城轨车辆用聚氨酯半光漆光泽稳定性研究
□ 曾凡辉1,2，周伟1，王浩新1，张步峰1，邢国华1
(1.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007；2.湖南省腐蚀与防护学会，长沙 410082)
0 前言
近年来，我国城市轨道交通获得长足发展，线路长度、机车数量、客运数量等指标都有大幅增长，我国已成为世界大的城市轨道交通建设市场，经济稳定发展以及政府的大力支持，使得我国轨道交通建设规模逐步扩大。未来5年我国轨道交通行业将迎来建设高峰，城轨交通建设也从一线城市向二线城市扩展。
城轨交通产业的高速发展，也为城轨交通车辆用工业特种涂料的发展带来机遇。城轨车辆用面漆通常为丙烯酸聚氨酯半光漆，随着人们对车辆的舒适性提出越来越高的要求，要求城轨车辆用涂料也
必须具有很高的装饰性，而通常丙烯酸聚氨酯半光漆具有光泽度不稳定的特点，本文通过对丙烯酸聚氨酯半光漆的光泽影响因素研究，提高了半光漆涂膜光泽稳定性，制得了适合城轨车辆使用的聚氨酯半光漆。
1 试验部分
1 试验部分
1.1 主要原材料
丙烯酸树脂，工业级，广州联洁；N3390固化剂，工业级，德国拜耳；钛白粉，工业级，美国杜邦；紫外光吸收剂，工业级，瑞士汽巴；分散剂、流平剂，化学纯，德国毕克；消光粉，德国赢创德固赛；混合溶剂，工业级，自配。
1.2 涂料的制造工艺
按配方量称取各物料，分散均匀，研磨至细度≤20 μm；在制成的涂料中加入消光粉、其他剩余助剂和适量的混合溶剂，分散均匀，调整黏度100～120s(涂-4#杯)，过滤出料。所制得的涂料组分与固化剂组分按一定的比例(质量比)配制，制板检测性能。
1.3 主要性能测试方法
涂料按GB/T 1727的要求喷涂于试板上，按国标GB/T 1748测试60 °的光泽度，其他性能检测按相关国标(GB)进行。
2 结果与讨论
2.1 不同丙烯酸树脂对涂料性能的影响
涂料的消光一般是通过消光粉来实现的，消光粉在涂料中的稳定性是引起半光漆光泽波动的主要因素。不同丙烯酸树脂由于所含的活性官能团种类及数量不一样，对半光漆的光泽和色差稳定性有较大影响，本研究选用不同羟基含量的丙烯酸树脂制得半光漆，考察不同施工黏度对半光漆光泽稳定性和色差稳定性的影响，结果如表1所示。
从表1可知，树脂A制得的半光漆的光泽稳定性较差，而外观良好，色差稳定性好；树脂B性能正好相反；而树脂A和树脂B混合后，其综合性能良好。主要是因为树脂A是一种高羟值树脂(110)，而树脂B为一种低羟值树脂(60)，高羟值树脂对颜料湿润性能好，产品色差稳定，但干燥速度较慢，易引起半光漆中消光粉的移动，导致光泽不稳定，而低羟值的树脂B性能又正好相反，当将树脂A和树脂B按1∶1混合后，在不同施工黏度下半光漆均有较好的光泽和色差稳定性。
2.2 不同CAB助剂对涂膜光泽稳定性的影响
在半光漆中加入CAB(醋丁纤维素)助剂，能提高体系的黏度，同时靠溶剂挥发能增加湿膜中紊流和对流时对涂料中消光粉颜料运动的阻力，使消光粉颜料有一定的运动自由度，有利于消光粉的排列取向。不同CAB树脂由于丁酰基含量、黏度有很大的不同，对半光漆的性能影响也有很大的差别。其对半光漆性能影响如表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，半光漆有好的综合性能。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，涂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，与其他树脂的相容性变好。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，但消光粉定向效果一般。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，当CAB381和CAB551按8∶1搭配使用时，半光漆有佳的综合性能，此时消光粉有佳的定向效果，光泽稳定性好。
2.3 不同干燥方式对涂膜光泽度的影响
在涂料配方固定的条件下，考察涂料施工时不同干燥方式对涂膜光泽的影响，结果如表3所示。
通过表3可知涂膜干燥方式不同时，其光泽有一定波动，60 ℃直接烘干的样板比在常温下晾干24 h的样板光泽度要高5～7个百分点，而常温晾干1 h后再烘1 h的样板光泽较稳定。产生这种结果的主要原因是因为干燥方式的不同会影响涂料的固化速率和溶剂的挥发速率，从而影响颜料沉降、消光粉的迁移(消光粉密度较小，会逐渐向上迁移)。当采用晾干方式时，消光粉充分向表面迁移，从而降低涂膜光泽度，同时由于消光粉的无序迁移，造成了光泽波动大。若要将涂膜光泽控制在一个比较小的范围内波动，同时结合客户的施工条件，确定当采用常温晾1h、60 ℃烘干1 h的干燥工艺时，涂膜光泽度具有好的稳定性。
2.4 不同涂膜厚度对涂膜光泽度的影响
在涂料配方固定的条件下，采用常温晾1 h、60℃烘干1 h的干燥工艺时，考察不同涂膜厚度对涂膜光泽的影响，结果如表4所示。
通过表4可知，随着涂膜厚度的增加，涂膜的光泽也在逐步增加，但增幅有一个慢慢下降的趋势，后趋于稳定，主要是由于涂膜越厚，涂膜外观越平整，越趋于镜面，不利于对光线产生漫反射而消光。结合具体的涂装施工可知，当涂膜厚度控制在40～60 μm时，此时涂料光泽波动小，该厚度也可满足涂料的防腐涂装要求。
2.5 研制的聚氨酯半光漆性能表征
2.5.1 聚氨酯半光漆的SEM图谱分析
聚氨酯半光漆的表面和截面SEM图如图1、图2所示。由图1可知，半光漆的表面比较粗糙，这样有利于光线在其表面形成漫反射，从而达到消光的效果。由图2可发现消光粉在涂膜中分布比较均匀，从而推断半光漆的光泽比较稳定。
2.5.2 聚氨酯半光漆的红外光谱分析
聚氨酯半光漆的红外光谱图如图3所示。
由图3可知，在2 200～ 2 300 cm-1没有吸收峰，说明丙烯酸树脂和异氰酸酯固化剂固化后没有残存的异氰酸根(—NCO)基团，交联反应比较完全。在1 728 cm-1位置存在一个非常强的吸收峰，为丙烯酸树脂交联固化后形成的氨酯键(—NHCOO—)中的羰基(—C=O)的伸缩振动吸收峰。2 960 cm-1处为甲基(—CH3)的伸缩振动吸收峰，2 882 cm-1、2 874 cm-1为亚甲基(—CH2—)的伸缩振动吸收峰。
3 结语
当将高羟值树脂和低羟值树脂按1∶1混合后，在不同施工黏度下半光漆均有较好的光泽和色差稳定性；当助剂CAB381和CAB551按8∶1搭配使用时，半光漆有佳的综合性能，此时消光粉有佳的定向效果；当采用常温晾1 h、60 ℃烘干1 h的干燥工艺及涂膜厚度控制在40～60 μm时，此时涂料光泽波动小。
