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水性汽车罩光清漆的制备研究了汽车通用水性罩光清漆的生产工艺

2021-08-18 来源:湖南农业机械网

水性汽车罩光清漆的制备,研究了汽车通用水性罩光清漆的生产工艺

0 引言

汽车涂料包括各类汽车制造过程中在涂装线上使用的涂料,以及汽车维修用的修补涂料。汽车涂料品种多,用量大,涂层性能要求高,涂装工艺特殊,已经发展成为一种专用涂料。随着环保法规对挥发性有机化合物(VOC)排放量的限制越来越严格,水性涂料正不断改善性能来满足市场需求,扩大其应用范围中国机械网okmao.com。

近些年来,不断有新型水性涂料问世。目前在一些西方发达国家的新建汽车涂装线上,已采用了水性汽车面漆,而我国基本上还处于溶剂型汽车面漆阶段,所以研发适应特殊工序和新建涂装线的汽车通用水性罩光清漆具有深远的意义。

1 实验部分

1.1 主要原材料与仪器

甲基丙烯酸甲酯,脂环族二异氰酸酯(HDI),二羟甲基丙酸,润湿剂,消泡剂,中和剂DMEA(二甲基乙醇胺),均为工业品。

美国西特精密天平,光泽仪。

1.2 水性丙烯酸聚氨酯分散体的合成

1.2.1 含羧基的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的合成

在氮气气氛下,采用4 kg 甲基丙烯酸甲酯为溶剂,将13.8 kg 低聚物多元醇、4 kg 脂环族二异氰酸酯(HDI)、0.7 kg亲水扩链剂二羟甲基丙酸和0.15 kg催化剂(有机胺类)等加入反应釜中,搅拌升温至75℃,反应2 h,制得含羧基的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体。

1.2.2 端乙烯基聚氨酯预聚体的合成

在上述所得的聚氨酯预聚体中加入2 kg 甲基丙烯酸羟丁酯,于85℃下反应2 h,制得含羧基和端乙烯基的聚氨酯预聚体。

1.2.3 水分散型聚氨酯预聚体的合成

在上述所得的聚氨酯预聚体中加入0.7 kg 中和剂三乙胺,使体系pH 值达到7。然后在搅拌状态下,加入26 kg 去离子水进行分散,制得水分散型聚氨酯预聚体。

1.2.4 含羟基丙烯酸聚氨酯水分散体的合成

在上述所得的聚氨酯预聚体中加入4.5 kg 甲基丙烯酸丁酯和0.07 kg 链转移剂,高速搅拌乳化,升温至85℃,滴加由0.08 kg 引发剂和7 kg 去离子水组成的溶液,反应4 h 后保温1 h,制得含羟基丙烯酸聚氨酯水分散体。

1.3 含羟基丙烯酸聚氨酯水分散体的性能指标

含羟基丙烯酸聚氨酯水分散体的性能指标见表1。

含羟基丙烯酸聚氨酯水分散体的性能指标

2 结果与讨论

2.1 润湿剂的选择

由于水的表面张力较大,在水性涂料中需添加适量润湿剂来降低体系的表面张力,增强对底材的润湿和渗透性,改善流平和层间附着力。选择德国BYK 公司的水性润湿剂A、B,以及国产水性润湿剂C 进行试验。在水性丙烯酸聚氨酯分散体中分别以0.2%、0.5% 和0.8% 梯度用量加入,采用涂膜刮涂器制得20 μm×12 μm 的漆膜,考察润湿剂类型及用量对涂料性能的影响,结果见表2。

润湿剂类型和用量对涂料性能的影响

由表2 可见:润湿剂B 具有较强的降低表面张力的能力,展布性和相容性好;润湿剂A 有一定的降低表面张力的能力,但与体系的相容性稍差,且与润湿剂B 相比,用量较大;润湿剂C 相容性较好,但降低表面张力的能力稍差。

2.2 消泡剂的选择

由于在水性涂料中加入助剂更易产生泡沫,涂料生产时大量的泡沫不仅会造成操作困难,而且在施工中会造成漆膜表面缺陷,有损外观,耐水性和耐候性差,所以消泡剂的选择至关重要。

消泡剂同时具有抑泡和破泡作用,且有持久的消泡能力,但是在涂料长期贮存后,消泡剂会吸附少量的润湿剂,提高自身在水中的分散性、相容性,从而降低或失去消泡的能力,因此要选择有良好的消泡作用而不会产生漆膜缺陷的消泡剂及其用量。

量取50 mL 水性丙烯酸聚氨酯分散体,分别在相同条件下加入消泡剂A、B、C,上下晃动20 次,在0、2.5 min 和5 min 时测量所产生的泡沫体积,2 周后重复试验其长效性,确定最佳的消泡剂类型,选用最佳消泡剂,分别以0.25%、0.5% 和0.75% 梯度用量进行试验,结果见表3。

消泡剂用量对涂料性能的影响

由表3 可见:体系中消泡剂的最佳用量为0.5%。

2.3 增稠剂的选择

选用缔合型碱溶胀增稠剂A,以及进口的聚氨酯增稠剂B、C 进行对比试验。在低光、平光和高光水性涂料体系中,纤维素醚及其衍生物类增稠剂对光泽有较大影响。实验表明,就流变性而言,无论是用量、增稠性和长期贮存后的效果,增稠剂B 都更占优势。

将增稠剂B 分别以0.2%,0.4%,0.6% 梯度用量添加到水性丙烯酸聚氨酯分散体和水的混合液中,以1 000 r/min 高速分散10 min,考察其用量对涂料性能的影响,试验结果见表4。

增稠剂B 用量对涂料性能的影响

由表4 可见:增稠剂B 的最佳用量为0.4%。

3 验证试验

称取水性丙烯酸聚氨酯分散体100 份,依次向其中加入润湿剂3 份、消泡剂0.5 份、增稠剂0.4 份、多功能助剂0.5 份和水45 份,制得组分A。

将作为组分B 的亲水改性多异氰酸酯与组分A按照mA∶mB=2.5~3.5∶ 1(优选约3∶1)的质量比混合均匀,制得汽车用水性罩光清漆。该清漆的性能指标见表5。

水性罩光清漆的性能指标

4 结语

本文通过大量实验制备了水性丙烯酸聚氨酯分散体,并用其配制通用水性罩光清漆。其中采用改性水性封端型多异氰酸酯作为水性罩光清漆的交联固化剂,使其在高温(180~220℃)时能在30~45 min 交联固化完全,冷却后达到理想的漆膜硬度和各种物理化学性能,又能在修补时(80℃),通过加入亲水性助溶剂,经45~60 min 烘烤后,获得理想的漆膜。

另外,多功能水性助剂的适量添加,有效提高了漆膜的鲜映性,降低雾影,漆膜的抗刮伤性和耐水性有明显提高。确定了最佳的工艺条件:润湿剂用量为0.5% ;消泡剂用量为0.5% ;增稠剂用量为0.4% ;水性多功能助剂用量为0.5%。

水性汽车罩光清漆的制备

郭逍遥 汤汉良 李树伟 罗 晖 (广州浩宇化工科技有限公司,广东广州 510540)