0 前言

随着人民生活水平的提高和环保意识的增强，对汽车涂料的要求越来越高。原有的汽车修补漆品种，如丙烯酸、传统丙烯酸聚氨酯等虽然耐候性好，保光保色性佳，但普遍存在着光泽、丰满度欠缺等不尽人意之处，同时由于VOC 超标，给环境带来严重的污染。

为此，我们研制出高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆，它在保持传统丙烯酸聚氨酯优异性能的同时，着重提高了光泽、丰满度等指标，达到高装饰性与环保的要求中国机械网okmao.com。

1 实验部分

1.1 原料

树脂：高固体分丙烯酸树脂（固含量70%），聚酯树脂（固含量75%）；

颜填料：金红石型钛白粉（进口），酞菁蓝，炭黑，氧化铁红；

固化剂：N 3390；

助剂、溶剂等。

1.2 涂料的制备

1.2.1 涂料配方

涂料配方见表1。

表1 蓝灰高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆参考配方

施工配比：主剂∶固化剂=6∶1。

1.2.2 生产工艺

将部分树脂、颜料、助剂、溶剂等搅拌均匀后，进行砂磨分散至细度小于15 μm；然后加入剩余树脂、助剂、溶剂等，搅拌均匀后检测，合格后过滤包装。

1.2.3 涂膜性能指标

涂膜性能指标见表2。

表2 蓝灰高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆性能指标

2 结果与讨论

鉴于汽车组装厂的车头和车厢涂装生产线的涂装工艺是：磷化处理好的车头或车厢湿碰湿喷涂2 道底漆→ 80℃烘干30 min →打磨和点补腻子→80℃烘干30 min →喷涂1 道面漆→流平10 min →喷涂2 道面漆→ 80℃烘干30 min，因此面漆的光泽受到底漆的影响。为了真实地反映这种情况，我们面漆的光泽是在烘干的底漆上喷涂面漆再于80℃烘干30 min 后所测得的光泽。另外面漆的丰满度受多种因素影响，但是其重要影响因素是涂膜厚度。为了获得高的丰满度，我们采取提高面漆施工固含量的方法，即研制高固体分涂料。

2.1 树脂的影响

2.1.1 丙烯酸树脂的影响

高固体分丙烯酸树脂作为高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆的基料，其性能的好坏将对面漆的性能产生决定性的影响。为了达到高固低粘的目的，通常采用降低相对分子质量等途径，如果控制不好，将直接影响使用性能。我们选择了几种丙烯酸树脂（固含量70%）制成涂料并与传统丙烯酸树脂进行对比，其性能指标见表3。

注：样品6 为传统的丙烯酸树脂。

从表3 中可以看出：不同品种的丙烯酸树脂在光泽、硬度上相差较大，经过反复比较，样品2具有较好的综合性能，其固含量为68%~71%，羟值为67 mgKOH/g，粘度3.5~6 Pa·s（25℃），相当于格式管（25℃）40~80 s。

2.1.2 聚酯树脂的影响

为了进一步提高高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆的丰满度、光泽等，我们选择了在丙烯酸树脂中拼入高固含聚酯树脂，由于聚酯树脂对颜填料的润湿性好，可进一步提高光泽。我们选择了几种配合比例，实验结果见表4。

表4 聚酯树脂用量对漆膜性能的影响

干燥条件：（80±2）℃ ×30 min。

显然，拼入聚酯树脂的量以15%~25%左右为宜，过量则涂膜表干时间延长，性能变差，不利于使用。

2.2 固化剂的影响

固化剂对涂料的性能产生十分重要的影响，由于汽车涂料要求高耐候性、高装饰性，因此只能采用脂肪族或脂环族固化剂。常用的有HDI 缩二脲、HDI 三聚体，IPDI 三聚体。IPDI 三聚体活性较低，价格较贵，因此较少采用。HDI 三聚体与HDI 缩二脲相比具有干燥速度快、涂层硬度高，以及耐候性更好等特点，特别是粘度更低，非常适合于高固体分涂料，因此我们选择了德国拜耳公司的DesmoderN-3390 作固化剂，既保证高固体分、低粘度，又具有好的耐候性、固化性及较长的使用期。

2.3 助剂的影响

2.3.1 润湿分散剂的影响

高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆要获得高光泽和优异的稳定性，必须对润湿分散剂进行选择，它决定了颜填料分散的好坏，从而决定涂膜的光泽、贮存稳定性等。我们选择了几种分散剂，其对涂料性能的影响见表5。

从表5 可见：Disperbyk-166 较好，为了进一步改善颜料的润湿分散性，我们采用美国陶氏化学公司的一种多功能添加剂作为辅助润湿剂，由于它有比水更强的表面吸附能力，能取代单层水分子膜，帮助颜料更充分、更快速地润湿，使颜料得以充分分散，使其着色力、遮盖力和光泽等固有性能最大限度地发挥出来。同时，多功能添加剂可以改善溶剂的释放，我们在颜料分散阶段加入5% 的多功能添加剂后，涂膜性能变化如表6 所示。

由表6 可看出：随着多功能添加剂的加入，漆膜光泽得以提高，同时表干时间缩短，从而缩短不粘尘时间。

2.3.2 流平剂的影响

高装饰性丙烯酸聚氨酯涂料由于采用了比较高官能团含量的低聚物，同时采用比较高极性、高表面张力的溶剂以获得低粘度，从而导致涂膜表面缺陷的产生机会比传统涂料要多。为此，必须加入一定量的流平剂。

经过实验，BYK-300 效果不错，但是当其用量小于0.5% 时，涂膜流平性不佳，出现桔皮，用量大于1% 时出现层间附着力问题，经过反复实验，其合适用量为0.8% 左右，此时涂膜光滑平整，流平性很好。此外，在实际使用中，我们发现流平剂种类不同对涂膜后期光泽产生不同的影响，将加入不同种类流平剂的涂料喷涂于有底漆的玻璃板上，在80℃ ×30 min 条件下烘干，放置一定时间后测光泽，其结果如表7 所示。

由表7可以看出：有些流平剂会引起涂膜后期光泽降低，究其原因可能是与树脂相容性不好所引起。

2.3.3 防流挂剂的影响

高装饰性丙烯酸聚氨酯涂料比传统涂料容易出现流挂现象，根据文献分析可能与其溶剂挥发的速度较慢有关。

其原因可能是：①由于较高的表面张力，高固含量涂料的雾化粒子较常规涂料更大一些，这样较小的表面积和体积的比例将导致较慢的溶剂挥发速度（当然可通过调整喷涂设备来达到同样的雾化效果）。

②可能与依数性有关，在高固含量涂料中树脂的相对分子质量均较低，同时，含量较高，在这种情况下，溶剂分子与树脂分子的比例将明显低于常规涂料，这无疑导致了溶剂挥发速度降低。

③溶剂的挥发与扩散速度与浓度梯度有关，高固体分涂料溶剂的浓度远低于常规涂料，它的挥发速度自然要慢一些。因此，高固体分涂料必须加入较多的抗流挂剂才能保证良好的施工性，在这种情况下，将对光泽产生不利影响。常用的抗流挂剂主要是有机膨润土类、蓖麻油衍生物类、金属皂类、聚乙烯蜡等蜡类、气相二氧化硅等。

金属皂类易消光，蓖麻油衍生物类用于非极性到弱极性溶剂中，因此实际可选择的是有机膨润土类，蜡类和气相二氧化硅类，我们选择了3 种防沉剂作比较，分别是进口膨润土SD-2（美国），229 聚酰胺蜡、R972 气相二氧化硅，当其用量为1%时对光泽的影响见表8。

由表8 可见：R972 气相二氧化硅对涂膜光泽的影响较小，因此比较适合。经过实验，确定其用量在0.8% 左右较好。

2.3.4 功能性填料的影响

单纯依靠选用高固低粘的树脂提高施工固体分毕竟有限，因为目前高固体分丙烯酸树脂的固含量一般不超过70%。为进一步提高高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆的固含量，我们在不影响涂膜光泽的前提下拼入一种特殊的功能性填料——空心玻璃微珠，由于其低的吸油量而对涂膜光泽影响很小，同时由于流动性好而对流平性影响也很小。在高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆中拼入一定比例的空心玻璃微珠，其施工固含量可提高5%~8%，大大提高了汽车面漆的丰满度。

2.4 溶剂的影响

高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆含溶剂较少，其对调整涂料粘度，施工性能起重要作用。我们通常要求溶剂能尽可能降低涂料粘度，这样可提高施工固含量，从而提高丰满度。为了比较溶剂的溶解性，我们取100 g 树脂加入50 g 溶剂，其粘度变化如表9 所示。

从表9 可以看出：不同溶剂对树脂粘度影响很大。酮类降粘速度最快，其次是酯类。当然如果采用单一溶剂，由于挥发不平衡，易出现桔皮、流挂等缺陷，我们经过反复实验，采用以酮、酯类溶剂为主的混合溶剂，效果很好。

3 结语

通过对树脂、溶剂、助剂等的精心筛选，研制出高装饰性丙烯酸聚氨酯汽车面漆。该漆具有如下特点：具有优异的丰满度，高光泽和鲜映性；该漆可自干也可在（80±2）℃条件下30 min 干燥，可满足汽车面漆涂装流水线对干性的要求。