理论教育 汽车涂装技术:聚酯、聚氨酯类涂料

汽车涂装技术:聚酯、聚氨酯类涂料

时间:2023-08-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:聚酯—聚氨类涂料是当今世界上汽车修补涂料业内使用较多的另一大类品种。很多汽车总装厂,特别是大型载客汽车总装厂也在使用这类双组分聚酯—聚氨酯类涂料。根据调查,世界上已经有十多个汽车装配厂在其涂装线上使用聚酯—聚氨酯类涂料。聚酯—聚氨酯类涂料的力学性能,耐介质性能,特别是受到当今汽车业界普遍关注的耐酸雨性能等与涂层材料的交联密度关系密切。

汽车涂装技术:聚酯、聚氨酯类涂料

聚酯—聚氨类涂料是当今世界汽车修补涂料业内使用较多的另一大类品种。很多汽车总装厂,特别是大型载客汽车总装厂也在使用这类双组分聚酯—聚氨酯类涂料。有的汽车装配厂甚至采用它来代替原先采用的氨基—醇酸和氨基—丙烯酸类涂料。根据调查,世界上已经有十多个汽车装配厂在其涂装线上使用聚酯—聚氨酯类涂料。这类涂料不仅可以低温固化,还可以在一般汽车装配厂常用的烤漆条件下烘烤成膜,所以在汽车总装厂,它们常被用作在线修补,有的汽车总装厂还直接将其用作新车面漆。这类聚酯—聚氨酯类涂料之所以受到汽车修配厂乃至总装厂的广泛青睐,原因就是,除了它本身的漆膜丰满、光亮的特点,力学性能以及耐候性能与其他涂料相比较,均高出一截,还在于它的施工性能、低温固化性能比以往任何一种汽车修补涂料都强。

聚酯—聚氨酯还有一个突出特点就是它的耐酸雨性能。世界各国的工业化飞速发展,三废对环境的污染越来越被人们所关注,三废带来的酸雨对汽车表面涂层的破坏作用也非常突出。双组分聚氨酯类涂料也正是以其卓越的耐酸雨性能、抗划伤性能日渐受到世界各个国家汽车行业的重视。

聚酯—聚氨酯类涂料与丙烯酸—聚氨酯一样,有含NCO基的甲组分和含OH基的乙组分。这里的乙组分就是聚酯树脂,确切地讲应该叫做饱和聚酯树脂。

作为汽车修补涂料,这里所采用的异氰酸酯甲组分应该为脂肪或脂环族异氰酸酯一类的化合物,具有耐候性比较好、不容易变黄的优点。

聚酯树脂是由多元酸、多元醇经过酯化缩聚反应得来的。常用的多元酸有:邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、己二酸、二聚油酸、合成脂肪酸以及顺丁烯二酸酐等。常用的多元醇有:乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、甘油、三羟甲基以及季戊四醇等。

采用不同品种的多元酸、多元醇可以得到性能各异的一系列聚酯树脂。对于要求涂层柔韧性较高的地方,应该使用聚酯树脂的大分子,主要呈线型,只含部分支链结构。所以在多元醇的搭配中,应该以二元醇为主再加上少量的三元醇。采用这种聚酯树脂与异氰酸酯配漆所制得的涂层,其低温柔韧性以及弹性等力学性能都会很理想,不足的是耐化学介质腐蚀性较弱。为了提高聚酯—聚氨酯涂层的耐介质性能,就必须要提高它的交联密度。具体的做法是增加用量。这样可以使得聚酯树脂的羟基含量增加,从而达到提高其交联密度的目的。采用不同的多元酸也可以起到类似的调节作用。例如采用某些长链的脂肪族二元羧酸,像己二酸,可使获得的树脂的低温柔韧性、弹性均有较大程度的改善;采用芳香族的多元酸,像间苯二甲酸,可以提高涂层的耐候性、耐热性以及其他力学性能。很明显,后者更能满足汽车工业对涂料的要求,所以被广泛用于汽车涂料用聚酯树脂的合成中。

在汽车修补行业中采用的聚酯树脂原料中,不管是一元酸还是多元酸,其分子中都不能含有不饱和双键。也就是说,即使是选用来自植物油的一元羧酸,也都尽可能选用那些碘值低的品种。多元酸中也尽可能不要选用顺丁烯二酸酐之类不饱和多元酸。这主要是因为双键很容易被氧化成过氧化物,从而进一步促进膜物质的大分子链结中的氨基甲酸酯键的降解,导致漆膜过早的老化。

聚酯—聚氨酯类涂料的力学性能,耐介质性能,特别是受到当今汽车业界普遍关注的耐酸雨性能等与涂层材料的交联密度关系密切。为了提高它们的交联密度,必须相应提高聚酯树脂的羟基含量或分子量。一般可以采用以下途径来达到目的:

1)增加分子量,同时保持羟基含量不变。

2)增加羟基含量,同时保持分子量不变。

3)同时增加羟基含量和分子量。

根据大量研究表明,聚酯树脂的分子量从2000增加到9000的时候,涂层的耐酸雨指数可以从43增加到52,而聚酯树脂的羟基含量由3.5%增加到6.5%的时候,耐酸雨指数则由45增加到55。这主要是由于交联密度的增加使得涂层变得更加致密,外界的污染物、水分等更加难以侵入涂层内部的缘故。(www.daowen.com)

聚酯树脂或者异氰酸酯组分的玻璃化温度对涂层的耐酸雨性能有很大的影响。比较明显的是,如果高分子材料处于玻璃化温度以下,聚合物链段的热运动减少,使得外界的污染物、水分等向涂层内部渗透、扩散的可能性就会受到一定的制约。反之,如果处于玻璃化温度之上,聚合物大分子链段的热运动加快,其自由体积增加,因此外界化学物质、污染物以及水分等就会比较容易侵入内部,造成涂层破坏。根据研究数据表明,如果将聚酯树脂的玻璃化温度固定不变,而将异氰酸酯组分的玻璃化温度从5℃提高到37℃,则涂层的耐酸雨指数可以由36提高到50。如果将异氰酸酯组分的玻璃化温度固定不变,将聚酯树脂的玻璃化温度由45℃提高到80℃,则涂层的耐酸雨指数可以由47提高到63。所以,体系玻璃化温度的改变对涂层的耐酸指数影响极大。设计聚酯—聚氨酯系涂料基本配方的时候,完全可以通过改变体系玻璃化温度来改善涂层的耐酸雨性能。

汽车在清洗时,无论是自动清洗机还是人工刷洗都要涉及涂层的抗划伤性、耐洗刷性。为了提高涂层的这两项性能,一般可以采用下面的措施:

1)提高涂层的硬度。

2)提高涂层材料的杨氏模量,使涂层更加柔韧。

3)添加有机硅酮或者含氟助剂。

4)大幅度降低涂层的粗糙度

提高涂层的硬度,不如降低涂层的粗糙度,增加涂层的平滑性,更能明显地改善涂层的抗划伤性能。

所以,作为聚酯—聚氨酯类涂料的乙组分的聚酯树脂应该具备以下基本条件:

1)与脂肪族或脂环族异氰酸酯类衍生物的混溶性良好。

2)为了使所获得的涂层具有足够的交联密度,聚酯树脂应该含有足够的羟基。

3)聚酯树脂的酸价不要太高,一般来说应该比常用醇酸树脂的酸价要低一些。

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