消光粉在汽车涂料中的应用

0 引言
涂料不仅赋予被涂物以保护作用,还有一个很重要的作用就是赋予被涂物漂亮的外观。现今人们不仅对涂料的性能越来越重视,对涂膜外观的要求也越来越高,特别是汽车涂料,现在市面上出现了各种颜色和各种光泽的面漆供人选择。由于亚光表面的物体给人以稳重典雅的感觉,所以人们对亚光涂料越来越喜爱,所占的比例也越来越大。气相二氧化硅(俗称白炭黑)作为常用的消光剂,而被广泛使用。但是亚光涂料经常遇到的一个问题,就是生产厂在对亚光涂料进行出厂检测时,光泽是符合客户要求的,但是客户在实际使用过程中反映光泽偏高或者偏低;同时由于涂料生产商与客户在使用涂料的过程中,有时候对涂料的干燥方式不同,也会产生类似的问题。笔者的公司在生产亚光羟基丙烯酸汽车面漆时就遇到了这一问题,公司内部品质部检出的光泽是符合客户要求的,但客户投诉该面漆入场检测光泽偏低,要求退货。正是由于这个原因,本文就这一问题对消光粉在羟基丙烯酸涂料中的消光能力作了一系列的实验,以考察消光粉本身的影响、常温干燥与烘烤干燥的光泽差别问题,以及膜厚不同的光泽差异问题。

1 实验部分
1.1 原材料
羟基丙烯酸树脂:DIC ;钛白粉:杜邦;助剂:BYK、楠本化成等;消光粉:德固赛OK607 ;溶剂;异氰酸酯树脂:旭化成。

1.2 实验仪器
振荡机;高速分散机;电子天平;25 μm 刮板细度计;烘箱;玻璃板;150 μm 湿膜制备器;250 μm湿膜制备器;BYK 光泽仪。

1.3 实验方法
(1) 根据配方(见表1)把羟基丙烯酸树脂与助剂、少量溶剂预先搅拌混合,然后在搅拌的情况下加入钛白粉,继续搅拌直至钛白粉均匀分散在树脂溶液中。

(2) 把玻璃珠放入预分散好的钛白浆中,放入振荡机中振荡至钛白浆细度≤ 10 μm,取出,过滤,并添加剩余的羟基丙烯酸树脂与溶剂,分散均匀后,备用。
(3) 分别称取相同质量的上述白漆,分别按照涂料总质量的1%、2%、3%、4% 和5%,在搅拌的情况下缓慢添加消光粉OK607,不断搅拌,直至消光粉均匀分散在涂料中。
(4) 将制作好的白漆按照n-OH ∶ n-NCO= 1 ∶ 1.1分别与固化剂混合后,按照GB/T 9754—2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60° 和85° 镜面光泽的测定》中的规定分别在玻璃板上用150 μm 的湿膜制备器刮涂,每个不同的消光粉添加比例的涂料各刮涂2 块玻璃板,其中1 块置于室温下让其常温干燥,1 块刮涂好后立刻放入80℃烘箱中烘烤1 h 后取出。
(5) 分别称取相同质量的上述白漆,分别按照涂料总质量的1%、2%、3%、4%、5%、6% 和7%,在搅拌的情况下缓慢添加消光粉OK607,与固化剂混合后,仍按照GB/T 9754—2007 中的规定,用250 μm 的湿膜制备器刮涂,每个不同的消光粉添加比例的涂料各刮涂1 块玻璃板,置于室温下让其常温干燥。
(6) 24 h 后测定这些色漆样板的60° 光泽。

2 结果与讨论
2.1 消光粉的作用机理
加入消光粉的羟基丙烯酸涂料施工后,由于其黏度较高,刮出的涂料湿膜感觉上较厚,消光粉粒子都包含在涂膜内部,涂膜表面是光滑平整的,当溶剂逐渐挥发后,涂膜变薄,消光粉的粒子凸出涂膜表面,涂膜表面就变成了不均匀的凹凸状态,呈现粗糙表面。所以在涂层体系内部均匀分散的消光粉的粒径与涂膜的厚度适宜时,使涂膜表面产生不同程度的粗糙度。不均匀的表面和微弱的粗糙度,在涂料内部使透入光散射,再由涂膜表面散射、反射出来,使涂膜光泽下降,从而产生消光效果。
2.2 结果对比
2.2.1 消光粉的添加比例对涂膜光泽的影响
对实验方法步骤(5)中250 μm 湿膜进行常温干燥的样板进行60° 光泽测试,所得数据见图1。

图1 消光粉添加比例对涂膜光泽的影响
由图1 可见:消光粉对光泽的影响呈现出3 个变化阶段:第1 阶段,随着消光粉添加量的增加,对光泽引起的变化很小;第2 阶段,随着消光粉添加量的少量增加,光泽呈现出突然下降的趋势;第3阶段,这个阶段涂膜光泽的变化与第1 阶段的变化几乎相同,即随着消光粉添加量的增加,对光泽的影响也很小。

2.2.2 干燥方式的影响
对实验方法步骤(4)中150 μm 湿膜进行常温干燥与烘烤干燥的样板分别进行60° 光泽测试,所得结果见图2。

1—常温干燥;2—烘烤干燥
图2 干燥方式对涂膜光泽的影响
由图2 可见:干燥方式不同,消光粉对涂膜光泽的影响也不同,烘烤干燥的光泽明显比常温干燥24 h后的光泽偏高。

2.2.3 膜厚对光泽的影响
对实验方法步骤(4)和步骤(5)中分别用150 μm和250 μm 湿膜制备器刮涂好的进行常温干燥的样板测定光泽,所得数据如图3 所示。

1—6 mil 湿膜;2—10 mil 湿膜
图3 膜厚对涂膜光泽的影响
由图3 可见:涂膜的厚度对光泽的影响也很大。涂膜越厚,则相同量的消光粉对光泽的影响越小,即光泽越高。反之涂膜越薄,影响越大,即光泽越低。

3 结语
通过以上一系列的实验可以得出如下结论:消光粉对光泽的影响并不呈现线性变化,而是随着消光粉添加量的增加呈现出先缓慢下降,接着突然下降,最后再缓慢下降的变化趋势。所以在生产亚光羟基丙烯酸面漆,而消光物质又使用气相二氧化硅时,就要特别注意消光粉的添加量,不要因为消光粉的过量添加,从而造成光泽超出要求范围。同时根据结论,光泽还会因为干燥方式和膜厚
的不同而不同。根据以上结论,笔者通过对公司现场调色员的调查和自己观察得知,为了缩短羟基丙烯酸面漆的生产周期,调色员在每次调色喷板后,通常都是马上把喷好的样板放进80℃的烘箱中烘烤30 min,然后拿出样板,稍微冷却后就测试样板的颜色和光泽。笔者又针对这一问题去请教客户公司的检测部相关人员,他们告诉笔者,客户公司检测光泽的依据是国标GB/T 9754—2007,干燥方式是自然干燥。所以说笔者确定这次因为光泽造成的退货原因正是因为双方在制作面漆样板时,采取的喷涂方式与干燥条件不同引起的。可见,涂料生产厂商在接到亚光羟基丙烯酸面漆订单前,最好事先确认客户对涂料入场检测的方法,确定客户是采用喷涂方式进行制板,还是刮涂方式进行制板。如果采用喷涂的方式进行制板,则要确认客户对膜厚的控制范围;同时还要确认客户进行性能测试的样板底材,采用的干燥方式。如果生产厂家和客户在以上问题上的分歧较大,生产厂家甚至可以建议客户按照GB/T 9754—2007 中的规定进行测试。
以上结论仅仅是笔者针对一种消光粉在羟基丙烯酸面漆中因各种环境和人为因素对光泽产生的影响而得出的结论。其实影响光泽的因素还很多,树脂的种类、消光粉在涂料中的粒径和分散度对光泽的响都非常大。

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