沥青汽车底盘涂料的研制

随着国内汽车工业的快速发展,人们对汽车的防护意识越来越强。传统上,人们对汽车的防护仅仅局限于汽车表面的防护、汽车内部的卫生、健康装饰以及汽车零部件的保养,“烂车先烂底”的观念十分淡薄,现在,汽车底盘护理的观念正在逐渐加强,在国内经济发达的珠三角、长三角领域,汽车底盘防护与否成为车主选择购买的主要关注内容之一。预计到2010 年,我国各类汽车的产销量可达300~400 万辆,汽车漆的需求量也将达15~20 万t[1],可见其有着诱人的发展前景。汽车底盘护理产品,从本质上说属于金属防护产品的范畴,因此,可以借鉴成熟的金属防护技术在这个领域使用。但是,因为汽车属于动态的交通工具,也就是说对汽车底盘的防护是对动态金属的防护,这个特殊的状态又使得传统的金属防护不能直接在这里使用,因为传统的金属防护是针对静态的金属构架进行保护的。所以,汽车底盘防护涂料有着自己特殊的性能要求。尽管如此,技术的发展都是由传承性的,人们可以根据该应用领域的特点,在传统技术的基础上有针对性地加以改进。文章的专题就是在这个理念作用下建立的。从改革开放到目前,我国的汽车底盘护理产品生产技术已经经历的三代:沥青护理产品、油性护理产品、水性护理产品。从性能要求上也有了丰富和发展,例如追求长期护理寿命、生产和施工的环保工业卫生以及隔音、防撞、美观装饰等等。

沥青类底盘护理产品因为其廉价和有效的金属防护等优势,在我们经济不算发达的国家,还具有很强的生命力,深受广大车主的青睐,因此在相当长的时间内还不会消失,实际上,这类产品也是国内主要的汽车护理品种,因此,如何改进现有产品,使其具有较长的使用寿命和良好的性能,同时具有较强的性价比优势,是汽车底盘护理行业的技术人员关注的焦点。根据现有沥青底盘护理涂料的性能,分析了现有产品用于汽车底盘防护存在的优缺点,针对这些问题,提出了改进意见,改性剂又可分为非聚合物和聚合物类两种,其中应用和研究得最为广泛的是聚合物改性沥青[2]。根据制定的方案,进行了实验研究,文章对相关的实验数据进行了比较深入和细致的探讨,最后得出了汽车用改进型沥青底盘涂料的综合性能。文章针对现有沥青底盘护理涂料的改性沥青制备工艺存在大量使用溶剂的现象以及现有汽车底盘防护产品存在的开罐效果、柔韧性、附着力、耐冲击性、耐热性和硬度等方面的缺点,主要研究如下工作:(1) 改善改性沥青的制备工艺:沥青的分散采用美国埃克森美孚D-40 环保脱芳烃溶剂油;入自制保护胶体分散剂;减少了芳烃溶剂的使用量;(2) 合成了适合沥青改性用的聚氨酯;(3) 聚氨酯改性沥青底盘涂料:根据市场上代表性的产品的性能,制定改进的目标,利用聚氨酯对沥青进行了改性;设计正交实验,分析讨论了影响干膜的各种因素。确定最优配方,检验试验产品的改进效果,与设定的目标对比。

1 实验部分
1.1 实验药品
二苯甲烷二异氰酸酯(MDI):工业纯,日本三井;聚醚220:工业级,南京中安化工有限公司;正丁醇:分析纯,广州试剂厂; 沥青类: 10#、70#、90#沥青(茂名石化);溶剂类:D40 溶剂油(埃克森美孚);二甲苯(广州石化);粉体类:滑石粉(800 目);云母粉体(800 目);助剂类:分散剂、消泡剂、触变剂、保护胶体分散剂(自制)。

1.2 实验仪器
反应装置:四口烧瓶、回流冷凝管、温度计、弯管、橡皮塞;搅拌装置:JB90-D 强力电动搅拌机,上海标本模具厂;加热装置:HH-2 型数显恒温油浴埚,金坛市荣华仪器制造有限公司;分散设备:GFJ 型高速分散机,宜兴市精益机械厂;分析仪器:国际涂-4 杯粘度计一个;STM-Ⅲ斯托墨粘度计一台;漆膜圆柱弯曲试验器;漆膜附着力测定仪;漆膜冲击器;邵氏硬度计一个;电子秤一台。

1.3 测试方法
1.3.1 NCO 含量的测定
分析原理:将一定程度的二正丁胺加入到预聚体中,游离的异氰酸根基团很容易在室温下和二正丁胺反应。过剩的二正丁胺用标准的盐酸标准溶液滴定。同一个分析人员作相同的分析试验和平行分析试验,相对误差不超过1 %;两个分析人员做的分析结果的相对误差不超过2 %。
1.3.2 涂膜性能测试标准
涂料粘度:GB/T1723-93;GB/T969-88;涂料柔韧性:GB/T6742-86;涂料附着力:GB/T9286-98;涂料耐冲击性:GB/T 1732-93;涂料硬度:GB/T531-99;涂料耐酸雾试验:GB/T1771-91。

1.4 实验步骤
1.4.1 聚氨酯的合成
(1)首先将聚醚中加入3 %的吸水分子筛,静置48 h,检测含水<0.05 %;(2)将脱水的聚醚按照配方量加入带有搅拌、加热、密封、通干燥氮气的四口烧瓶,然后再加入剂量的MDI;(3)通干燥氮气置换烧瓶空间的所有空气,确保空间内没有水分,启动搅拌,记录反应温度,升温,计时开始;(4)控制反应温度在70~85 ℃,反应时间大约60~90 min,取样测定异氰酸根含量在3.36 % ± 0.1 %为终点;(5)加入计量的正丁醇,维持反应温度不变,直到取样测定异氰酸根含量为零。(6)撤掉保护气体,降到室温,出料备用。

1.4.2 沥青的预处理
1.4.2.1 沥青溶解操作
将沥青加热溶解,在温度小于120 ℃的时候,按照沥青:二甲苯=7.5:2.5 的比例加入二甲苯,用分散机混合均匀,降至室温备用。测定体系内沥青含量,一般为70~75 %左右。
1.4.2.2 沥青分散操作
(1)将一定份数的D40 溶剂油加入分散缸内,加入自制的保护分散剂,量为D40 重量的2 %,高速分散,活化分散剂使得体系成为透明的有粘稠性的流体,涂4 杯测定粘度40~60 s。
(2)高速搅拌下,往分散缸内加入溶解好的沥青溶液,高速分散5~10 min。(3)将分散好的物料放入烧杯内观察效果,检测相关的性能。

1.4.3 聚氨酯改性沥青底盘涂料的制备
1.4.3.1 参考配方
参考配方见表1。
表1 参考配方

1.4.3.2 操作过程
操作步骤如下:
(1)按照配方,分别在分散缸中加入制备的沥青分散体和聚氨酯树脂,150~250 r/min 混合均匀。(2)加入润湿分散剂、消泡剂等助剂,混合均匀。(3)加入粉体,转速调整到800~1000 r/min,分散15~20 min,检测细度<35 um。(4)转速调整到250~400rpm,小心加入触变剂和增稠剂,调整粘度为85~95 KU/25 oC。检测施工效果,合格即可包装。

1.5 施工方法
(1)用清洗剂对底盘进行清洗除锈后,把泥沙、油污和其它杂物清洗掉,用清水洗干净清洗剂,露出原来的金属表面,风干。(2)将底盘涂料一次喷涂上底盘,自然干燥。
2 结果与讨论
2.1 沥青的预处理结果分析
采用保护胶体分散剂制备的沥青分散体,可以把沥青均匀分散到体系内,能够把沥青有害物包起来,稳定性相当好。沥青分散体可以减少芳烃溶剂的使用量,有效地遮住沥青和二甲苯的味道,减少沥青的刺激性气味,提高生产、施工的工业卫生环境。
2.2 干膜性能分析
主要分析干膜的柔韧性、附着力、耐冲击性、耐热性、硬度、耐酸雾、浸水锈蚀和产品稳定性等几项指标[3]。
2.2.1 正交实验的设计
采用正交分析方法对实验结果进行总结和讨论。首先分析关键因素,因为商业秘密的原因,笔者不对影响产品状态的关键因素助剂作过多的研究,在这里主要对影响干膜的因素做讨论。因为干膜不存在溶剂,不考虑溶剂的影响,因为助剂仅仅对产品的罐内状态有影响,所以助剂也不在考虑的范围内。因为沥青、聚氨酯和粉体是主要的成膜物质,所以列为主要因素,分别设为A、B 和C。探索试验告诉我们主要因素选择以下的范围。
实验因素水平见表2。

2.2.2 干膜最优化性能总结
根据实验的数据,分别得出了聚氨酯改性沥青制作汽车底盘护理涂料的各个性能最佳时的配方,根据实际应用的要求,选出理想的关键因素的配方,见表3。
表3 干膜各个性能最佳的配方

根据上述配方,分别制备产品,分析对比相关的性能,列表4。
表4 干膜最优配比制成的产品的性能

根据表4 对比,发现除了最优耐热和最有硬度配方的柔韧性不够理想外,其他配方都能满足实际应用的要求。因此,从最低成本考虑选择生产使用配方。一般使用最优硬度配方生产。

2.3 改性目标与实际结果的对比
结果对比见表5。
表5 沥青改进型底盘涂料涂膜性能预定目标和典型的实际指标

2.4 产品稳定性分析
上述各配方产品,储存期在两年以上。稳定性达到预期目标。

3 结论
通过实验研究结论如下:
(1)沥青预处理实验表明传统产品状态均匀的黑色流体,有刺激性溶剂味道和沥青味道,改性沥青汽车底盘涂料开罐效果为状态均匀的黑色流体,略有溶剂味道,几乎没有沥青味道。
(2)改性沥青汽车底盘涂料干膜性能的研究表明:
1)传统产品干膜的柔韧性只能达到5 mm,说明干膜的柔韧性不足,改性沥青汽车底盘涂料干膜柔韧性为1.0~2.5 mm。
2)传统产品附着力2 级,改性沥青汽车底盘涂料干膜附着力为0 级,附着力效果更好。
3)传统产品产品的耐冲击性只有0.35 m,说明受到飞石冲击的时候很容易破坏底盘护理干膜,改性沥青汽车底盘涂料干膜耐冲击性为0.83~1.0 m。
4)传统产品耐热性50 ℃变软,表面发粘,吸尘,这样的产品在夏天,表面会吸收飞扬的粉尘并且难以清洗,改性沥青汽车底盘涂料干膜耐热性是50 ℃时底盘胶变软,但不发粘,吸尘性微弱。
5)传统产品硬度100 邵氏,硬度太高则易碎,难以抵抗汽车高速运动时产生的飞石的撞击,改性沥青汽车底盘涂料干膜硬度为68~92 邵氏。
6)耐酸雾试验为优秀,通过了浸水锈蚀试验。
7)产品储存期为两年比传统产品多了一年。
通用实验研究表明,聚氨酯改性沥青底盘涂料的综合性能有显著的改善,达到了预期目标,同时具有很好的环保意义。

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