高性能超固化（快干）汽車修補(bǔ)清漆的開發(fā)與研究
2024-08-01 14:43:44
admin
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隨著汽車修補(bǔ)漆行業(yè)特別是快修行業(yè)的發(fā)展，清漆綜合性能的提升日益重要。清漆作為汽車修補(bǔ)的最后一層，也是給人直觀印象的一層，其固化速度對(duì)快修工作效率、能耗的影響不可忽略，其外觀、手感及耐性等綜合性能直接影響客戶的滿意度 。然而，在汽車修補(bǔ)漆中，清漆快干與綜合性能好一直都難以兼得，行內(nèi)的普遍認(rèn)識(shí)是：快干清漆特別是超固化清漆，存在活化期短不適合大面積噴涂、漆膜收縮失光明顯、硬度偏低等一系列漆膜缺點(diǎn)。因此，開發(fā)一款具有較長(zhǎng)活化期并且綜合性能良好的超固化清漆極其重要。
具有較長(zhǎng)活化期的超固化清漆：一是施工液本身初始黏度較低，并且黏度上升速度慢，以獲得較長(zhǎng)的可使用時(shí)間；二是施工（噴涂）后物理風(fēng)干和化學(xué)固化同時(shí)進(jìn)行。物理風(fēng)干方面要求具有較長(zhǎng)的溶劑釋放時(shí)間以使其可以大面積施工；化學(xué)固化方面要求具有較快的交聯(lián)反應(yīng)速度。本團(tuán)隊(duì)在前期研究中，清漆組分選擇一種對(duì)羥基苯甲酸為羥基單體合成的多元醇超固化樹脂作為主體樹脂，拼入一種超支化聚酯多元醇樹脂（HPE）作為輔助樹脂 ；清漆組分中還探究不同溶劑對(duì)清漆黏度、揮發(fā)速率的影響，以及二月桂酸二丁基錫催干劑（T-12）的用量對(duì)固化速度、交聯(lián)密度等漆膜性能的影響。另外，固化劑組分中探究不同固化劑（HDI、IPID）用量及搭配對(duì)固化速度、交聯(lián)密度等漆膜性能的影響。以使清漆、固化劑按比例混合后，施工液具有較長(zhǎng)活化期，漆膜表干較慢可大面積施工而實(shí)干速度極快且具有高外觀、高性能等優(yōu)點(diǎn)。
樹脂SAP10742（Tg =60 ℃）：廣州駿聚；樹脂Setalux1290（T g=60 ℃）：湛興樹脂；多元醇超固化樹脂AK336（Tg=60 ℃）：廣州俊希；流平劑（RH362）：金力高；消泡劑（BYK141）：畢克化學(xué)；二月桂酸二丁基錫催干劑（T-12）、超支化聚酯樹脂 HPE：江門慧宇化工；HDI 固化劑（Basf HI-100）：巴斯夫；HDI 固化劑（Bayer3790）、IPDI 固化劑（Bayer4470）：拜耳；醋酸正丁酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、甲基正戊基酮（MAK）、環(huán)己酮（CYC）、乙氧基丙酸乙酯（EEP）、丁二酸二甲酯（DBE）：市售；底色漆：雅圖高新；紫外光吸收劑（1130）、光穩(wěn)定劑（292）：汽巴。
試驗(yàn)用主要儀器設(shè)備見表1。
采用溶脹法測(cè)試漆膜干燥過程中的交聯(lián)密度，用漆膜刮涂器，將施工液均勻刮涂于玻璃板上，在不同時(shí)間段切取漆膜（1 cm×1 cm×漆膜厚度，漆膜厚度用千分尺量?。┳鳛樵嚇樱瑴?zhǔn)確稱量后浸泡于裝有足量醋酸丙酯的可密閉燒瓶中 ，待試樣溶脹至平衡（質(zhì)量不在變化）,每個(gè)試樣做平行測(cè)試2~3次，溶脹率計(jì)算公式如式（1）所示。測(cè)試過程中，漆膜的溶脹率越大，交聯(lián)密度越?。?/span>測(cè)得漆膜溶脹率后，根據(jù) Flory-Huggins、彈性統(tǒng)計(jì)理論有關(guān)公式計(jì)算出漆膜交聯(lián)密度 。選擇醋酸丙酯作為溶脹測(cè)試的溶液介質(zhì)，漆膜與介質(zhì)溶劑相互作用系數(shù)取0.55。
清漆參考配方見表 3，用高速分散機(jī)將清漆中的樹脂、助劑、溶劑等物料混合均勻。清漆組分中做樹脂選擇、催干劑等試驗(yàn)時(shí)，按相近NCO/OH 配比（反應(yīng)物質(zhì)的量比為 1.05 左右，下同）和相近施工固含（下同）測(cè)試各項(xiàng)漆膜性能；按 m （清漆）∶ m （HI-100）∶ m（丁酯或MAK）=（4~6）∶1∶（0~0.5）進(jìn)行配比測(cè)試。分析固化劑種類及搭配對(duì)漆膜性能影響時(shí)，則是以最優(yōu)配方的 m （清漆）∶ m （固化劑）∶ m （丁酯或MAK）=（4～6）∶1∶（0～0.5）的配比測(cè)試。
選擇揮發(fā)速率相對(duì)比較慢，且具有較強(qiáng)溶解力的溶劑，比如醇醚類、酮類、酯類溶劑進(jìn)行探討，丁酯、二甲苯、PMA、MAK、CYC、EEP、DBE，這些溶劑的揮發(fā)速率（設(shè)定丁酯揮發(fā)速率為 1）、對(duì)樹脂溶解力數(shù)據(jù)見表4。
根據(jù)表4數(shù)據(jù)可知，MAK比丁酯、二甲苯等常規(guī)溶劑揮發(fā)明顯慢，揮發(fā)速率適中且溶解力最好；EEP 的溶解力次之，其揮發(fā)速率很適合體系的下一揮發(fā)梯隊(duì)；m （MAK）: m （EEP）=2:1的混合溶劑溶解力比較理想。因此選擇MAK、EEP作為主要溶劑。DBE溶解力比較差，但作為最慢的溶劑可以適量添加5%以內(nèi)（過量使用時(shí)漆膜有咬底失光的隱患），以達(dá)到更好的延長(zhǎng)表干時(shí)間的效果。3 種樹脂 10742、1290、336 對(duì)清漆及其涂膜性的影響如表5所示。
3款樹脂的漆膜外觀都還可以，根據(jù)表5可知，三者固化速度相當(dāng)，10742的交聯(lián)密度稍低，漆膜硬度、耐候性方面會(huì)差一些；336相比1290在外觀、交聯(lián)密度、硬度及耐候性能方面都稍優(yōu)。另外，336具有相對(duì)慢的表干速度，且施工液初始黏度較低，有較長(zhǎng)的活化期。因此選擇 336 作為主體樹脂，但是其固化速度只屬于中等快干級(jí)別，還需要進(jìn)一步提升。2.1.3 T-12對(duì)清漆各項(xiàng)性能的影響在清漆中添加T-12，考察清漆的干澡速度和活化期以及其他各項(xiàng)漆膜性能。隨著用量的增加，漆膜前期的固化速度和交聯(lián)密度會(huì)有明顯提升，拋光時(shí)間大大縮短，伴隨著活化期、表干時(shí)間也縮短以及后期漆膜性能的不利影響。其用量控制在 0.1%以內(nèi)，但過量使用時(shí)，對(duì)施工活化期和漆膜表干時(shí)間、外觀、硬度以及其他潛在漆膜性能都會(huì)有更消極的影響。根據(jù)表 6 數(shù)據(jù)可知，加入T-12量0.08%～0.1%時(shí)，可以滿足快修要求,其中添加0.1%時(shí)的漆膜外觀、硬度、耐候等性能明顯下降，因此添加0.09%為最優(yōu)效果；但是其活化期、表干時(shí)間以及后期漆膜外觀、交聯(lián)密度、硬度還有待改善。
2.1.4 HPE對(duì)清漆各項(xiàng)性能的影響為達(dá)到可全車噴涂且性能優(yōu)異，在 2.1.3 基礎(chǔ)上，在配方中添加超支化聚酯 HPE ，考察其梯度對(duì)漆膜性能的影響。隨著 HPE 的增加，清漆活化期、表干時(shí)間明顯延長(zhǎng)，同時(shí)提升漆膜外觀，后期漆膜的硬度，交聯(lián)密度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；因此其用量必須適中，需控制在4%以內(nèi)。根據(jù)表 7 數(shù)據(jù)可知，HPE 添加量 4%時(shí)，漆膜干燥速度明顯變慢，并且漆膜最終硬度和交聯(lián)密度降低。添加3%為最優(yōu)效果，清漆各方面性能都比較好，不僅在固化速度方面可以滿足汽車快修要求，而且其外觀、硬度和交聯(lián)密度、耐候等性能都比較優(yōu)異，并且其施工活化期較長(zhǎng)，表干速度也比較慢，可以全車噴涂。在 2.1 中確定的最優(yōu)清漆組分基礎(chǔ)上，探究不同固化劑種類對(duì)漆膜性能的影響。TDI聚合物固化劑由于其公認(rèn)的耐黃變性能差的缺點(diǎn)，這里不作討論 。主要討論: （1）IPDI聚合物固化劑（如Bayer4470），由于其酯環(huán)結(jié)構(gòu)特性，相對(duì)于 HDI 的鏈狀結(jié)構(gòu),理論上可能產(chǎn)生表干慢而后期硬度高的效果。（2）除HI-100這類常規(guī) HDI 聚合物外，市場(chǎng)上還有比較快干的改性 HDI衍生物如Bayer3790。
3790 相比 HI-100 前期的交聯(lián)、固化速度稍快一些，表8是 4470、HI-100、3790 三者后期的漆膜性能。根據(jù)數(shù)據(jù)可知，3790 后期外觀、硬度、交聯(lián)密度降低，并且表干時(shí)間也縮短；4470相比HI-100則是明顯降低干燥速度，提升漆膜后期的外觀、硬度、交聯(lián)密度、耐候等漆膜性能,可以考慮HI-100與4470的混拼使用。
2.2.2 HI-100與4470配比的確定
在 2.1 中確定的清漆組分基礎(chǔ)上，探究 HI-100 與4470配比對(duì)漆膜性能的影響。根據(jù)表9數(shù)據(jù)可知，固化劑按 m （4470）: m （HI-100）=1∶6 時(shí)，相比純 HI-100的表干時(shí)間有所延長(zhǎng),后期漆膜外觀、硬度、交聯(lián)密度、耐候等性能也有所提升。
本研究得到的最優(yōu)清漆組分和最優(yōu)固化劑組分（雅圖高新材料股份有限公司，廣東鶴山529700）
來源：涂層與防護(hù)
