一种汽车修补用白色中涂漆贮存稳定性问题分析测试

罗 晖¹， 李桂琴¹， 汤汉良¹， 赖浩城¹， 陈之善²

（1.清远市浩宇化工科技有限公司，广东 清远 511540；2.清远高新华园科技协同创新研究院有限公司，广东 清远 511517）

摘要：针对某汽车修补涂料制造车间生产的一种汽车修补用白色中涂漆存在的贮存稳定性问题，对该白色中涂漆用到的原材料进行分析测试，找出引起贮存稳定性问题的可能原因并进行试验验证，最终提出了相应解决方案。

关键词：中涂漆；原材料；贮存稳定性

0 引言

中涂是介于底漆和面漆之间的中间涂料，形成的中间涂层将底漆层和面漆层牢牢黏附在一起。除此以外，中涂还有填补砂纸痕，提高抗石击性，增加面漆层丰满度和光泽度等作用。

中涂按组分可分为单组分中涂和双组分中涂两种类型。单组分中涂一般以气干型树脂为主体树脂，成膜方式属于物理干燥成膜，具有快干、施工性好的特点，缺点是耐溶剂性和填充性较差。双组分中涂由Ａ、Ｂ两种组分组成，Ａ组分含有羟基（—ＯＨ）基团，Ｂ组分含有异氰酸酯基（—ＮＣＯ）基团，成膜方式属于化学交联成膜，施工时将两种组分按比例混合，稀释至喷涂黏度下进行施工。在涂膜干燥过程中，Ａ、Ｂ组分中的—ＯＨ基团和—ＮＣＯ基团产生化学交联反应，最终形成的涂膜比单组分中涂具有更佳的层间附着力、填充性、抗石击性和耐化学品性。由于具备突出的涂膜性能，双组分中涂大量应用于质量要求较高的汽车修补涂料。某汽车修补涂料制造车间生产的一种汽车修补用白色中涂出现贮存稳定性问题，本次出现贮存性问题的白色中涂由A组分白色中涂和B组分聚异氰酸酯类固化剂组成，属于双组分中涂。其中A组分白色中涂贮存24 h后返粗，Ｂ组分聚异氰酸酯类固化剂贮存正常。具体表现在生产出来的A组分白色中涂在贮存24 h后出现细度返粗问题，即在贮存24 h后，细度由30 μm上升至100 μm以上，导致喷涂施工时涂膜出现大量颗粒。本文对A组分白色中涂用到的原材料进行分析测试，找出贮存稳定性问题出现的可能原因并进行验证，最终提出相应解决方案。

1 试验部分

1.1 主要原料

丙烯酸树脂、聚酯树脂，佛山市高明同德化工有限公司；分散剂、流平剂，德国BYK；金红石型钛白粉，攀枝花恒通钛业有限公司；醋酸正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、滑石粉、沉淀硫酸钡、填料Ｍ1、填料Ｍ2，市售。

1.2 主要试验仪器

LSM-1.4L砂磨机，东莞市琅菱机械有限公司；BGD750/1搅拌砂磨分散多用机、DHG-9075A精密烘箱， 广州标格达实验室仪器用品有限公司；TC-15套式恒温器，海宁市新华医疗器械厂；HY-B+电子天平，佛山市健豪电子衡器有限公司；刮板细度计，天津精科联仪器有限公司；JF-5型库仑法微量水测定仪，大庆市日上仪器制造有限公司。

1.3 原材料测试

涂料一般由树脂、颜料、溶剂和助剂4部分组成。在白色中涂中，树脂是主要成膜物质，其化学性质和物理性能对涂料和涂膜性能起决定作用。颜填料是次要成膜物质，除了添加提供遮盖力的金红石型钛白粉之外，还添加大量的体质颜料例如滑石粉、沉淀硫酸钡、填料M1等，用来增加中涂涂层所需要的填充性和打磨性。另外，配方中还包括起到溶解和稀释作用的溶剂以及分散和流平作用的助剂。白色中涂的基础配方如表1所列。

1.3.1 树脂测试

中涂的重要性能之一是层间附着力，优秀的层间附着力可以将底漆层和面漆层牢牢黏附在一起，形成兼具保护和装饰功能的整体涂层。丙烯酸树脂具有优异的颜料润湿性和耐候性，能充分展现颜料的最佳效果，并能长期保持亮丽色彩，在汽车修补用面漆体系中常被用做主体树脂。为了保持与面漆层优异的层间附着力，在白色中涂配方中，同样使用含羟基丙烯酸树脂做为主体树脂，即可以与上层面漆保持同一体系，以保证充分的层间附着力，也能对配方中用到的大量颜填料进行充分润湿，以保证中涂在具有良好填充性的同时，还能有较好的施工性和流动性。中涂的另一重要性能之一是抗石击性，突出的抗石击性可以在车辆行驶过程中表面遭受小石头撞击时有效保护整体涂层。在白色中涂配方中，拼用由柔软性单体合成的聚酯树脂，进一步提高中涂涂膜的柔韧性，提高整体涂层的抗冲击性。

按相关标准对配方中选用的两种树脂进行测试，并与树脂技术指标参数进行对比，测试结果如表2 ~ 3所列。

在树脂测试中，含羟基丙烯酸树脂、聚酯树脂各项性能测试结果均符合技术指标。　　

1.3.2 溶剂测试

对于溶剂型树脂及其涂料的配方设计，溶剂的选择至关重要，良溶剂使体系的黏度降低，固含量增加，树脂及其涂料的成膜性能好，不良溶剂则相反。选择溶剂时主要取决于溶剂的成本、对树脂的溶解能力、挥发速度、可燃性、毒性等^[1]。丙烯酸树脂的溶解度参数为8.5 ~ 10.0，大多数酯类溶剂的溶解度参数为7.8 ~ 10.0，在本配方中选择与树脂溶解度参数接近的醋酸正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯作为溶剂，二者对丙烯酸树脂均具有良好的溶解性。依据ASTM 3539—76 定义及规定方法，醋酸正丁酯的挥发速率为1，丙二醇甲醚醋酸酯的挥发速率为0.14。不同的挥发速率可以形成适合的挥发梯度，避免溶剂挥发太快造成涂膜发白，同时也可以增强施工后的涂膜流动性，更容易形成平整涂层，从而提高上一层面漆涂层的平整度和光泽度。

按相关标准对配方中选用的两种溶剂进行测试，并与溶剂技术指标参数进行对比，测试结果如表4 ~ 5所列。

在溶剂测试中，醋酸正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯各项性能测试结果均符合技术指标要求。

1.3.3 助剂测试

涂料中的助剂用量一般较少，但是其作用却不可忽视。在白色中涂中选择的助剂有分散剂和流平剂。分散剂优选一种改性聚氨酯高聚物，特别适合无机颜料和各类体质颜料的润湿分散，能有效缩短分散和研磨时间，大大降低体系黏度，从而提高颜填料含量，增加体系的固含量，增强中涂填充性。该分散剂还具有空间位阻作用，能够有效防止中涂在贮存过程中出现颜填料沉降、结块等不良问题。流平剂优选一种丙烯酸酯共聚物，能够促进涂膜对底材的润湿，改进涂膜对灰尘、漆雾的容忍性，防止缩孔、鱼眼等不良问题。相对于氟碳或氟硅改性流平剂，该流平剂具有更好的经济性，有利于控制中涂成本。相对于聚硅氧烷类流平剂，该流平剂与体系相容性好，不向涂层表面迁移，不影响与面漆层的层间附着力，尤其适合中涂配方体系的应用。

助剂需要与树脂有良好的相容性才能稳定均匀地分散在体系中，相容性检测方法分为3步：1）将丙烯酸树脂、聚酯树脂、分散剂、流平剂按质量比60 ∶ 30 ∶ 5 ∶ 5比例搅拌均匀；2）将搅拌均匀的混合液辊涂在透明PET膜上，湿膜厚度80 μm；3）将PET膜放置于精密烘箱中，80 ℃条件下烘烤30 min，取出后冷却，目视观察干膜颜色和透明度。

按上述方法对分散剂和流平剂进行相容性测试，最终得到的干膜呈现微黄色，透明度高，未出现雾蓝色、乳白色或浑浊等相容性不良现象，判断白色中涂所使用的丙烯酸树脂、聚酯树脂、分散剂、流平剂在配方中有良好的相容性。

1.3.4 颜料测试

颜料可以为涂料提供色彩和遮盖力，同时也影响涂料的物理性能，例如耐候性、流平性和流动性等。颜料分为有机颜料和无机颜料，有机颜料鲜艳度更高，具有更好的装饰性，但是价格一般较为昂贵，常用于汽车面漆的制备。无机颜料例如钛白粉、氧化铁类颜料，具有更好的遮盖力和填充性，价格相对便宜，常用于底漆和中涂的制备。在汽车修补复合涂层中，中涂属于中间涂层，对耐候性的要求比面漆低，更偏重于涂膜的物理性能，例如层间附着力、打磨性、填充性等。因此，中涂常采用无机颜料作为主要颜料，同时搭配各种体质颜料，即俗称的填料。

体质颜料除了作为填料降低涂料成本外，还可提高涂料各方面的性能，如光泽、遮盖力、流动性、流平性、耐久性、膜牢固性、透气性和流变性等。在白色中涂配方中，沉淀硫酸钡的吸油量低，不影响体系的流动性，具有化学性能稳定、硬度高的特性，可以增加中涂的耐磨性和填充性。滑石粉有片状和纤维状两种状态，能对涂膜有明显的补强作用，使涂膜不易龟裂，还能防止配方中的颜填料沉底结块。填料Ｍ1是一种白色轻质微细粉末，形成涂膜时均匀分布在涂膜表面，使其表面滑爽，在进行打磨处理时不黏砂纸，提高涂膜的打磨手感，是一种打磨促进剂。

按相关标准对白色中涂所用到的金红石型钛白粉和体质颜料沉淀硫酸钡、滑石粉、填料Ｍ1进行测试，并与技术指标参数进行对比，测试结果如表6 ~ 9所列。

对配方中所用到的金红石型钛白粉和体质颜料沉淀硫酸钡、滑石粉、填料Ｍ1进行测试，并与技术指标参数进行对比，金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、滑石粉各项性能测试结果符合技术指标，而填料Ｍ1在测试过程中出现异常情况，具体表现为：1）测试熔点时杯壁出现大量水珠，保持在理论熔点温度时未能完全熔解，呈现浅黄色浑浊悬浮液状态，且杯底有少量沉淀；2）水分和加热减量测试结果异常，远远超出指标范围。初步判断填料Ｍ1存在质量问题，可能导致白色中涂出现贮存稳定性问题。

1.4 试验验证

白色中涂在喷涂面漆工序前，为了保证上层面漆层的平整外观效果以及层间附着力，必须进行打磨处理，打磨性能的好坏直接影响到施工人员的工作难易程度和打磨时间，并且影响到砂纸的使用寿命，从而直接影响到施工单位的人工成本和物料成本。为了提高打磨性，在白色中涂里面加入打磨促进剂是有必要的。选取与打磨促进剂填料Ｍ1同种化学物质的填料Ｍ2进行测试，并与技术指标参数进行对比，结果如表10所列。 

填料M2测试熔点时杯壁无水珠，保持在理论熔点温度时呈现浅黄色清澈透明液状态，杯底未出现沉淀。

在白色中涂配方中，分别加入打磨促进剂填料M1、填料M2进行测试，编号为中涂Ｍ1、中涂Ｍ2，同时做无打磨促进剂的空白对比配方中涂M0，结果如表11所列。

经快手振荡，3种白色中涂细度均控制在30 μm以下。对3种白色中涂进行贮存性测试，按GB 3186《涂料产品的取样》的规定，取出代表性试样，分别装入3个0.4 Ｌ压盖式金属容器罐中，装样量离罐顶约15 mm。盖紧盖子后，室温放置24 h后测试细度。测试结果为：中涂M0、中涂Ｍ2细度在30 μm以下，属于正常情况；中涂Ｍ1细度在100 μm以上，出现返粗现象。

对3种白色中涂进行加速贮存性测试，按GB 3186《涂料产品的取样》的规定，取出代表性试样，分别装入3个0.4 Ｌ压盖式金属容器罐中，装样量离罐顶约15 mm。将试样盖紧盖子后，称量试样质量，准确至0.2 g，密封后放入（50±2） ℃恒温干燥箱中，贮存30 d，取出后在（23±2） ℃下放置24 h，称量试样质量，与贮存前的质量差值均小于1% ，证明金属容器罐封闭严密。分别按GB/T 6753.3规定检查中涂Ｍ0、中涂M1、中涂Ｍ2的沉降、腐蚀、黏度等情况并进行描述，如表12所列。

测试结果显示，在结皮、胶块、黏度、压力方面，3种白色中涂长期贮存性无区别，而在腐蚀、沉降、细度方面有区别，其中区别最大的是细度，长期贮存后，中涂M0、中涂Ｍ2细度在30 μm以下，属于正常情况；中涂Ｍ1细度在100 μm以上，出现返粗现象，该测试结果与室温放置24 h结果一致。

将长期贮存测试后的3种白色中涂按GB 1727《漆膜一般制备法》中的喷涂法制备涂膜，对涂膜进行外观和打磨性测试，结果如表13所列。

2 结语

本文通过对白色中涂用到的原材料进行分析测试，初步判断造成贮存稳定性问题的可能原因是填料M1，从而选取与填料Ｍ1同种化学物质的填料Ｍ2进行测试，优选出品质更佳的原材料，并进行空白配方中涂M0和平行配方中涂M1、中涂M2的贮存稳定性对比测试，通过对比测试进一步验证了填料Ｍ1严重影响白色中涂的贮存稳定性和涂膜外观，填料Ｍ2对白色中涂的贮存稳定性无影响，对涂膜外观无影响，同时提高了白色中涂的打磨性。

影响涂料贮存稳定性的因素有很多，原材料的稳定性是其中一个重要影响因素。由于成本、性能或运输等方面的原因，涂料生产厂家常常需要进行原材料的更换。需要注意的是，即使是同种化学物质的原材料，也可能因为不同厂家采用不同的生产工艺导致原材料质量存在较大差别。只有对涂料中用到的原材料进行全面和必要的物化性能测试，才能从源头上确保涂料的稳定性。

参考文献：

[1] 武利民，李丹，游波.现代涂料配方设计[M]北京：化学工业出版社，2000

（详情见《现代涂料与涂装》2021-11）