硝基快干汽车修补漆的制备

0 前 言
硝基涂料是以硝酸纤维素(又称硝化纤维素、硝基纤维素,俗称硝化棉)为主要成膜物,并加入成膜树脂、增塑剂、颜填料和有机溶剂等混合而成的涂料,它是靠溶剂的挥发来干燥成膜的,具有干燥快速、施工方便的特点。硝基涂料可用于家具、五金制品、纸张皮革和汽车等的表面涂装。当它用于汽车表面涂装时,一般作为修补漆使用。因此,硝基涂料必须具备良好的综合性能,能够适应各种户外自然条件的考验,如日光、雨、雪等,还要有持久而良好的光泽、丰满度等装饰性能,以及硬度、冲击等机械强度。本文尝试用1/2 s硝酸纤维素溶液和热塑性丙烯酸树脂制备硝基快干汽车修补漆,并从二者比例、氨基树脂、增塑剂和有机溶剂等影响涂料性能的几个主要因素进行讨论,这样制得的硝基涂料干燥快、光泽高、机械性能好、耐性好、施工方便,满足技术指标的要求。

1 试验部分
1.1 原料与仪器设备
原料:热塑性丙烯酸树脂[固体分(65±2)%]、丁基化三聚氰胺甲醛树脂[固体分(60±2)%]、邻苯二甲酸二丁酯、二甲苯、S-100高沸点溶剂、乙二醇乙醚醋酸酯,国产;金红石钛白粉,美国;分散剂1,荷兰;酞菁蓝、分散剂2,德国;1/2 s硝酸纤维素溶液(固体分30%)、制漆水、稀释剂,自制。
仪器设备:S K-2立式砂磨机、303A-2电热鼓风干燥箱、涂-4#杯、刮板细度计,国产;Q U V老化仪,美国。
1.2 色浆的制备
试验制备的是鲜蓝色硝基快干汽车修补漆,所用色浆是钛白色浆和酞菁蓝色浆,它们的制备参考配方如表1所示。
表1 色浆制备参考配方

生产工艺:先把分散剂溶解在溶剂中,再加入色粉高速分散均匀,最后加入热塑性丙烯酸树脂搅匀,静置24 h后上砂磨机研磨,细度要求≤15 μm。

1.3 鲜蓝色硝基快干汽车修补漆的制备
鲜蓝色硝基快干汽车修补漆制备参考配方如表2所示。

生产工艺:先按配方量投入硝酸纤维素溶液、树脂、增塑剂和大部分的色浆,搅拌均匀,再用剩余的色浆调色,使其符合色板要求,最后用制漆水调配涂料黏度至70~80 s [涂-4#杯,(25±1) ℃]。

1.4 性能检测
将以上制得的涂料用稀释剂稀释到黏度12~16 s[涂-4#杯,(25±1) ℃],用空气喷枪喷涂,流平10 m i n后放入烘箱在70 ℃×30 m i n条件下烘烤(也可常温干燥3 h以上),取出静置冷却后测试性能,其结果如表3所示。

2 影响硝基快干汽车修补漆性能的主要因素
2.1 热塑性丙烯酸树脂的影响
单独用硝酸纤维素制成的涂料干燥速度快、使用方便,但是光泽不高、附着力差、固体分含量低、保光保色性差,很多技术指标无法满足。因此,添加保光保色性良好、混容性好的热塑性丙烯酸树脂,用以改进性能。在本试验中,热塑性丙烯酸树脂一部分直接添加,一部分以与颜料研磨成色浆的方式添加。热塑性丙烯酸树脂对硝基快干汽车修补漆性能影响如表4所示。

从表4可以看出,随着配方中热塑性丙烯酸树脂添加量的增加(相应的硝酸纤维素添加量减少),涂料的固体分增加,光泽、机械性能和耐性等均有显著改善,不过干燥时间变慢。比较来看,当热塑性丙烯酸树脂与1/2 s硝酸纤维素溶液比例在(39∶38)~(48∶29)时,涂料的综合性能良好,满足技术指标的要求。考虑到热塑性丙烯酸树脂的价格比硝酸纤维素溶液高,因此配方中二者添加量采用39∶38。
2.2 氨基树脂的影响
硝基快干汽车修补漆属于外用硝基涂料,在其中采用氨基树脂可以起到提高涂膜光泽、硬度,改善耐水性和耐候性的作用。但是氨基树脂在常温下固化极慢,所以用量较少。本试验中采用丁基化三聚氰胺甲醛树脂,它对硝基快干汽车修补漆性能影响如表5所示。

从表5可以看出,随着丁基化三聚氰胺甲醛树脂添加量的增加,涂料的光泽、硬度、耐冲击性提高,耐水性和耐老化性变好,但是干燥时间延长。比较来看,当丁基化三聚氰胺甲醛树脂添加量为4.5%~6%时,涂料的综合性能良好,满足技术指标的要求,本试验采用的添加量为4.5%。

2.3 增塑剂的影响
硝酸纤维素所形成的涂膜,由于其分子链段上的极性基团之间作用力,使链段敛集而很少有活动余地,所以其涂膜柔韧性很差,在受到外力时易脆裂、收缩及剥落。为了克服涂膜的这些缺点,要在涂料中加入适量的增塑剂。在硝基涂料中所用的增塑剂有油脂型、低分子化合物型和高分子树脂型三种。低分子化合物型增塑剂包括邻苯二甲酸酯、磷酸酯、癸二酸酯和氯化石蜡等,其中的酯类也是硝酸纤维素的溶剂,常被称为溶剂型增塑剂。溶剂型增塑剂中最常用的是邻苯二甲酸二丁酯,它对硝酸纤维素具有较好的溶解性,相容性好,增塑效果明显,并具有较好的抗变黄性;缺点是会降低涂膜的强度,或导致涂膜硬度下降甚至发粘。本试验中采用邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂,它对硝基快干汽车修补漆性能影响如表6所示。

从表6可以看出,随着邻苯二甲酸二丁酯添加量的增加,涂膜耐冲击性、附着力和柔韧性等均有改善,但是硬度降低。比较来看,当邻苯二甲酸二丁酯添加量为2%~3%时,涂料的综合性能良好,满足技术指标的要求,本试验采用的添加量为3%。

2.4 有机溶剂的影响
硝基涂料是靠溶剂的挥发来干燥成膜的,选用合适的溶剂对它的外观和质量有极大的关系。对于硝基涂料用溶剂的选择,需要注意以下几点:
(1) 硝基涂料一般要求快干,但是干燥过快会影响涂膜的流平性、光泽等指标,干燥稍慢些可以保证涂膜的流平及防止流平、泛白。酯类、酮类、醚醇类、酮醇类溶剂为常用的硝基涂料溶剂,称为真溶剂。
(2) 在硝基涂料溶剂中,还常加有醇类作为助溶剂或潜溶剂。醇类单独溶解硝酸纤维素较困难,但是它们具有潜在的溶解能力,在与酯、酮等真溶剂于一定比例范围内混合时,能有同样甚至更大的溶解力。
(3) 在硝基涂料中,除溶剂之外还常适当地掺用一些非溶剂,如甲苯、石油溶剂等以降低成本。当然在掺用非溶剂时,除了选择适当的品种外还要控制其用量,以保证混合溶剂有足够的溶解力。
(4) 为了保证硝基涂料的贮藏性能,制漆时所用混合溶剂的质量要高于施工稀释时用的混合溶剂。由于成品涂料中的混合溶剂有较大的溶解力,所以稀释用的混合溶剂中如含有较多的稀释剂,其溶解力之不足可在涂料中的多余溶剂中得到补偿。
根据以上几点,通过多次试验调配出用于硝基快干汽车修补漆的混合溶剂。其参考配方,见表7。

3 结 论
用1/2 s硝酸纤维素溶液和热塑性丙烯酸树脂制备硝基快干汽车修补漆,当二者比例为38∶39,丁基化三聚氰胺甲醛树脂添加量为4.5%,邻苯二甲酸二丁酯添加量为3%。有机溶剂选择恰当时,该硝基涂料干燥快、光泽高、机械性能好、耐性好、施工方便。

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