酯（HDI）缩二脲、HDI三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）三聚体等。HDI缩二脲比较有代表性的商品有德国拜尔公司的DesmodurN75，罗地亚的HDB75等。HDI三聚体与HDI缩二脲相比，具有干燥速度快、涂层硬度高以及耐候性获得进一步改善等方面的特点，主要原因是其自聚而形成的六元环具有较高的稳定性。主要产品有拜耳公司的DesmodurN3300、N3390，罗地亚的HDT90等。IPDI三聚体与以上两种异氰酸酯相比，具有下述特点：（1）与各种树脂、溶剂的混容性都非常好，为配方设计带来极大的方便；（2）对空气中潮湿的敏感性相对偏低，这样可以避免因湿度大而引起的不少漆膜弊病；（3）单体或三聚体的毒性偏低。因此，IPDI三聚体也得到了广泛的应用。HDI衍生物与IPDI三聚体的性能比较见表4。
表4HDI衍生物与IPDI三聚体的性能比较
注：相对值。
从表4中数据可知：IPDI三聚体在某些性能上比HDI衍生物要好一些。IPDI三聚体可以和几乎所有的含羟基树脂及其它树脂相配合，还可以和其它脂肪族、芳香族异氰酸酯混容。IPDI三聚体还可以大大减少不沾尘时间，但IPDI三聚体的价格偏高。如果将HDI缩二脲与IPDI三聚体按一定比例混合使用，就可以较为明显地缩短涂层的不沾尘时间，同时其硬度和耐候性也有一定程度的改善和提高。
2.1.4助剂的影响
聚氨酯涂料，特别是用作汽车修补漆的聚氨酯涂料，助剂的应用显得更为重要。一般在这类涂料中添加助剂，主要解决以下问题：
●改善涂料的施工性能；
●改善涂层的外观、装饰性；
●提高涂料的贮存稳定性；
●改善涂料的开罐性能；
●提高涂料的生产效率等。
（1）催化剂
在聚氨酯涂料的制造、加工以及施工后固化成膜的过程中都要使用催化剂，主要用来加速异氰酸酯基与活性氢化合物的反应。因此，催化剂的正确选择和使用非常重要。催化剂的使用取决于很多因素，如聚氨酯中两个组分的品种、反应条件、环境温度以及催化剂的种类等。值得注意的是：那些能够加速异氰酸酯基与活性氢化合物的反应的催化剂尽管能够有效地缩短干燥时间，但忽视了这些双组分涂料配漆后的适用期。两者之间应该很好地权衡，然后再确定催化剂的正确用量。合理的用量在0.03%~0.10%之间。催化剂用量对漆膜性能的影响见表5。
表5催化剂用量对漆膜性能的影响
（2）流平剂
汽车行业对于涂层外观的要求非常高，因此必须对涂料的流变性能作出认真、仔细的考虑，解决好成膜厚度、流挂与流平性之间的平衡问题。流平剂是指那些能够改善涂料成膜时流动特性的物质。它的主要作用是降低涂料系统的表面张力，增加其在低剪切应力下的流动性能，使涂膜达到平整光滑、无缩孔、凹陷、刷痕以及桔纹等表面缺陷的目的。
流平剂用量对漆膜性能的影响见表6。
表6流平剂用量对漆膜性能的影响
（3）分散剂
汽车涂层的高装饰性要求涂料分散均匀、稳定，涂膜色彩鲜艳明亮，在色浆分散过程中添加分散剂非常必要，它不仅能防止浮色发花，提高贮存稳定性，还可以提高分散效率、节省工耗，生产过程中可根据颜料的吸油量，分散的难易程度选择使用分散剂。本次试验使用的分散剂是BYK-110，它对分散钛白颜料有着良好的效果，分散剂的用量通常为钛白颜料量的0.2%~3.0%。
（4）紫外光吸收剂
由于对汽车涂料耐候性的苛刻要求，故几乎所有的汽车涂料产品都加有紫外光吸收剂。在丙烯酸聚氨酯涂料中加入紫外光吸收剂旨在进一步提高其耐候性以及保光、保色性能。由于多数紫外光吸收剂都含有活性氢，配漆后必然会与甲组分中所含的NCO基发生反应，所以在丙烯酸聚氨酯涂料中采用紫外光吸收剂必须小心，对于配漆后的适用期应从催化剂、紫外光吸收剂以及聚合物的活性等几个方面平衡调整，一般其用量在1%~5%之间。
2.1.5溶剂的影响
双组分丙烯酸树脂涂料的溶剂选择，除考虑溶解力，挥发速率等溶剂的共性以外，还须考虑涂料中含—NCO基的特性，故要注意以下两方面的问题：
（1）溶剂中不含能够与—NCO基反应的物质，以免涂料变质。
在双组分丙烯酸树脂涂料中，醇、醚醇类溶剂都不能使用。烃类溶剂虽然稳定，但溶解力低，常与其它溶剂合用。酯类溶剂采用最多，例如醋酸乙酯和醋酸丁酯，常用的溶剂还有醋酸溶纤剂（如丙二醇甲醚醋酸酯）。酮类溶剂也可用，但酮类溶剂气味大，并且易变色。由于溶剂中含有的水分会与—NCO基反应，造成涂层易出现小泡和针孔，所以双组分涂料中必须使用“氨酯级溶剂”。
（2）溶剂与—NCO基的反应性的影响。
由于烃类溶剂与—NCO基的反应性比酮类溶剂要快得多，所以在夏季，多用酮类溶剂，这样可以延长双组分丙烯酸树脂涂料的使用期。
2.2—NCO/—OH比例的影响
双组分聚氨酯涂料的制造技术之一是确定恰当的—NCO/—OH比例。按常规，往往设定NCO/OH=1，但实际情况要通过试验研究，以确定恰当的比例，满足性能的要求。若多异氰酸酯加入太少，不足以与羟基反应，则漆膜交联度较低，耐溶剂性、耐化学品性、耐水性下降，甚至漆膜发软。若多异氰酸酯加入太多，则多余的—NCO基吸收空气中的潮气转化成脲，增加交联密度，提高抗溶剂性、抗化学品性，涂料的施工时限较长，多余—NCO太多时，漆膜较脆。一般双组分聚氨酯涂料的—NCO/—OH比例为1.05~1.20之间。—NCO/—OH比例对漆膜性能的影响见表7。
表7—NCO/—OH比例对漆膜性能的影响
3、结语
选用高装饰性、高固体分丙烯酸树脂，以及合适的颜料、助剂，研制成高性能的双组分聚氨酯面漆。该实色双组分聚氨酯面漆具有较好的丰满度、流平性及鲜映性；漆膜弹性、硬度适中，综合性能指标达到最佳平衡，很好地满足了我国涂料工业的需求。
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