巴士客车用丙烯酸聚氨酯罩光清漆的制备
曾凡辉1，2，姜其斌 1，陈宪宏2，施根深1
（1.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007；2.湖南大学材料科学与工程学院，长沙410082）

0 前 言
罩光清漆在普通的巴士客车上得到了越来越多的应用,以提高巴士客车的外观装饰效果和耐候、耐介质腐蚀性能。一般普通的罩光清漆是以羟基丙烯酸树脂为基料，配以助剂、溶剂等原料制得的一种高档涂料。若用在巴士客车上，其外观装饰性能、抗划伤性能和施工性能还有待进一步提高。本研究通过选用常温自干型的双组分丙烯酸聚氨酯体系，对巴士客车用罩光清漆进行了研究，提高了罩光清漆的丰满度、抗划伤性能、流平性和施工性能，制得了适合巴士客车使用的高性能丙烯酸聚氨酯罩光清漆。

1 试验部分
1.1 主要原材料
丙烯酸树脂：工业级，拜耳；聚酯树脂：工业级，庄臣；触变剂：工业级，毕克；流平剂：化学纯，毕克；紫外光吸收剂：化学纯，汽巴；DBE 溶剂：工业级，江苏华伦；固化剂N3390：工业级，拜耳；混合溶剂：自配。
1.2 罩光清漆的制备
1.2.1 罩光清漆的基本配方(见表1)

1.2.2 罩光清漆的制备工艺
按配方量称取树脂、助剂和混合溶剂，分散均匀，在制成的漆料中加入其它剩余助剂和适量的混合溶剂，调整黏度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3∶1的比例（质量比）配制成罩光清漆。
1.3 性能检测结果（见表2）

2 结果与讨论
2.1 改性树脂对清漆性能的影响
丙烯酸树脂A是一支综合性能优异的树脂，但若直接用在巴士客车罩光清漆中还略显不足，如丰满度、抗划伤性等，须对丙烯酸树脂A进行改性，以满足巴士客车用罩光清漆的需要。改性树脂对涂料性能的影响如表3所示。

由表3可知，当在丙烯酸树脂A中加入树脂B改性后，涂膜的摆杆硬度、抗划伤性能和丰满度均有所提高。主要是由于树脂B是一种高固含(80％)、高羟基含量（4.5％)的聚酯树脂，它的加入大大提高了涂膜的丰满度。
涂膜的摆杆硬度、抗划伤性能得以大大提高的主要原因有两个方面:首先是因为树脂B的羟基含量高，由于其羟基活性官能团含量高于树脂A(3.0％），它的加入使涂料体系的交联密度大大提高；另一方面，由于树脂B是一种支链化的羟基聚酯，活性基团含量高，树脂的极性大，极性越强则非键合原子间相互作用越强，旋转阻碍加大，致使树脂体系刚性增大[1]，两方面因素的影响，使涂料体系的硬度增大，涂膜硬度增加后，其抗划伤性能也得到了改善。经试验确定，改性聚酯树脂B的佳用量为10％。
2.2 不同流平助剂对清漆性能的影响
流平助剂一般是通过与涂料体系的一种可控制的不相容来降低涂料体系的表面张力，促使漆膜流平，消除漆膜的表面缺陷。不同类型的流平助剂对漆膜的性能影响结果如表4所示。

从表4可知，单一的流平剂很难达到理想的流平效果，当丙烯酸流平剂A和有机硅流平剂B复配使用时，能起到协同增效作用，达到较好的流平效果，同时漆膜的抗划伤性能和光泽度也有所提高。主要是因为丙烯酸流平剂通过和涂料体系之间的微弱不相容，促进了漆膜垂直面的流平，起到了消除漆膜长波橘纹的作用。而有机硅流平剂则是通过和涂料体系之间较强烈的不相容，迁移到漆膜表面，促进了漆膜水平面的流平，起到了消除漆膜短波橘纹的作用。另一方面，由于有机硅流平剂迁移到漆膜表面，增加了漆膜表面的滑爽性能，使漆膜的抗划伤性能得到了提高[2]。漆膜的流平性能提高后，表面缺陷减少，漆膜表面的镜面效果增强，表面光泽度也得到较大提高。经试验确定，复合流平剂的佳用量为0.6％。
2.3 触变剂BYK-410 对清漆抗流挂性能的影响
为了获得好的外观装饰效果，巴士客车用罩光清漆一般喷涂较厚（50～60μm），而罩光清漆一般选择分子量相对较低的高固含树脂基料，此时树脂的黏度降低，导致涂料的抗流挂性能也降低。本研究通过在清漆体系中加入触变剂BYK-410，很好地解决了清漆的流挂问题，可将清漆不流挂的干膜厚度提高20 μ m 左右。清漆一次涂装干膜60 μ m 不流挂，主要是因为触变剂BYK-410是一种含改性脲的流变控制剂，由于脲键的存在，加入到清漆中后即产生一种氢键作用力，在涂料中形成一种疏松的三维网状结构，导致涂料体系的黏度急剧上升，防止了涂料的流挂。由于氢键力是可逆的，在强剪切作用下，氢键网状结构又可被打开甚至完全消失，黏度降至低，这种特性既可防止流挂的产生，又可使漆膜在喷涂时的强剪切作用下充分流平，达到流挂和流平的佳平衡[3]。经试验确定，触变剂BYK-410的佳用量为0.3％。
2.4 DBE溶剂用量对清漆性能的影响
DBE（Mixed Aliphatic Dibasic Esters）是一种由己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯组成的酯类溶剂混合物，它具有沸点高、馏程长的特点，可改善漆膜的流平性。由于夏季气温高，在进行清漆涂装作业时，清漆漆膜中的有机溶剂的挥发速度大大加快，使漆膜的表干时间缩短，流平性能变差，导致漆膜表面产生许多表面缺陷，如橘皮、针孔等。所以夏季气温高时要求清漆中的有机溶剂的挥发速度要慢一些，以减少漆膜的表面缺陷。一般可通过在涂料中添加一定量的高沸点溶剂（DBE溶剂）来减慢涂料溶剂的挥发速度，以避免漆膜出现的表面缺陷。表5为在30℃的环境温度下，不同DBE溶剂用量对涂料性能的影响。

由表5 可知，当DBE 溶剂用量增大时，漆膜的表干时间延长，流平性能变好，耐汽油性能却变差，光泽度先升后降，当用量为2％(质量分数)时，涂料具有较好的综合性能。主要是因为DBE溶剂是一种高沸点溶剂，它的加入减缓了有机溶剂的挥发速度，延长了漆膜的表干时间，使流平性能变好，此时漆膜表面的镜面效果增强，表面光泽度也得到提高。但随着DBE溶剂用量的进一步增大，溶剂的挥发速度逐渐减慢，此时漆膜开始固化，溶剂的挥发受溶剂分子穿过漆膜液-气边界层的表面扩散阻力所制约，挥发速率变得更慢。即所谓的“溶剂释放性”变差，少量DBE溶剂会长期滞留在漆膜内不被释放[4]，使漆膜的光泽度反而变差，此时耐汽油腐蚀性能也变差。

3 结 论
(1)通过在罩光清漆中加入10％的高固含、高羟基含量的聚酯树脂对丙烯酸树脂进行改性，提高了罩光清漆的丰满度和抗划伤性能。
(2)当流平剂选用丙烯酸类和有机硅类搭配使用时，可大大提高罩光清漆的流平性能。
(3)当触变剂BYK-410的用量为0.3％，清漆不流挂的干膜厚度可提高20μm左右，清漆一次涂装干膜60 μ m 不流挂。
(4)夏季施工时，通过在罩光清漆中加入2％的DBE溶剂，在30℃的环境温度下，漆膜的表干时间可从20min延长至45min，改善了漆膜的流平性能。