汽车用罩光清漆的工艺技术研究
郭逍遥;汤汉良;李树伟;罗晖;郭伟杰;曾学良;钟仲谋
【摘 要】The key technology skill of automobile clear topcoat used universally was studied in this article, focusing on the pilot production of waterbased acrylic polyurethane dispersion and selection of waterbased addi-tives. The product could be used for either OEM or refinish, the VOC content was less than 21% , and con-tained no corrosive substances, which was an environmental friendly and energy saving system. Through exper-iments, the optimal process conditions were determined; wetting agent 0. 5% , defoaming agent 0. 5% , thick-eners 0. 4% , aqueous multifunctional additives 0.5%. Through the study on the production technology, the application technology was improved and set a solid foundation for further uses in market.%对生产汽车通用水性罩光清漆的工艺技术进行了研究,重点阐述了该汽车通用罩光清漆的水性丙烯酸聚氨酯分散体的中试合成及水性助剂的选择；该产品无论是用作原厂漆、还是用作修补漆,其VOC含量都低于21％,不含腐蚀性物质,环保节能.通过试验确定最佳工艺条件:润湿剂、消泡剂、增稠剂和水性多功能助剂添加量(质量分数)分别为0.5％、0.5％、0.4
％和0.5％.通过对生产工艺条件的研究,汽车罩光清漆的施工应用性能大大提高,为水性罩光清漆的应用推广打下了坚实的基础.
【期刊名称】《涂料工业》
【年(卷),期】2013(043)002
【总页数】3页(P59-61)
【关键词】罩光清漆;水性;通用;助剂
【作 者】郭逍遥;汤汉良;李树伟;罗晖;郭伟杰;曾学良;钟仲谋
【作者单位】广州浩宇化工科技有限公司,广州 510540;广州浩宇化工科技有限公司,广州 510540;广州浩宇化工科技有限公司,广州 510540;广州浩宇化工科技有限公司,广州 510540;广州浩宇化工科技有限公司,广州 510540;广州浩宇化工科技有限公司,广州 510540;广州浩宇化工科技有限公司,广州 510540
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ633.5+2
随着汽车工业的蓬勃发展，生态平衡的要求和生活水平的提高，人们对汽车的高装饰性要求越来越高，高性能汽车罩光清漆是最终决定汽车是否美观的关键［1］。罩光清漆除了要求有美丽的外观外，还要求具有抗光氧化、耐水解、耐划伤、耐酸雨、抗撞击、抗雷雨及耐晒、耐汽油等性能。但是高质量的汽车漆在现有的涂装线上不一定能适用，这既有涂装线施工条件问题，也有施工技术与现有涂装线相适应的问题［2］，所以进行产品工艺技术开发和微调，以适应不同涂装流水线工艺，模拟汽车厂涂装线工艺环境进行涂料最佳施工参数的研究，开发适应特殊工序和新涂装工艺的高性能汽车通用罩光清漆具有深远的意义。
1 实验部分
1.1 主要原料与器材
甲基丙烯酸甲酯( MMA) 、六亚甲基二异氰酸酯( HDI) 、二羟甲基丙酸( DMPA) 、甲基丙烯酸羟丁酯( HPA) : 均为化学纯，市售;润湿剂、消泡剂AB: 分析纯，德国BYK; 二甲基乙醇胺( DMEA) : 分析纯，广州市尚国化工有限公司; 链转移剂( TPMS) :分析纯，无锡市致远化学品
有限公司; 引发剂( AIBI) :分析纯，广州昊毅化工科技有限公司; 精密电子天平: BL－2000A，上海亚津电子科技有限公司;光泽仪:德国BYK AG－4446，深圳市时代之峰科技有限公司; 摆杆硬度计: BGD 509，广州标格达实验室仪器用品有限公司。
1.2 水性丙烯酸聚氨酯分散体中试合成
1.2.1 含羧基的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的合成［3－4］
在氮气环境下，以4 kg 的甲基丙烯酸甲酯为溶剂，将13.8 kg低聚物多元醇、4 kg 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，得到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
向1.2.1 所得的聚氨酯预聚体中加入2 kg 甲基丙烯酸羟丁酯，在85 ℃下反应2 h，得到分子链含羧基和含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
向1.2.2 所得聚氨酯预聚体中加入0.7 kg 中和剂二甲基乙醇胺，使体系pH 达到7，然后在搅拌状态下加入26 kg 蒸馏水进行分散，得到水分散型聚氨酯预聚体。
1.2.4 丙烯酸聚氨酯水分散体的合成
向1.2.3 中所得预聚体中加入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 蒸馏水所组成的溶液，反应4 h 后保温1 h，得到含羟基的丙烯酸聚氨酯水分散体。其水性丙烯酸聚氨酯分散体的合成示意图如图1 所示。
图1 合成示意图Fig．1 Synthesis Diagram
汽车罩
1.3 润湿剂的选择［5］
选择德国BYK 公司的水性润湿剂A、B，国产水性润湿剂C 进行测试。在水性丙烯酸聚氨酯分散体中分别以0.2%、0.5%、0.8%的质量分数添加，利用涂膜刮涂器制得20 mm ×12 mm 的漆膜，考察润湿剂种类及用量对涂料性能的影响。
1.4 消泡剂的选择［5］
在100 mL 量筒中加入50 mL 水性丙烯酸聚氨酯分散体，相同条件下加入不同类型消泡剂A、B、C，上下晃动20 次，分别在0 min、2.5 min、5 min 测量所产生的泡沫体积，2 周后重复试验其长效性。首先确定最佳消泡剂种类，选取最佳消泡剂后，分别以0.25%、0.5%、0.75%的质量分数进行对比实验。
1.5 增稠剂的选择
选用缔合型碱溶胀增稠剂A 和聚氨酯增稠剂B、C( 进口)进行对比测试。在水性丙烯酸聚氨酯分散体和水的混合液中分别加入增稠剂，以1 000 r/min高速分散10 min。
1.6 产品性能测试［6－8］
1.6.1 不挥发组分的测定
取样品参照GB/T 1725—2007 标准进行测定。
1.6.2 酸值的测定
取样品参照GB/T 6743—2008 标准进行测定。
1.6.3 黏度的测定
取样品参照GB/T 12008.8—1992 标准进行测定。
1.6.4 pH 的测定
取样品参照GB/T 8325—1987 标准进行测定。
1.6.5 密度的测定
取样品参照GB/T 6750—2007 标准进行测定。
1.6.6 羟值的测定
取样品参照GB/T 12008.3—2009 标准进行测定。
1.6.7 水分散体的性能检测
含羟基丙烯酸聚氨酯水分散体是涂料成膜物质，其性能决定最终产品质量。其性能指标如表1 所示。
表1 水分散体的性能指标Table 1 Performance index of waterborne dispersions项目 指标w( 不挥发组分)/% 45酸值/( mgKOH·g －1) 7黏度(23 ℃) /( mPa·s) 2 300 pH 7密度(23 ℃) /( g·mL －1) 1.05 w( 羟基)/% 4
2 结果与讨论
润湿剂对涂料性能影响如表2 所示。
表2 润湿剂对涂料性能的影响Table 2 The influence of wetting agents on paintw(润湿剂) /%润湿剂A B C 0.2 有缩边，少量缩孔，透明无缩边，极少量缩孔，透明明显缩边，大量较大缩孔，透明0.5 轻微缩边，无缩孔，轻微不透明有缩边，少量缩孔，透明0.8 无缩边，无缩孔，明显浑浊涂膜无缩边，无缩孔，涂膜透明涂膜无缩边，无缩孔，透明轻微缩边，少量缩孔，透明
由表2 可见，润湿剂B 具有较强的降低表面张力的能力，展布性能较好，相容性好。润湿剂A 有一定的降低表面张力的能力，但是与体系相容性稍差，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。
由于水的表面张力比较高，在水性涂料中需添加适当的润湿剂降低体系的表面张力，增强对底材的润湿和渗透性，提高流平和层间附着力。
消泡剂用量对涂料性能的影响如表3 所示。
表3 消泡剂对涂料性能的影响Table 3 The influence of defoaming agent on paint项目w(消泡剂)/%0.25 0.5 0.75起泡性 有少量泡 泡极少 无泡有无漆膜缺陷 漆膜平整，无缩孔漆膜平整，无缩孔漆膜微皱，有缩孔
由表3 可见，体系中消泡剂的最佳添加量为0.5%。由于在水性涂料中，助剂的加入更易产生泡沫，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，长期耐水性和耐候性差，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，因此最佳的消泡剂选择要有良好的消泡作用而不会产生漆膜缺陷。
增稠剂用量对涂料性能的影响如表4 所示。
表4 增稠剂对涂料性能的影响Table 4 The influence of thickening agent on paint项目w(增稠剂B)/%0.2 0.4 0.6初始黏度/( mPa·s)92 95 94 2 周后黏度/( mPa·s)65 89 75
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，就流变性能而言，无论是用量、增稠性和长期贮存后的效果，增稠剂B 都占优势。实验表明，增稠剂最佳工艺添加量为0.4%。
3 验证试验
称取水性丙烯酸聚氨酯分散体100 g，依次向其中加入润湿剂、消泡剂、增稠剂、多功能助剂和水，得到组分A，其中各组分的添加量如表5 所示。