涂料助剂对巴士客车用金属闪光漆性能的影响

涂料助剂对巴士客车用金属闪光漆性能的影响
周志雄 1,姜其斌2,曾凡辉2
(1.湖南省新桥职业技术培训总校,湖南长沙 410004;2.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007)

1 前言
上个世纪40 年代,金属闪光涂料出现的一开始就显露出它诱人的前景及独特的装饰效果,使汽车的外观可随观察角的变化而呈现不同的明亮度及色彩,给人一种色彩变幻、或明或暗的神秘、豪华感觉,使汽车的外观装饰达到了一个崭新的境界。随着人民物质生活水平的不断提高,金属闪光涂料的应用也逐步从高档轿车转到普通的巴士客车上。巴士客车用金属闪光漆是以低羟值快干丙烯酸树脂为基料,配以非浮型铝颜料、溶剂、助剂等原料制得的一种高档汽车涂料。它具有优良的耐化学腐蚀性,对可见光的高反射性,对红外线和紫外线的抗辐射性及美丽的金属光泽和双色效应。本文通过选用常温自干型的双组分丙烯酸聚氨酯体系,研究了涂料助剂对巴士客车用金属闪光漆性能的影响,制得了适合巴士客车使用的高性能金属闪光涂料。

2 试验部分
2. 1 主要原材料
丙烯酸树脂:工业级(阿克苏诺贝尔公司),分散剂:化学纯(毕克化学公司),铝粉:工业级(日本东洋公司,牌号为Alcan Toyo 7640 NS),CAB 熔料(20%):自制,流平剂:化学纯(毕克化学公司),铝粉定向剂:化学纯(杜邦公司),防沉剂:化学纯(德谦公司),固化剂N3390:工业级(拜耳公司),混合溶剂:自配。

2. 2 金属闪光涂料的基本配方
2. 2. 1 漆料组分基本配方(质量分数)


2. 2. 2 固化剂组分基本配方(质量分数)

2. 3 金属闪光漆的制造工艺
按配方量称取铝粉、分散剂、铝粉定向剂和溶剂,低速搅匀,浸泡4 h 后待用。按配方量称取树脂、CAB 熔料、流平剂、防沉剂和溶剂,高速分散15 min,然后加入浸泡好的铝粉浆料,低速分散10 min,调整粘度80 ~ 100 s(涂-4 杯),过滤出料。所制得的漆料组分与固化剂组分按6∶1 的比例(质量比)配制成金属闪光涂料。涂料按GB/T 1727–1992的要求喷涂于试板上。

3 结果与讨论
3. 1 湿润分散剂对铝粉分散效果的影响
图 1 为添加湿润分散剂前后在高倍显微镜下观察到的铝粉分散效果图。由图可知,在金属闪光漆中直接加铝粉浆,操作比较困难,铝粉不易分散均匀,易成团起粒,如图1(a)所示。而使用解絮凝型润湿分散剂后可使铝粉颜料均匀稳定地分散在树脂基料中,如图1(b)所示。

不同湿润分散剂对铝粉颜料的性能影响如表1 所示。由表1 可知,添加BYK-110 湿润分散剂时,铝粉颜料有较好的分散性能和好的铝粉白度。主要是由于BYK-110 湿润分散剂含有亲颜料基团的高分子共聚体,这些高分子共聚体通过空间位阻使铝粉颜料解絮凝。实际上,许多无机颜料粒子表面是相当不均匀的,其上既有正电荷位置,又有负电荷位置[2],BYK-110湿润分散剂针对不同的颜料可提供相同的电荷,因此可使带电不同的颜料避免可能的絮凝,从而提高了铝粉颜料的分散性能。另一方面,由于BYK-P104S 的溶液酸值(150 mgKOH/g)远远高于BYK-110 的溶液酸值(53 mgKOH/g),而铝粉颜料是一类两性金属,能和酸碱发生反应而使铝粉白度下降,因此使用BYK-110湿润分散剂能得到较好的铝粉白度。\

3. 2 不同CAB 树脂对金属闪光漆性能的影响
金属闪光漆一般和罩光清漆搭配使用,罩光清漆涂装在闪光漆表面起着防止金属铝粉氧化变黑及提高涂膜的光泽度、丰满度等装饰保护性能。若金属闪光漆的配方设计不当,易造成清漆溶剂下渗,使金属闪光漆漆膜产生回溶和铝粉的再迁移。在金属闪光涂料中加入CAB(醋丁纤维素)树脂,能提高体系的粘度,同时靠溶剂挥发能增加湿膜中紊流和对流时对铝粉颜料运动的阻力,使铝粉颜料有一定的运动自由度,有利于铝粉的排列取向。同时CAB树脂本身为热塑性成膜物质,分子量较大,有良好的抗回溶性,因此可以有效地防止铝粉罩光清漆下渗及对底色漆的回溶[3-4]。其作用示意图如图2 所示[2]。

不同CAB 树脂由于丁酰基含量、粘度有很大的不同,对金属闪光漆的性能影响也有很大的差别。CAB树脂对金属闪光漆性能影响如表2 所示。

从表 2 可知,当两种醋丁纤维素树脂CAB381 和CAB551 搭配使用时,金属闪光漆有最好的综合性能。主要是因为CAB551 树脂是一类高丁酰基含量醋丁纤维素,由于丁酰基极性低,其含量增大时,可使纤维素链得以相间的散布,减少彼此之间的吸引力,漆膜之间的内应力也相应减少,从而提高了涂料与底材的附着力。随着丁酰基含量增加,CAB 树脂在有机溶剂中的溶解度也增大,与其它树脂的相容性变好。所以CAB 树脂丁酰基含量越高,其与底材的附着力、与基料树脂的相容性越好,但抗清漆回溶性和对铝粉定向作用变差。CAB381 树脂是一类中等丁酰基含量醋丁纤维素,综合性能较好,但在某些性能方面仍有一定的不足,须和少量高丁酰基含量的CAB551 树脂搭配使用。经试验研究表明,当CAB381 和CAB551 按8∶1搭配使用时,金属闪光漆有最佳的综合性能。

3. 3 不同蜡浆对铝粉定向排列效果的影响
蜡浆在金属闪光漆中不仅有防沉作用,还有助于铝粉的定向排列。铝粉排列效果可通过可见光反射率来评价,因为若铝粉排列效果越好,则铝粉颜料就会显得越亮,越白,对可见光的反射比例就越高[5]。图3为用分光光度计测得的不同蜡浆对同种铝粉在可见光波段的反射率曲线图。

由图 3 可知,添加某EVA(乙烯–醋酸乙烯酯的共聚物)蜡浆的涂料样品(1#)的反射率高于添加某聚酰胺蜡浆的涂料样品(2#),其平均值达到了65%,即对同种铝粉的定向效果1#样品要好于2#样品。主要是由于1#样品所用蜡浆含有极性锚定基团,能够咬住铝粉颜料,同时其分子之间的氢键作用,能够在整个体系形成带有微触变性的氢键网络结构,从而稳定铝粉颜料,这样在漆膜干燥过程中,由于铝粉颜料被蜡浆所固定,不会随紊流运动,最终获得了一个铝粉排列效果好、明亮、白度高的涂膜。

4 结论
(1) 当选用BYK-110 作为铝粉的湿润分散剂时,金属铝粉具有较好的湿润分散效果。
(2) 选用CAB381 和CAB551 两种醋丁纤维素树脂按8∶1 搭配使用时,金属闪光漆有最佳的综合性能。
(3) 通过分析金属闪光漆漆膜在可见光波段的反射率曲线可知,某EVA 蜡比某聚酰胺蜡具有更好的铝粉定向排列效果。

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