雙組分水性聚氨酯涂料在ABS塑膠上的應用研究
來源：藍田涂料
介紹了雙組分水性聚氨酯涂料在ABS塑膠上的應用,分析了罩光清漆中樹脂種類、銀粉排列定向助劑、流平助劑以及異氰酸酯固化劑對涂層性能的影響,設計實驗進行探討,確定合適的配方,制備得到性能優(yōu)良的雙組分水性聚氨酯涂料。
關鍵詞：雙組分；水性聚氨酯涂料；銀粉排列助劑；流平助劑；異氰酸酯固化劑
0?前?言
雙組分水性聚氨酯涂料作為一個新興領域正在 崛起，相比于溶劑型聚氨酯涂料更安全、更環(huán)境友好， 而且具有優(yōu)良的耐磨性、硬度、柔韌性、耐化學品性 和耐溶劑性等。摩托車用塑料、汽車內飾件大都采用ABS材質，隨著國家和消費者對環(huán)境友好的日益重 視，水性雙組分聚氨酯憑涂料借其性能和環(huán)境友好優(yōu) 勢，在該應用領域逐漸嶄露頭角。 摩托車用塑料、汽車內飾件要求涂料有極佳的外 觀裝飾效果、優(yōu)異的附著力、優(yōu)異的耐醇性等，某些客戶還要求涂料耐干摩擦達到1 000次以上。另外，由于 車間采用流水線作業(yè)，要求涂料的表干和流平時間盡 量縮短，提高生產效率，這也是需要著重考慮的方面。 本實驗探討了銀粉底漆中銀粉排列助劑、罩光清漆中 樹脂、流平劑以及異氰酸酯固化劑對涂膜性能的影 響，制得了涂膜機械性能、耐老化、耐乙醇和耐干摩擦 優(yōu)良的雙組分聚氨酯涂料。
1?實驗部分
1.1?實驗原材料
低羥丙烯酸乳液(LDBR2014)、高羥丙烯酸乳液 (LDBR2015)，藍德堡實業(yè)有限公司；銀粉(3305B)，蘇 州曼特博合金材料有限公司；流平劑、分散潤濕劑、 消泡劑、增稠劑、pH值調節(jié)劑、附著力促進劑、去離子 水，市售；銀粉定向排列助劑(AQUATIX8421)，德國畢 克；異氰酸酯固化劑(Bayhydur xp 2655，— NCO含量： 26.5%)，德國拜耳；丙二醇二醋酸酯(PGDA)，美國陶 氏；成膜助劑，自制。以上原料均為工業(yè)級。
1.2?水性鋁銀漿的配制
廠家提供的鋁銀漿都是固體形態(tài)，為了銀粉在樹 脂中分散均勻，需要將鋁銀漿預先配制成溶液形式后 再進行加入。按表1進行配制。
1.3?水性雙組分聚氨酯銀粉底漆及罩光清漆涂料配方
水性雙組分聚氨酯銀粉底漆配方如表2。
水性雙組分聚氨酯罩光清漆配方見表3。
水性雙組分聚氨酯銀粉底漆生產工藝：分別按 A組分、 B組分的配方量稱取原料，用分散機進行攪 拌分散，混合均勻； A組分與B組分按照15∶1的比例 n(—NCO)/n(—OH)＝1.2均勻混合，在ABS塑膠件上 噴涂，涂膜常溫下流平10 min，70～80 ℃烘烤10～15 min，涂膜厚度10～15 μm。 水性雙組分聚氨酯罩光清漆生產工藝：分別按A組 分、 B組分的配方量稱取原料，用分散機進行攪拌分散， 混合均勻； A組分與B組分按照4∶1的比例n(—NCO)/ n(—OH)＝1.4均勻混合，在固化后的銀粉底漆上進行 噴涂，涂膜常溫下流平30 min，80 ℃烘烤40～60 min或 者常溫放置24 h，涂膜厚度35～40 μm。
1.4?性能檢測
按照上述生產工藝制備出樣板后按照相關國標 和行標進行性能檢測。性能檢測結果見表4。
2?結果與討論
2.1?樹脂選擇的影響
在罩光清漆中選用的LDBR2015乳液是采用特殊 功能單體改性的丙烯酸乳液，該基團屬于極性基團， 可以形成氫鍵，可以改善與底漆的層間附著力，而且 對整個體系其他性能都有較為明顯的改善。本實驗采 用特殊功能單體改性的丙烯酸乳液LDBR2015(以下 簡稱A)，與未采用特殊功能單體改性的丙烯酸乳液 (以下簡稱B)進行對比實驗，按照相同的工藝制備涂 膜并進行檢測性能，結果如表5所示。
從測試結果中可以看出，改性丙烯酸乳液(LDBR 2015)的性能均優(yōu)于未改性的丙烯酸乳液，異氰酸酯固 化劑與乳液混合后發(fā)生交聯反應，生成含有活潑氫的 產物，LDBR2015乳液中的改性基團可以與活潑氫反 應進行交聯，提高了涂膜的致密度，這樣對涂膜光澤、 耐水、耐干摩擦、耐乙醇擦拭有明顯的提高。
2.2?銀粉定向排列助劑用量的影響
汽車、摩托車的許多部件廣泛使用金屬銀粉涂 料，能增加美觀感，同時也能提高涂膜的抗腐蝕作 用等相關性能。銀粉排列的狀態(tài)直接影響涂膜的 美觀感，許多因素都能影響其排列，例如，涂膜的厚 度、銀粉的粒徑、涂料的觸變性等，其中涂料的觸變 性對銀粉排列影響最為重要。本實驗選用10 μm粒徑 的銀粉、銀粉底漆厚度10～15 μm，規(guī)避相關的不良因素，通過添加不同量的銀粉定向排列助劑，改變其 觸變性，從而觀察銀粉排列狀態(tài)。銀粉定向排列助劑 (AQUATIX8421)用量與涂膜銀粉排列狀態(tài)如圖1。
從實驗結果中可以看出，隨著銀粉定向排列助劑 (AQUATIX8421)用量的增加，使銀粉底漆在低剪切力 下黏度增大，提高了銀粉在工件上定向排列有序性； 然而用量太多會使銀粉底漆的黏度過大，反而不利于 施工噴涂。銀粉定向排列助劑(AQUATIX8421)用量在 3%～4%較好，本實驗選擇的用量為3.5%。
2.3?罩光清漆中流平劑用量的影響
罩光清漆是噴涂在銀粉底漆的表面上，清漆固化 后的交聯密度大，可以增加涂膜的各項性能，同時也 能提高涂膜的光澤、清晰度、豐滿度等。清漆需要擁有 良好的流平性，否則，會出現橘皮等不良弊病。本實驗 選用的是丙烯酸類的流平劑，不會影響重涂性。流平 劑用量與清漆表面狀態(tài)如圖2所示。
根據實驗結果可知，隨著流平劑的加入，涂膜的 橘皮有所緩解，光澤、豐滿度、鮮艷性等都有所提高， 然而流平劑加入過量會導致其他負面影響如厚邊等 現象。綜合成本考慮，流平劑用量選擇0.4%比較合適。
2.4?固化劑比例的影響
水性雙組分聚氨酯涂料中固化劑的用量對涂膜 的性能影響很大，雙組分的活化期對施工也有很大影 響，在工業(yè)化生產中需要快速的表干和流平，提高生 產效率。在本實驗中銀底漆中n(—NCO)/n(—OH)大于 1.3時體系的活化期在1～2 h，不利于施工， n(—NCO)/ n(—OH)小于1.3時活化期在4 h以上， n(—NCO)/ n(—OH)＝1.2時表干時間為5 min，有利于工業(yè)化生 產，故底漆中選擇n(—NCO)/n(—OH)＝1.2左右比較 合適；罩光清漆中n(—NCO)/n(—OH)小于1.3時體系 的活化時間雖然長，但是涂膜發(fā)軟，影響性能，罩光清 漆n(—NCO)/n(—OH)大于1.3時，活化期也能保證在4 h以上；分別對罩光清漆的固化劑用量進行測試，如表 6所示。
涂膜的一些力學性能主要與清漆有關，可以明顯 看出，清漆中n(—NCO)/n(—OH)為1.3時，附著力、沖 擊、硬度都會比較差，這是由于此時涂膜的交聯密度 低，體系中可能有部分基團沒有進行交聯反應；然而， n(—NCO)/n(—OH)在1.5以上時，由于過度的交聯導致 涂膜硬而脆，反而會影響其性能，同時，結合成本因素， 清漆中n(—NCO)/n(—OH)選擇為1.4左右比較合適。
3?結?語
通過對樹脂種類、銀粉排列定向助劑用量、流平劑 用量以及固化劑比例這些因素分析，若銀底漆中加入 3.5%的銀粉排列定向助劑、罩光清漆中選用LDBR2015 乳液(改性丙烯酸乳液)、罩光清漆中加入0.4%的流平 劑、銀底漆中n(—NCO)/n(—OH)為1.2(A組分∶B組分＝ 15∶1)、罩光清漆中n(—NCO)/n(—OH)為1.4(A組分∶B 組分＝4∶1)時可制備得到性能優(yōu)異的水性雙組分聚氨酯涂料。
