（应用化学专业论文）汽车用水性金属闪光涂料的研制.pdf

硒l 一玲史汽卒用木竹令培调光涂 的研制 摘要：本项目研究日的是研制一种用于汽车涂装的水性金属闪光涂科。根据研究需要， 首先制各一种水性聚氯酯树脂作为设涂料的基 ： 树脂，在制备过程中研究了聚碳酸酯 二元醇与其他二元醇对所合成的树脂性能的影响；比较了加入三元醇t m p 改性前后的 树晤及涂膜性能变化：研究了在项聚物乳化分肢对不刷加水方式对树脂的粒径和相对 分子质量的影响，并进行了探讨和解释。其次进行了配漆配方研究，主要研究了水性 流变助剂c “c a b 的特性及应用效果。最后研究了空气喷涂和静电喷涂两种施工方式的 工艺参数。 通过上述研究，基料树脂采用经少量三元醇t p 政性的由聚碳酸酯二元醇、脂肪 族异氰酸酯i p d 和乙二胺合成的水性聚氯脂分散体，同时选择水性流变控制剂c q c a b 和经过特殊处理的水性铝粉浆以及其他助剂，制备出一种汽车用水性令属闪光涂料。 奉项i 研制的汽车用水性会属 j 光涂料不仅性能达到合同规定的指标耍求，而且旌工 性能良好。 关键词：水性汽车涂料，水性会属闪光涂科，水性聚氨脂分散体，水性铝粉浆 碗卜论史 汽午用水忖台扁闪光琮辩的研制 a b s t r a c t ：ak i n do fa q u e o u sm e t a l l i cc o a t i n g sf o ra u t o m o t i v ef i n is h i n gi s p r e p a r e d f i r s t l y ，a na q u e o u sp ur e s i nw a sp r e p a r e df o rt h ec o a t i n g sb i n d e r r e s i n ，d u r i n gt h ep r e p a r a t i o nt h ei n f l u e n c eo fp o l y c a r b o n a t ed i o l sa n do t h e r d i o l so ns y n t b e s i sr e s i ni sr e s e a r c h e d ：t h ed i f f e r e n c e so fr e s i na n df i l m p r o p e r t i e sw e r ec o m p a r e db e t w e e na d d i n gt i pm o d i f i c a t i o no rn o t ：t h ei n f l u e n c e o fd i f f e r e n ta d d i n gm e t h o d so fw a t e ro nr e s i np a r t i c l es i z e sa n dm o l e c u a r w e i g h t sw a sr e s e a r c h e d w h e np r e p o l y m e r se m u l s i f ya n dd i s p e r s e ：a n dt h e n c o n c l u d ea n e x p l o r a t i o na n de x p l a i n i n g s e c o n d l y t h ef o r m u l a t i o nf o r c o a t i n g sw a sr e s e a r c h e d ，m a i n l yi n c l u d i n gt h ef e a t u r e so fa q u e o u sr h e o l o g i c a l a g e n tc m c a ba n de f f e c t so fa p p l i c a t i o n f i n a l l y ，t h ea p p l i c a t i o np a r a m e t e r s f o ra i rs p r a y in ga n ds t a tics p r a y i n gw e r er e s e a r c h e d a f t e rt h eu p s a i dr e s e a r c h ，a na q u e o u sp ud i s p e r s i o n 。a sab i n d e rr e s i n f o ra q u e o u sm e t a l l i cc o a t i n g s 。i sp r e p a r e df r o mt 、i p m o d i f i e dp c d l s a l i p h a t i c i p d ia n de d a ，a n da l s oa na p p r o p r i a t ea q u e o u sr h e o l o g i c a la g e n tc c a bi s i n c o r p o r a t e d w i t h s p e c i a l l yt r e a t e da q u e o u sa l u m i n u mp a s t ea n do t h e r a d d i t i v e st of o r mt h em e t a l l i cc o a t i n g sf o ra u t o m o t i v ef i n i s h i n g t h er e s u i t e dm e t a l l i cc o a t i n g sa r eq u a l i f i e dt od e m a n d sa sd e s c r i b e di n c o n t r a c t ，a n ds h o w i n gg o o da p p l i c a t i o np r o p e r t i e s k e y 霄o r d s ：w a t e r b o r n ea u t o m o t i v ec o a t i n g s ，w a t e r b o r n em e t a l j i cb a s e c o a t ， a q u e o u sp o l y u r e t h a n ed i s p e r s i o n ，w a t e r b o r n ea l u m i n u mp a s t e 2 确上论丈 汽辛用水件金属闪圯瞎丰4 的蝌 制 l 绪言 1 1 本项目研制的意义 1 1 1 汽车涂料的概述 汽车涂料系指各种类犁汽车、摩托车、农用车、等生产线用的涂料和汽车修补涂 料，广义上还可包括自行车、拖拉机及农机和铁路交通车辆等用的涂料。由于其用量 大、品种多、涂层性能要求高和涂装施工要求特殊，是世界各国涂料工业蓖点关注的 涂料品种，在技术研发中占掘先进和主导地位。 世界汽车用涂料在近百年中已实现了四次大的更新换代。从油性漆硝基漆 ( 汽车喷漆) + 以醇酸和酚醛为主的合成树脂涂料+ 电泳涂科和优质合成 树脂( 环氧、氨基醇酸、丙稀酸、聚酯、聚氰酯) 涂料环保掣涂料等。 汽车用涂料不仅对年体要有优异的保护性，而且要有令人赏心悦目达的外观特性， 以满足不同消费者的需求。为了达到这一目的，汽车涂料采取多道涂层体系，每道涂 层都被赋予了特定的功能( 见表1 1 ) 。 表1 1 汽车备涂甚的特性和功能” 汽车面涂层传统上是采用本色面漆，但在近二十年束，采用会属闪光底涂层与罩 光涂层配套体系的越来越多，这是由于其具有亮丽的动态会属感色彩，变化莫测的随 角异色效应，深受市场喜爱，目前大约有一半以上的轿车已采用金属闪光涂料。图 1 1 示意了舍属闪光底涂层随角异色效应原理”。 硕t 论炙汽车用水忭舍属闪光涂料的研制 图1 1 金属闪光底涂层随角异色效应 汽车用涂料各涂层的主要涂装工艺：磷化涂层( 浸涂，热风吹干) 叶阴极电泳 ( 浸涂高温烘于 _ 中涂层( 喷涂，中高温烘干) 本色面漆( 喷涂。中高温烘干) 或l r 金属闪光底涂层( 喷涂，表干) 、 l 罩光涂层( 喷涂，中高温烘干) j 面涂层采用舍属闪光底涂层与罩光涂层配套体系的涂装工艺称为二涂一烘( 2 c i b ) 工 艺。 汽车涂装是汽车制造业中最严重的公害发生源之，足耗能、耗水和排放挥发性 有机化合物( v o c ) 的大户( 汽车制造工程的v o c 排出量的9 0 以上来自涂装过程) ， 还产生废弃物，如：前处理、电泳涂装线产生的污泥、沉渣，中涂和面漆未涂着的涂 料等。下面我们柬看一下不同公司所统计的汽车各工序所排放的v o c 量( 见表1 2 ) ( 以 采用会属闪光底涂层与罩光涂层配套体系为例) 。 表1 2 汽乍各i 序昕排放的v 0 c 晕 在各工序中，不同公司统计的舍属闪光底色漆的v o c 量都是最大，超过总量的一 半以上。其次是中涂或罩光，超过了1 0 。舍属闪光底色漆的v o c 量最大，这是由于在 2 硕t 论史汽卞用水龠属闪光冶聿4 的研制 溶剂型金属闪光涂料中，为了使舍属颜料片有较好的平行取向，其施工固体份最好控 制在2 0 左右，几乎有8 0 左右的溶剂挥发到大气中。 1 1 2 与汽乍涂料相关的环保法规 随着社会的不断进步，环境保护愈柬愈受到世人的关注，人们的环保意识也在不 断加强。由于全球气候变暖和臭氧层的破坏，世界范围内的工业环抱要求越来越高。 溶剂型涂料在涂装过程中会有大量的挥发性有机溶剂( v o c ) ，在使用过程中排入大气， 不仅破坏环境，危害人们身体健康，同时也浪费资源，浪费能源。因而世界各国鄙将 以法规的形式进行环境保护，欧荚等发达国家上世纪就相继制定了较为严格的法规以 限制v o c 的排放，如：在汽车工业发展迅速的荚固，从1 9 5 0 年大气污染已日益严重， 尤其在荚陶加州落杉矾地区，由于汽车涂装而经常发生光化学烟雾。1 9 6 6 年当地政 府采取对策制定了“6 6 法规”，丌始限制向大气中排放v o c 。1 9 7 0 年荚困联邦政府e p a 制定c a a ，1 9 9 0 年在原v o c 限定基础上进行修订，加大对危害空气污染物( h a p s ) 的 限制。欧洲从1 9 7 0 年为呼吁e e c 指令的形成加强了对环境规定限制。德国的t a l u f t 强化、英困的e p a 、荷兰的k w s 一2 0 0 0 等相应立法化“。我国政府也于1 9 8 9 年颁布了 “环境保护法”、1 9 9 9 年颁布了“水性涂料环境标志产品技术要求”的规定，以及2 0 0 1 年颁伟并实施“室内装修村料内墙涂料中有害物质限定”的规定”1 。欧荚各圈的环保 法规的其体情况见图1 2 。 图1 2 各国的v o c 限制值“：( g m 2 ) 注：欧洲：e u e e 指令 德国：( t a i u f t1 9 8 6 年) 英国：环保法( 1 9 9 0 ) 北美：清沾空气法令 已有设备：r a c t ( 适当有效控制i ：艺) 新建设备：b a c t ( 最佳有效控制i ：艺) 新建设备：l a e r ( 最小可实现的) 从上图1 2 可看出，德国t a l u f t 的限制最为严格，自2 0 世纪9 0 年代以来， 恸f 论丈 汽辛f i 水件会耀闪光凉料的研制 德国汽车工业在减少涂装公害、降低能耗、提高涂装自动化水平和在采用环保型涂料 等方面走在世界的前列。我国目前汽车车身涂装的v o c 排放现状足1 2 0 1 8 0g m 2 。 1 1 3 汽车用环保型涂料的发展趋势 要降低汽车涂装的v o c 排放，必须对有机溶刺型涂料史新换代，采用环保型涂料。 环保型涂料包括水性涂料、高固体份涂料、粉未涂料等。 水性涂料足以大量水代替有机溶剂，使在生产和施工过程中有机溶剂的挥发量大 为减少，这样不仅改善了生产操作人员的工作环境，也减少了有机溶剂的挥发对地球 大气层的破坏程度，是环保涂料的一个重要发展方向。目前除已水性化的阴极电泳涂 料外，在欧荚等固有些已开发采用了成套水性汽车涂料( 如水性中涂、水性舍属底色 漆、水性罩光漆和水性防腐涂料) 。其中水性金属底色漆足最有具研究开发价值的涂 料品种。 高固体份涂料系指施工粘度的漆液固体份大于6 0 。与传统溶剂型涂料相比，它 属于低v o c 涂料。由于它的施工性能及所需的施工条件与现用的溶剂型涂料相同，原 有的涂装线不需改造就可采用。与水性涂料、粉末涂料相比，其v o c 排放量降得并不 彻底。 粉未涂料系无溶刺涂料，它是将合成的树脂固体材料粉碎成一定粒径的粉末，然 后利用静电喷涂到工件上，目前一般是利用高温使其达到融溶状态，发生交联，固化 成膜。由于其不含溶剂，是降低汽车涂装的v o c 排放最为有效的涂料品种。自1 9 9 2 年以来，美国粉末涂料在汽车涂装中的应用每年以9 的速度增长。汽车用粉未中涂、 粉未罩光清漆是非常有发展前途的两个方向。由于粉末涂料是百分之百的固体，金属 颜料片很难取得有效取向，其完全不适合应用在舍属闪光底色漆涂层。 现今专家们普遍公认v o c 排放量最少的轿车车身涂装体系为：阴极电泳底漆、粉 末中涂、水性金属底色漆和粉末罩光清漆。 尽管我国现在未有具体的v o c 排放法规，我们相信随着环保呼声的不断升高，我 国对涂料中的有机溶剂含量的限制会越来越严格，大力开发环保涂料势在必行。本项 目的研发就是顺应这一潮流。 1 1 4 国内外汽车用水性涂料概述 在图外汽车涂料的水性化最先从底涂层开始，首先使用的是水性浸涂涂料，就是 为了防止溶剂型涂料在浸涂槽中由于有机溶剂的大量挥发而易着火爆炸的危险。但由 于防腐蚀性能和涂装外观不能完全满足要求，在上世纪6 0 年代丌始使用水性阳极电 泳涂料，发展到7 0 年代使用的阴极电泳涂料，其防腐蚀性能和涂装外观已能符合要 求，而且v o c 含量很小，如上图1 2 所示只占总量的2 左右，阴极电泳涂料发展方向 就是开发无铅、无锡、低温固化的涂料新品种。到目前为止，国内一般规模以上的汽 车厂家的底涂层均已使用电泳涂料，还有不少卡车厂家的底盘和驾驶室架仍在使用浸 4 硕t 论史汽车用水1 嶂台辑闪光涂料的研制 涂工艺，但使用的涂料也是水性涂科。而水性中涂及水性金属闪光涂料只自极少数研 究机构进行了研究。 从上衰1 2 还可可看出，传统采用的溶剂型中涂+ 金属闪光涂层+ 军光清漆涂装工 艺，虽然工艺成熟、质量好、施工方便等优点，但v o c 排放占到总量的6 3 8 0 ，一 辆表面积为8 0 m 2 的普通轿车v o c 排放垦达l o k g 左右，平均为1 2 5 9 m 2 。在1 9 9 5 年德 困规定v o c 排放标准为3 5 9 m 2 ，为符合新的环保法规，欧洲近年束新建的汽车涂装线 全部采用水性中涂和水性舍属闪光涂层。而在北荚新的汽车涂装线，有的采用水性中 涂，也有的采用粉末中涂，舍属闪光涂层则采用水性的。到2 0 0 0 年欧荚圈家余属闪 光涂层的水性化率已达6 5 。我囡的v o c 排放尚无具体法规，国内整车涂装未有一 家使用水性中涂和水性舍属闪光涂料，但上海大众和上海通用等新建的涂装线已经为 使用水性涂料做好了准备，所有的喷涂设备均采用不锈钢制成，烘干系统也预留了相 应位置”。 在上表1 2 中，溶剂型金属闪光涂料是v o c 排放的最大束源，占总萤的5 0 以上。 通常一部轿车需要6 k g 左右的会属闪光涂料，主要是由于其施工固体份只有1 5 ，溶 剂含量高达8 5 。如改为水性金属闪光，则该涂层v o c 排放可减少8 0 以上，可使v o c 总排放减少4 0 以上。所以不管是欧洲还是北荚，都采用水性金属闪光涂层。 1 2 水性金属闪光涂料的研究进展 1 2 1 水性金属闪光涂料的特性 在水性舍属闪光涂料中，舍属颜料片的平行取向原理也和溶剂型洲光涂料一样， 都是由于湿涂膜在干燥过程中会产生较大的体积收缩，从而促使了舍属颜料片的平行 取向( 见图1 3 ) 。 湿涂膜 、 收缩 二= 二= 干燥 干涂膜 = = _ - = 二 图1 3 金属颜科片的平行取向原理 1 2 1 1 水性金属闪光涂料的流变特性 众所周知，溶剂型闪光涂料中，通过加入c a b ( 乙酸丁酸纤维素) 束提高湿涂膜的 表于速度和流平性，又由于其具有较高分子量，一般情况下还可减少面漆涂料中溶剂 对舍属闪光涂层的影响。而在水性金属闪光涂料中，为了使舍属片状颜料有好的平行 取向，需要喷涂到工件表面液态涂膜体积收缩大。但同时又由于水的蕉发潜热大、挥 发慢，喷涂施工时，容易产生流挂现象，引起舍属颜料片的翻滚，影响舍属颜料片的平 行耿向。所以在保持水性金属闪光涂料低固体份时控制涂料体系的流动性能非常重 硕t 论史汽年用求忤台属闪光埭奉l 的研制 要。 作为一种粘稠性液体，其流动的理论模型”见图1 4 。 一p 毫t 剪切远车：d = d ，d x ( c s 一】，c e ) ：s j 一连雯梯宴 剪切力：i = f ，a ( 、，m 2 = p a ) 单位屈织的受力 粘度：h - - - t d ( p a ，7 s l ：p a 4 s 图1 ，4 液体流动模型 水性体系如果是牛顿型流体，由于其粘度保持一定，不随剪切速率的不同而变化。 在粕度较大时施工，喷涂时较难以雾化且涂膜流平不好；在粘度较小时施工，涂膜极 易产生流挂，施工工艺难控制。 触变型的水性体系，粘度随剪切速率的增大而减小，在剪切速率为零时，体系的 粘度恢复至最大，具有剪切稀释特性。所以当水性金属闪光涂料经过高压喷枪喷嘴时， 在较大剪切力作用下，涂料体系粘度变小，形成细小的雾化液滴，一旦液滴喷涂到工 件表面时，由于剪切力的撤除，液态涂膜的粘度急剧变大，从而保证了不会产生流挂 现象”“( 见图1 5 ) ( b ) ( d ) 图1 5 触变p 流体的粘度与剪切速率的关系 l2 i 2 水性金属闪光涂料的施工应用特性 由于在现代汽车涂装的流水线上，水性金属闪光涂层和罩光面漆涂层是采用二涂 一烘( 以下简称2 c l b ) 工艺，即在喷涂完金属闪光涂料后，采用红外辐射和热风吹 干几分钟，紧接着喷涂罩光面漆，然后高温烘干。一般情况下为减少面漆涂料中溶剂 对水性舍属闪光涂层的影响，需要该涂层树脂体系具有较高的分子量或加入较高分子 6 坝t 论丈 汽车用水忭舍属闪光涂料的研制 量的物质。会属闪光涂料一般采取空气喷涂或静电喷涂等方式，控制涂装环境的温度 和湿度在最佳的范围”“，一般温度范围在2 0 3 0 c ，湿度范围在5 0 一8 0 ( 见图1 6 ) 。 图1 6 涂装环境的温度和湿度的范j 匍 1 2 2 水性铝粉 众所周知，铝粉与水无论是在酸性或碱性环境下部容易发生反应。 在酸性环境下： 2 a 1 + 6h + _ 2 a 1 3 + + 3 h 2 在碱性环境下： 2 a l + 2 0 h 一+ 2 h 2 0 _ 2 a l o f + 3 h 2 ， 在水性涂料中使用的铝粉需要进行表面处理。掘国外相关资料介绍1 1 2 )主要有 以下几种处理方法：一种是用表面活性剂处理，耐介质性稍差：一种是用三价铬盐对 铝粉表面进行包覆处理，时介质性较好；一种是用聚合物对铝粉表面进行包覆处理； 还有种足用二氧化硅与衷面活性剂对铝粉表面进行包覆处理。 1 2 3 水性流变控制剂 由丁：水性技术闪光涂料的施工应用特点，需要体系具有抗流挂性。般情况下部 采用流变控制剂束凋节体系的流变状，奈“1 。它一般分为四类： 缔合型增稠剂。它的分子中含有亲水和亲油链段，其宗油部分粘合在微粒表 面，亲水部分缔合在一起形成一种结构，能提供较强的流变特性。纤维素类型和聚氨 酯类型的增稠刹属于此类( 见图1 7 ) 。 广 0 3 4 0 2 2 0 5 0 6 。 由上表的试验结果可知，尽管0 5 0 6 与0 2 2 的消泡时间相近，但0 5 0 6 与体系的混 溶性最好，不影响漆膜的光泽，而0 2 2 与体系的混溶性最差，虽然对漆膜的光泽影响 轻微，但极易产生缩孔。0 3 4 、6 4 2 为矿物油类消泡剂，涂膜于燥时，矿物油会浮到 漆膜表面，导致漆膜表面发鸟，导致漆膜的光泽下降。另外，0 2 5 虽然与体系的混溶 性好，但其起泡程度高，消泡时间非常长。涂料中使用消泡剂的目的是为了消除涂料 中的气泡，如果仅追求消泡性能，则可能会产生如缩孔、鱼眼等缺陷，因此在选用消 泡剂需考虑适当的相容与消泡的乎衡关系。 4 5 7 润湿流乎剂的选择试验 水性金属闪光涂料中含有大量的水，只有少量的有机溶刺，水的表面张力高为 7 2 ( m n m ) ，对有机中涂层表面润湿性差；一些助剂如消泡剂等的使用，使得涂料对中 涂层表面润湿性进一步变差，容易产生缩孔，因此必须加入涧湿剂加以改善。良好的 润湿剂应能有效降低体系表面张力，改善涂料对基材的润湿性和渗透性，提高附着力， 并能促进消泡剂和树脂体系的相容性，从而避免产生缩孔。但涧湿流平刺本身也是一 种表面活性刺，具有一定的起泡性和稳泡性。所以本项目主要考察不同的润湿剂在己 加入消泡剂的p u d 中的起泡性和稳泡性，以及在有机中涂层表面的润湿性。 坝t 论炙汽车用水忖台属闪光涂料的研制 量筒法测量润湿剂的起泡性、稳泡性：在5 0 m l 具塞垦筒中加入3 0 m l 的p l d 中， 然后加入0 1 9 各润湿刺，用力上下振动量简5 0 次，立即记下泡沫体积，放置5 m i n 后再记录液面体积。泡沫液面体积越大，说明越容易起泡：5 m i n 后泡沫液面越大， 说明泡沫越难消，即润湿剂的稳沫性越好。 润湿性试验：取2 0 0 9 水性聚氨酯树脂，加入0 2 消泡剂0 5 0 6 和0 1 9 润湿刺， 将体系稀释至2 0 固体份。在有机中涂层表面上分别滴上一滴稀释好的树脂，测量液 滴铺展直径( 见表4 1 8 ) 。 表4 1 8 并釉润湿刺试验结果 由上述试验结果可知：涧湿剂b y k 3 3 1 、w o r l 6 e a d d3 1 5 、t e g of l o w4 2 5 起泡 性及稳泡性差别不大，而m o d a f l o wa q 3 0 0 0 的起泡性及稳泡性比较大。这可能足跟前 几种类型涧湿刺为有机硅类润湿剂，后一种为丙烯酸类型的润湿剂有关。润湿性试验 结果表明、l o d a f l o wa q 3 0 0 0 的润温性较差，t e g of l o w4 2 5 的润湿性最好。 4 5 8 铝粉的用量的确定 铝粉的用量必须适当，既要能够遮盖底材，又不能互相堆积，这种才能有良好的外观 及高的闪光指数。从条件试验结果可得出铝粉用垦为3 5 树脂重量比应足比较适宜 的( 见表4 1 9 ) 。 表4 1 9 铝粉嘲苷条什试睑 一一铝粉用晕( c 与总涂料质彗白分比) 一 1 3 5 7 4 5 9 舍属颜料的分散 水性舍属颜料的分散通常有三种方法：一是用亲水的醇醚类溶剂浸泡、分散； 二是用特殊分散剂分散铝粉；三是用特殊的大分子分散剂加上醇醚类溶剂，使铝粉得 到充分的分散( 见衷4 2 0 ) 。可以看出，用第三种分散方法分散铝粉效果最佳。 硕f 论史 汽中用水性台辊闪光凉搴l 的研制 表4 2 0 分散介质的影响 4 5 1 0 水性舍属闪光涂料的流变性研究 水性舍属闪光涂料的流变特性研究j 常蘑要，国外已有许多文献”。”对研究结 果进行了报道。为了保证水性舍属闪光涂料在低固体份下施工而不产生流挂，以i ； 很 多凼内外研究人员通过各种手段( 如：加入增稠剂或对树脂进行结构设计) 以使体系 具有触变性流体性质，较好地解决了喷涂流挂问题，涂膜中会属颜料片也得到较好的 平行取向。 后来虽着研究的不断深入，发现加入增稠剂会使体系增加了“弹性特性”，给涂 膜的润湿和流平性带柬负面影响。为了提高整个涂膜的外观，即提高合属颜料片平行 取向程度和涂膜的平整度，除了控制粘度具有剪切变小外，有相当多的研究者将聚合 物的芈占弹性“概念引入到水性舍属闪光涂料的流变特性研究中，通过蠕变测试柬 测定体系的静念粘弹性，通过撤荡测试柬测定体系的动态粘弹性。 储存模量( 弹性模量) ：g = ( 0 。y 。) c o s6 损失模量( 粘性模量) ：g ”= ( 0 。yo ) s i n6 损耗因子( 粘性强度) ：t a n6 = g ”g 式中：0 。表示剪切应力幅度；y 。表示剪切形变幅度；6 表示相移 m i z u g u c h ik 。经过大量的实验，认为t a n6 = o 4 - 0 6 之间铝粉取向好；大于0 7 铝粉片较易移动，影响取向；小于0 3 涂膜表威较为粗糙( 见下图4 9 ) 。 t a n6 = 0 7 1 0 t a n6 = 0 4 0 6t a n8 = 0 0 3 墨芍幺乏7二7 滁熹 毒妄砾 图4 9 不同t a l l6 的锅粉取向示意 硕 论史汽车用水中 台属闪光涂幸4 的研制 分析涂料的喷涂过程，涂料粘度的理想变化模型( 见图4 1 0 ) ： 硅哇 妊目 m 计l b l 争 图4 1 0 喷涂在i 叶表面上涂料轴度的理想变化模犁” 上图中将喷涂到工件上的湿涂膜放胃时分为a 区和b 区两个区间，a 区的粘度变 化主要影响铝粉的取向，b 区的粘度变化主要影响最终涂膜的平滑性。可看出粘度曲 线1 有较好的铝粉取向。但涂膜表面较粗糙；粘度曲线3 铝粉取向不好，并产生流挂； 粘度曲线2 阴影部分能取得较好的综合效果。 为了取得铝粉取向和涂膜平滑性的平衡，我们加入了乙酸r 酸羧甲基纤维素 ( c 、4 c a b ) 。不似其他类型流变控制剂，它在低固体份下具有近似牛顿型流体的性质。 0 4 c a b 体系的粘度受干燥速度影响，随着水份的挥发，固体份不断提高，体系粘度快 速增加“5 ”1 。 与不含0 4 c a b 的水性涂料体系及含c a b 的溶荆型涂料体系毓j 比，随着干燥时l h j 的 延长，含c 、4 c a b 体系的水性涂誊： 粘度增加较快，在5 0 秒左右超过不含c 、_ i c a b 的水性 体系的粘度( 见图4 1 1 ) 。 葺 己 鲁 善 宣 0 0 0 2 0 03 0 0 耵巾e ，e ( 图4 i i 在室温r 不同涂料体系干燥时间与粘度的天系 含c _ l l f i c a b 的水性涂料体系具有近似牛顿型流体的性质，其粘度几乎不随剪切速率 而变化( 见图4 1 2 ) 。 碗 论史 汽车用水忭金属阗光涂料的研制 z 巨 剪切速率s 图4 1 2 不同体系的粘度与剪切速率的关系2 使用不同流变控制剂的铝粉取向( f i ) 及鲜映性( d o i ) 比较( 见表4 2 1 ) 表4 2 1 不同流变控制刺的试验结果 由上表可知，c i c a b 对f i 与其他类型的流变控制剂效果差不多，但反映涂膜流 平性的d o i 值明显优于其他类型，说明了它的流平性较佳。 4 5 “水性合属j j 光涂料的旌工应用 在涂料的施工应用中，涂装方式、施工环境参数、工艺参数等等都会对涂装效果 产生影响。 ( 1 ) 水性舍属闪光涂料的空气喷涂施工参数( 见表4 2 2 ) ，设备及工艺参数( 见 表4 2 3 ) 表4 2 2 水性金翟闪光底色漆漆液的施参数 硕t 论史 汽车用水竹舍属闪光涂料的研制 表4 2 3 喷涂设备与f 艺参数 项 目 参数 设备名称 岩田7 1 7 喷枪与i 竹间距，c m 2 0 3 0 喷枪行稃 水平与垂直方向备一遍 闪蒸时间，r a i n 1 空气泵压力，p a ( 循环) 3 雾化卒气压力p a 3 喷涂实验结果表明，水性汽车涂料用空气喷涂时出漆量比溶剂型的相对小，平滑 性略小，但f i 值比溶剂型要高，总体外观效果相当( 见表4 2 4 ) 。 表4 2 4 金嘱闪光汾斟汾膜的平滑件及f i 指标 项目 参数 颜色 银灰色 底色漆预烘条件， 干膜厚，( 早光前) f i 值( 审光前) 涂膜平滑性( d o i ) 干膜厚，( 甲光清漆) f i 值( 翠光后) m i n m 8 0 7 l l 一1 3 1 4 一1 8 9 8 4 0 5 0 1 3 1 7 光泽。2 0 。， 9 1 注：翠光清壕施i 。粘度1 7 5 秒采用空气喷涂。 ( 2 ) 水性金属闪光涂料的静电喷涂 喷涂两道水性舍属闪光底色漆，间隔为1 分钟。施工参数( 见表4 2 5 ) ，设备工 艺参数( 见表4 2 6 ) 。 表4 2 5 水性金属闪光底色漆缭液的施i 参数 项目 参数 颜色 银灰色 施i 吲体份， 1 7 2 施i 粘度，涂4 杯， s 2 5 p h 值 7 4 3 v o c ， 9 5 环境温度， 3 5 4 0 环境湿宦， 7 0 8 0 4 1 顿i 论丈汽节用水忤台圊闪光璋料的研制 设备名称 电压， 电流， 喷枪与r “日j 距， 喷枪行程 闪篇时间， 隔膜泵压力。p a ( 循环) k v ua c m c p i j 6 0 0 6 0 3 0 2 0 2 5 水平与垂直方向各一遗 l 3 雾化宅气仟力p a3 实验结果表明，施工粘度町比空气喷涂时粘度低5 一1 0 秒( 空气喷涂通常以3 03 5 秒，而静电喷涂在2 5 3 0 秒) 而不致引起流挂。喷涂每一遍后用雾化空气吹一遍， 对取向起良好的辅助作用。配套喷涂罩光清冻l ；i 后的铝粉取向( f i 值) 效果( 见表 4 2 7 ) 。 表42 7 金羁闪光汾h 汾睁的平骨性及f r 指标 注：罩光清绦施l 粘度1 7 5 秒，采用m i v 5 6 0 静电喷涂。 其他喷涂工艺参数如：金属闪光涂层膜厚、两道旎工日j 隔时问、覃光面漆喷涂两 道| 日j 隔时日j 及烘烤干燥工艺等部会对涂膜的外观造成影响( 见表4 2 8 ) 。 硕l 论定 汽中用水忭台属闪光埭 l 的研制 耋! ：垄堕! 兰垫窒! 兰翌竺丝竺婴墅堕! 坠垦墨塑型! 堡旦 丛 婴 底色漆膜厚 底色漆喷涂方式 早光漆喷涂方式 1 0 一1 5pm 1 6 2 5pm 两遍间隔l m i n 连续喷两逋 两垣问隔l m i n 连续喷两遍 f i ，罩光前1 2 一1 3 ，甲光后l l 一1 2 f 1 ，早光前1 3 一1 4 ，早光后1 2 两者无明显羊别 涂膜【捌化后清晰度较莘 涂膜清晰度更佳 常温闪蒸5 一l o m i n 后涂膜平滑性及清晰受更高，5 0um 干燥条彳， ，m i n ( 审光后)1 3 0 1 4 0 2 0 2 5 烘烤不起泡 一 百接1 3 0 1 4 0 2 5 3 0 膜睁达4 0um 烘烤即起泡 从上述实验结果可得出结论，水性汽车涂料用静电喷涂时比空气喷涂时的施工粘 度可适当低一些，且连续涂装不经空气闪蒸，并无明显差别，在喷涂后随即用空气吹 拂呵以将因静电而立起的铝片重新“平行取向”。 4 3 硕t 论史汽车用水件台属闪光涂料的研制 5 结论 综上所述，我们得出结论如下： ( 1 ) 本项目研制的汽车用水性舍膳闪光涂料，具有较好的耐候性、耐湿热性、耐 水件以及较低的v o c 含量，达到了的技术指标要求：同时在施工应用上也可以满足空 气喷涂和静电喷涂等方式涂装，与溶剂型面漆的配套性较好。 ( 2 ) 本项目通过聚碳酸酯二元醇、脂肪族异氰酸酯单体、三羟甲基两烷、二羟甲基 丙酸、多元胺扩链剂等合成出件能优异的水性聚氯酯分散体，再配以经过表面处理的 铝粉浆和可在水中分散的具育特殊的流变控制助剂c i c a b 等，研制成功合属颜料的平 i j 取向较好、流平性较佳的汽车用水性金属闪光涂料新品种。 ( 3 ) 本项目在合成水性聚氨酯分散体过程中，在乳化阶段采取分步加水方式时，所 得到的预聚物分子量较大。在合成水性聚氨酯分散体过程中，分子量增长最快的阶段 是抽除溶剂阶段。 ( 4 ) 本项目研制的水性金属闪光涂料的原漆指标( 见表5 1 ) ，性能指标( 见表5 2 ) 表5 1 本项目水性金属闪光涂料的原漆指标 表5 2 本项目水性金属闪光涂料( 配套电泳底漆、中涂和审光清漆) 性能指标 硕 论史 汽车用水件舍属闪光溶宰l 的甜 制 6 致谢 本项目由国家科委和中化建常州涂料化工研究院提供资助。在此表示十分感谢。 承蒙南京理工大学张跃军教授对论文进行了修改、指导以及中化建常州涂料化工 研究院钱伯容总工、张保利研究员等的细心帮助，对此表示衷心的感谢。 承蒙固家涂料检测中心黄玲高工、季军宏工程师协助进行红外光谱分析，崔津法 工程师协助进行了分子量测定，陈郁芳工程师协助进行了d s c 分析，在此一并表示感 谢。 此外，对参与本项目开发的水性汽车涂料课题组簟观秀高工、祝宝英工程师的辛 勤工作致以诚挚的谢意。 帧t 论史汽车用水件金属闲圯徐誊4 的耕f 制 7 参考文献 l 王锡春编著汽车涂装工艺技术( m 】第一版北京：化学工业出版社，2 0 0 5 2n i e m a n nj w a t e r b o r n ec o a t i n g sf o rt h ea u t o m o t i r ei n d u s t r y ( j ) p r o g r e s s i no r g a n i cc o a t i n g s 1 9 9 2 ( 2 1 ) ：1 8 9 2 0 3 3b r o c kt ，g r o t e k l a e sm ，m i s c h l ep i n c o r p o r a t i n gs p e c i a le f f e c t s ( j ) e u r o p e a n c o a tin g sj o u r n a l 2 0 0 1 ( 1 2 ) ：7 8 7 9 4 小林正明，关斌2 l 世纪汽车漆发展方向【m ) 2 0 0 1 年汽车涂装技术交流会论文集 2 0 0 i ：3 5 3 9 5 耿耀宗现代水性涂料：工艺配方应用( m ) 北京：中固石化出版社，2 0 0 3 6 林鸣玉环保型涂料在汽车工业中的应用( m ) 2 0 0 1 年汽车涂装技术交流会论文 集2 0 0 l ：3 5 3 9 7b a c k h o u s eaj r o u t e st o1 0 wp o ll u t i o ng l a m o u rm e t a lli ca u t o m o t i v ef i n i s h s ( j ) j o u r n a lo fc o a t i n g st e c h n o l o g y 1 9 8 2 ( 5 4 ) ，6 9 3 ：8 3 9 0 8j 0 h nac ，t o n yw r h e o l o g y b a c kt ot h eb a s i c s ( j 】e u r o p e a nc o a ti n g s j o u r n a l 1 9 9 9 ( 儿) ：2 0 - 3 1 9v a c h l a sz l o we m i s s i o nw a t e r b o r n eb a s e c o a tf o rm a s sp r o d u c t i o na u t o m o t i v e f i n i s h ( j ) j o u r n a lo ft h eo i la n dc o l o u rc h e m i s t sa s s o c i a t i o n 1 9 8 9 ( 7 2 ) 。 4 ：1 3 9 1 4 4 1 0 胡中汽车用水性会属闪光涂料的研制( m ) 第丘届汽车暨第四届聚氯酯涂料涂装 技术交流会论文汇编。2 0 0 l ：5 8 l l 夏范武，胡中等水性汽车涂料的应用技术( j ) 涂料工业增刊1 9 9 9 ：4 0 4 2 1 2w i s s li n gp s t a t e o f t h e a r tt e c h n o l o g yi na l u m i n i u mp i g m e n t sf o ra q u e o u s p a i n t s 【j ) s u r f a c ec o a t i n g si n t e r n a t i o n a l 1 9 9 9 ( 7 ) ：3 3 5 3 3 9 1 3w i l l e n b a c h e rn ，e ta 1 w a t e r b o r n ea u t o m o t i v e c o a t i n g s ：a p p l i c a t i o n p a r t i c l ei n t e r a c t i o n a n dm i c r o s t r u c t u r e ( j ) e u r o p e a nc o a t i n g sj o u r n a l 1 9 9 7 ( 9 ) ：8 1 0 - 8 1 7 1 4b o g g slj ，e ta 1 r h e o l o g i c a l p a r a m e t e r so fw a t e r b o r n ec o a t i n g sj ) e u r o p e a nc o a t i n g sj o u r n a l 1 9 9 8 ( 5 ) ：3 5 0 - 3 5 3 1 5w a l k e rkr ，p o s e y d o w t yj ，s e oks c a r b o x y m e t h y l c e l l o s ea c e t a t eb u t y r a t e i nw a t e r b a s e d c o a t i n g s ( j ) s u r f a c ec o a t i n g si n t e r n a t i o n a lp a r ta i s s u e 2 0 0 3 ( 8 ) ：3 2 0 - 3 2 4 1 6 钱建麟，竺玉书涂料助荆品种和性能指标( m ) 北京：化学工业出版社，1 9 9 0 1 7 胡稻增，张群安聚合物及其复合材料的表界面( m ) 北京：中固轻工业出版社， 2 0 0 l 1 8 柳道忠郎水性汽车漆的开发探讨( j ) 涂装技术1 9 9 0 ( 2 9 ) 。7 ：1 1 5 一1 1 8 1 9m e s t a c hd l a t e xc o p o l y m e rl o a t i o ny i e l d sb r i i l i a n ts o l u t i o ns i no e m m e t a l l i cb a s e c o a t s ( j ) p o l y m e r sp a i n tc o l o u r j o u r n a l 1 9 9 9 ( 1 8 9 ) 。4 4 1 9 ：3 6 3 7 2 0m i z u g u c h ik ，y a m a m o t ot ，f u r u k a w as ，f u j i ik r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e so f t h ew a t e r b o r n em e t a l l i cc o a t i n g s 【m ) t e x to ft h ec o n f e r e n c eo ft h ej a p a n 硕f 论 汽车用水件台属闪光涂料的研制 s o c i e t yo fc o l o u tm a t e r i a l t o k y o 1 9 9 5 ：7 8 8 3 2 lk a s a r ia ，s h i m a k a n i am ，h a r a k a n i ah 施工应用范围宽的新型水件底色漆( m ) 第二届环太平洋地区涂料涂装会议论文集1 9 9 7 ：2 8 7 2 9 0 2 2b l u m l f a r a l d0 e ta 1 e p 4 2 7 0 2 8 2 31 w a m u r a g o r o ，e ta 1 j p 0 5 3 3 1 4 1 6 2 4p e r e z 。e ta 1 u s p 4 8 2 2 6 8 5 2 5v o g t b i r n b r i c h ，e ta 1 e p l1 4 9 6 3 5 2 6 李绍雄，刘益军聚氨酯胶粘剂( ! i f ) 北京：化学工业出版社，1 9 9 8 2 7 虞兆年涂料工艺增订本第二分册( m ) 北京：化学工业出版社，1 9 9 7 2 8 王武生，曾俊，阮德礼水性聚氯酯汽车漆( m ) 水性聚氯酯汽车漆暨第二届汽 车涂料涂装技术交流论文1 9 9 5 ：4 4 - 5 t 2 9o i e t e r i c h a q u e o u se m u l s i o n s ，d i s p e r s i o n s a n ds o l u t i o n so f p o l y u r e t h a n e s ：s y n t h e s i sa n dp r o p e r t i e s ( j ) p r o g r e s si no r g a n i c c o a t i n g s 1 9 8 l ( 9 ) ，3 ：2 8 1 3 4 0 3 0k i mbk ，k i m tk a q u e o u sd i s p e r s i o n o f p o l y u r e t h a n e sf r o m h l 2 d 【，p t