姜雪莹
艾仕得涂料系统技术研发上海有限公司
摘要：开发了一款高彩度的红色汽车涂料产品,为达到颜色效果,采用杯加枪的喷涂方式,并应用一种特殊涂层结构将其呈现出来,即BC1(金属漆)+BC2(透明红色漆)+CC(透明清漆)的涂层结构.同时探讨了在该涂层结构下,BC1,BC2膜厚的变化对5个角度(15°,25°,45°,75°,110°)色差数据的影响.结果表明:当BC2膜厚固定,随着BC1膜厚的升高,在5～18μm膜厚范围内,5个角度的ΔL~*,Δa~*及Δb~*先小幅增大,膜厚达到18μm以上后数据趋于稳定;当BC1膜厚固定,随着BC2膜厚在7～20μm范围内逐渐升高,15°,25°的ΔL~*,Δa~*和Δb~*变化明显,数值逐渐降低,而45°,75°,110°的数据相对比较稳定.
汽车已从传统的交通工具进阶为非常普遍的代步工具，同时人们对汽车的要求已不局限于其使用价值，也开始关注和追求其外在的美观性，而汽车涂料是其表达美观的一个重要手段。随着大众审美的不断提高，汽车涂料颜色种类越来越多，一些高彩度高金属性产品不断被研发出来，高彩度的红色产品尤为多见（一般定义L*>27&C*>10的产品为高彩度产品）。
汽车涂料中提供颜色效果的涂层常被称为底漆层或色漆层，与电泳漆、导电底漆和清漆不同，这类产品在开发阶段除了要关注其性能外，还要花费大量的精力调整其颜色，而且随着后期产品的生产及应用，还需要安排专人对其颜色的稳定性进行持续维护。一般而言，素色漆或单色漆无论是开发还是维护相对而言更容易，因为其颜色配方比较简单可控。而对于大多数金属漆而言，因含有不同种类的效果颜料，使得颜色配方成分相对复杂很多，开发起来难度也更大，需要综合考虑着色颜料与效果颜料的种类及用量，只有材料用对了才能呈现出想要的颜色效果。
另外，与选材同等重要的是涂层结构，对于高彩度红色产品，目前有3种常规涂层结构：第1种最为常见，即色漆配套透明清漆。这类产品彩度相对不是很高，开发起来较容易;第2种为色漆配套彩色清漆，这类产品彩度比较高，福特汽车颜色设计中用得比较多；第3种涂层结构类似三涂层珠光白产品，是由色漆BC1（第1层色漆）素色漆加BC2（第2层色漆）金属漆配套CC（透明清漆）组成。这类产品不但彩度高，且因金属层被单独作为一个涂层喷涂而使得闪烁度更高。除以上3种结构外，另外一种新式喷涂结构也在开始应用，尤其是针对金属颗粒比较细腻且彩度较高的红色产品，其不但能满足较高的色差要求还能有效降低材料成本，那就是BC1铝粉漆加BC2透明红色漆配套透明清漆的结构。目前典型的产品应用是马自达的魂动红、魂晶红，其高彩度高质感的颜色外观受到消费者一致好评，因此也受到众多汽车色彩设计师的青睐。此新涂层是否能降低材料成本要因产品而异，多数应用常规涂层的红色金属产品，为确保其高彩度状态，配方中会用到彩度较高且价格昂贵的红彩铝或红珠光做效果，而BC1使用银粉提供闪烁和产品遮盖，其材料价格势必会有所降低。
本文通过采用银粉漆/透明红色漆配套透明清漆的涂层结构对已知高彩度红色产品进行了颜色开发，并探讨了其施工膜厚对颜色的影响。
1 实验部分
1.1主要原料
树脂基料、苝红色浆、DPP（二酮吡咯并吡咯）有机红色浆、栗红179色浆、控色剂、配套底漆和清漆：艾仕得；醋酸丁酯：巴斯夫；二甲苯：锦州石化；铝粉a、铝粉b：东洋。
1.2涂料的制备
按照表1配方预混及分散制备色漆，待分散均匀后，按照表2条件调试涂料到施工状态后留待喷涂。
表1 高彩度红色色漆基本配方组成
表2 施工条件
1.3喷涂设备及参数设定
根据现场施工信息反馈，该颜色采用杯加枪喷涂，BC1膜厚可达20μm以上，BC2膜厚可达15μm以上，因此实验室根据以往该现场喷涂数据的积累，设定如表3所示的施工喷涂参数。
表3 色漆喷涂施工参数
1.4颜色的测试
从客户处获取该红色产品的数字标准见表4，色差测量仪器为BYKmac-i。颜色开发需满足3个角度的ΔE同时在要求范围内，即25°ΔE<3，45°ΔE<2，75°ΔE<2，且目视不能有明显差异。ΔE是很多客户判断汽车涂料色差合格与否所采用的数据控制标准，其计算公式如式（1）所示：
当ΔE越小，说明样板越接近标准板，反之为越偏离标准，需要通过降低ΔL*、Δa*或者Δb*来实现综合值ΔE的降低，对于红色产品因其目视容忍度高，因此ΔE值会相对高些。
表4 产品数字标准
1.5黑白格遮盖试验
在颜色开发过程中，当确定配方组成后，对BC1和BC2层进行黑白格遮盖力的考察，以判断每个色漆涂层的遮盖能力。色漆层黑白格遮盖越好，整个颜色的稳定性越高，在颜色开发过程中对该项指标进行监测，从而指导配方做出有效的调整。该实验采用手工喷枪（ANESTIWATAW-17）喷涂，由喷涂人员边喷涂边观察，膜厚梯度拉开且有明显的遮盖界限即可。
2 结果与讨论
2.1效果颜料的选取
效果颜料包括珠光粉、铝粉和玻璃粉等。对客户提供的红色标准板进行分析，在显微镜及射灯下观察颗粒的大小、形状以及颜色，识别出材料种类是铝粉，并观察到2种不同的颗粒分布，均为银元型颗粒，D50分别在25μm和12μm附近。另外，通过颜色数据的测量，考察铝粉的FlopIndex（FI，反映铝粉正侧面L*值的差异大小，FI越大，铝粉正侧面明亮度差异越大），进一步缩小材料选择范围。本实验涉及到的效果颜料为铝粉，铝粉从形状上划分包括可分为玉米片型和银元型（如图1），玉米片状铝粉在显微镜下观察边缘呈锯齿状且不规则，成膜后的铝粉片在涂层内排列也显得很不规则，同时由于其具有多边缘效应，其视觉闪烁感也就更强，而银元型铝粉在显微镜下观察边缘规整圆滑，铝粉层排列比较致密平整，因此具有较强的金属感及遮盖效果。本实验上述分析正是通过显微下形状及大致尺寸的观察，确定了铝粉选材的范围，初步选定2支铝粉，分别为铝粉a、铝粉b。
图1 50倍显微镜下观察铝粉状态
2.2着色颜料的选取
着色颜料常以色浆的形态被应用，它包括无机和有机两大类，这类材料在涂料中主要提供的是颜色效果。无机材料在研磨成色浆后是悬浮分散在树脂中的，材料较稳定，且具有较好的遮盖性，在素色漆的调色中应用较多。有机材料则可以很好地溶解在涂料树脂及溶剂体系中，用其研磨出的色浆不但具有很好的分散性，且具有较高的透明度，在金属漆调色中有较多的应用。实验对客户的标准板进行分析，发现该产品的色浆主要集中使用在BC2涂层中，该层主要提供高彩度，且其不能有太强的遮盖，否则会压住BC1层铝粉的颗粒效果，因此需要选取透明度较高的色浆。同时，从色差数据看，该颜色黄相比较高，所以选择的色浆需要略带黄相的红色浆。这类色浆一般以有机红色浆为主，如DPP红色、苝红、栗红等。实验首先选定一支苝红色浆为主浆（红色浆1），配合添加一支DPP红色浆（红色浆2），BC1层用到的红色浆为栗红179色浆（红色浆3）
2.3配方的确定及颜色数据表征
待色板烘烤完毕，从烘箱中取出放置室温后，采用BYKmac-i色差仪进行数据测量，同时与标准板比对做目视观察，找到差异点（颗粒的状态、色相），经过多次实验反复对配方进行调整后，得到满意的目视及数据效果，最终配方如表5所示，其对应的色差数据如表6所示。
表5 色漆最终配方组成
表6 最终色差数据
2.4色漆膜厚对颜色的影响
首先测试了BC1和BC2涂层的黑白格遮盖，结果如图2所示。
图2 BC1及BC2涂层的黑白格遮盖
由图2可以看出，BC1在12μm下即可达到完全遮盖，而BC2的黑白格遮盖力在50μm以上。这表明整个色漆涂层的遮盖力至少可达到12μm，可施工性强，另一方面，BC2单独的遮盖力在50μm以上，可见BC2透明度很好，能够在有效提升颜色彩度的同时不遮盖下层的金属质感。
另外，为了考察膜厚对该类涂层颜色的影响，设置了2组梯度膜厚实验：第1组实验BC2喷涂膜厚定在15μm左右，BC1膜厚做梯度喷涂，由5~20μm变化;第2组实验BC1喷涂膜厚定在15μm左右，BC2膜厚做梯度喷涂，由7~20μm变化，而后采集色板数据，考察ΔL*、Δa*、Δb*值随膜厚的变化，结果如图3所示。
图3 ΔL*、Δa*、Δb*随BC1、BC2膜厚的变化
由图3可以看出，随着BC1膜厚的升高，15°、25°的ΔL*、Δa*及Δb*先升高，而后在12μm处下降，直至17μm处趋于稳定，到18μm处出现另一个拐点，数据降低，在18~20μm处又趋于稳定。这样的变化趋势是因为该颜色的黑白格遮盖在12μm，达到黑白格遮盖后数据趋于稳定;膜厚进一步升高后，BC1层银粉有所堆积，未能有效定向，导致15°、25°的ΔL*和Δa*有些许波动。而45°、75°、110°的ΔL*、Δa*和Δb*随着膜厚的升高逐渐增大，且数据逐渐趋于稳定。当固定BC1膜厚，观察随BC2膜厚的提升下色差数据的变化，可以发现，数据波动较大的是15°、25°的ΔL*、Δa*和Δb*，和BC2膜厚成负向关系，分析是因为随着BC2膜厚的增加，BC2与BC1间的相互作用变强，BC1层铝粉定向受到干扰所致。同时，45°、75°、110°的ΔL*、Δa*和Δb*则相对稳定，因为该部分数据受色浆影响更多，同时BC2层遮盖力极差，膜厚在该范围内的增加不会导致大角度色差有明显变化。以上数据的变化趋势，可有效指导该产品在实际施工中的膜厚控制。
3 结语
综上所述，金属漆在调色过程中，材料的有效选取至关重要，无论是着色颜料还是效果颜料，要相互搭配才能组合出理想的色差数据和颜色效果。同时对于高彩度的红色产品，找到适合其的涂层结构也是颜色能否正确表达的关键。本文对采用银粉漆/透明红色漆配套透明清漆的新型涂层结构开发高彩度红色汽车涂料的研究，不仅使我们对该颜色的量产稳定性控制有了一定的数据积累，而且对后续类似颜色的开发也会起到重要的参考意义。
本文来源：2020年《涂料工业》第9期
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