大连振邦氟涂料股份有限公司工程研发中心王军等

   摘  要  选择适宜的含羟基树脂作为主要成膜物质，丁氧基三聚氰胺作为交联剂，再配以铝银浆及定向助剂、防沉剂，配制成汽车轮毂用金属闪光漆和与其相配套的罩光清漆。介绍了该漆的各组成成分、生产工艺和性能指标。讨论了影响涂层性能的因素。

关键词  汽车轮毂漆  金属闪光漆  聚酯氨基面漆  氟树脂

1  引言

  伴随汽车工业的不断发展，汽车轮毂作为汽车的配套产品，其需求量也日益增加。20世纪90年代国内先后成立了多家汽车(摩托车)轮毂生产厂。迄今为止，国内共有汽车轮毂生产厂约50家。其中，秦皇岛戴卡轮毂制造有限公司的年生产能力为150万套，位居全国轮毂制造行业之首。

  汽车轮毂行业对涂料的质量要求非常严格。要生产优质的汽车(摩托车)轮毂，优质的铝材、无尘涂装、综合性能优异的涂料三者缺一不可。汽车轮毂用涂料除要求有良好的表面质量和施工性外，根据应用领域的不同，要求也不尽相同。如国外高档轿车用涂料除要求涂膜具有优异的机械性能外，还要求涂膜应具有优异的耐盐雾性和耐洗涤剂性等。根据市场要求，开发了聚酯氨基金属闪光面漆和罩光清漆及配套的稀释剂。该面漆具有优良的装饰性、加工性及耐沾污性

2  试验部分

2.1  金属漆的研制  

2.1.1  原材料

  氟树脂(大连振邦)、聚酯树脂、L-018氨基树脂、防流挂聚酯树脂、R-717氨基树脂、蜡液、铝银浆、醋酸丁酸纤维素、流平剂及溶剂。

2.1.2  制漆工艺

先将氟树脂、聚酯树脂与蜡液混合均匀，2000 r/min高速搅拌5～10 min。然后在1000 r/min中速搅拌下加入氨基树脂(固化剂)和醋酸丁酸纤维素及其他助剂，再分散5～10min，使树脂混合均匀。将铝粉在溶剂中(加入少量的润湿分散剂)浸泡10～15min，搅拌均匀，制成铝银浆。在500r/min的低速搅拌下将该铝粉浆加入到已制好的树脂中，分散10-20min，使漆液混合均匀

2.1.1  金属漆的配方设计  

金属漆的配方设计如表l所列。

2.1.4  试板的制备及其性能指标

根据汽车轮毂的涂装工艺，用手动喷涂进行模拟涂装。将马口铁板进行细打磨、除锈、除油，然后涂覆，干膜厚度为(23±3)μm的金属漆，在基材温度为 (140±2)℃的条件下烘干20min。最后进行涂膜的性能检测，测试结果如表2所列。

2.1.5  铝粉的质量特性

光线在金属颜料表面的反射和散射使金属漆具有金属闪光效果，这些金属颜料在涂膜中定向排列。目视效果与反射光和散射光的比率有关。散射光的比率随颜料面积的增大而增加，色散光的比例随光线在边缘散射的增大而增大。

    表1  汽车轮毂用金属闪光漆的配方设计

原材料          规  格               质量分数/％     产  地

氟树脂          ZB-2001                 35-45       大连振邦

聚酯树脂                                    10-15           国产

防流挂聚酯树脂                           5-10           进口

蜡液            BYK-103                   5-15           进口

醋酸丁酸纤维素 CAB 381-0.5     10-20           进口

氨基树脂         L-018                  10-15           进口

分散剂                                      0.1-0.2          进口

铝粉                                            2-6            进口

稀释剂                                       10-20          自制

    表2  金属闪光面漆性能的检测结果

检测项目        测试结果     国外某公司对比样漆     检测方法

光泽(60℃)          76                75                          GB/T 1743-93

铅笔硬度            2H                 H                          GB/T 1730-93

冲击强度/cm       50                50                          GB/T 1732-93

柔韧性/mm           1                  1                          GB/T 9754-88

附着力(划格法)/级  0                0                          GB/T 9286-98

注：样板的烘烤条件为(140±2)℃，20min

颜料颗粒越粗，形状越圆，反射光线的比例越高，因此就越亮、越白，色强度越强，闪光性增大(闪光性是指在不同角度观察时白度的变化)。事实上，可以观察到金属闪光漆涂膜的立面和水平面白度的不同，或从不同角度观察涂膜时就可感觉到随角异色闪光性。铝粉颜料颗粒越细，粒子结构越不规则，散射光的比例就越高，看上去越均匀，明暗变化越强，遮盖力越高，鲜映性(DOI)越好。

目前对高白度、高亮度以及随角异色闪光效果好，且遮盖力高，DOI好的金属颜料的需求很大。这些特性和粒径大小的变化关系如图1所示。

2.1.6  铝粉的定向

铝粉的质量特性—白度、明亮度、色饱和度、遮盖力、随角异色闪光性和鲜映度等不仅和铝粉的粒径及粒径分布有关，也和片状铝粉颜料在涂膜中的定向有关(见图2)。

2.1.7  铝粉定向的影响因素

铝粉定向的好坏直接影响金属闪光漆的光泽、闪光指数(FI)、随角异色效果及颜色的一致性。因此，在金属闪光漆中选择合适的助剂帮助铝粉在成膜过程中进行有序排列是至关重要的。在配方设计中选用醋酸丁酯纤维素(CAB)和蜡助剂进行试验。

CAB是热塑性高分子聚合物，成膜后存在于涂膜的表面，在烘烤固化过程中CAB中少量的羟基也参与反应,使漆膜的耐二甲苯浸泡与擦拭性能更好，然而CAB的玻璃化温度较高，在较低温度下，漆膜表现得更脆，因此漆膜的柔韧性下降，但对铝粉有良好的定向及改善光泽的作用。蜡助剂在涂料表干过程中微结晶，对铝片定向有一定帮助.CAB与氟树脂的搭配以 CAB381-0.5为最好，其用量对漆膜性能的影响如表3所列。

 表 3  CAB 用量对漆膜性能的影响

                         CAB381-0.5用量/%

项  目               5     10     15     20      空白

光泽/％          72.3  75.0   78.0   78.5    72.0

柔韧性/mm       1      1      1        2        1

耐二甲苯擦试   50    50     50     50       30

(往返次数)/次 

由表3可见；随着CAB381-0.5用量的增加，漆膜的柔韧性有下降的趋势，耐二甲苯擦拭性能较空白样品要好，且光泽也明显高于空白样品。因此，CAB381-0.5的用量在15％左右时漆膜的综合性能较好，又对铝粉有明显的定向作用。

2.1.8    高金属闪光漆的贮存稳定性

金属闪光漆的贮存稳定性存在以下2个方面的问题：①铝粉的反应性问题。在酸催化体系中，铝粉颜料会与酸发生反应而消耗部分酸催化剂，使体系不能完全固化，且使铝粉颜色发黑。因此选择部分醚化的氨基树脂，其反应活性高，不需要酸催化剂，可避免这一问题的发生。②铝粉的沉降问题。在金属闪光漆中，选择合适的防沉剂，直接关系到涂料的防沉性、施工性、流平性乃至成膜后的物化性能。在金属闪光漆的研制中，选择了4种助剂：BYK-410、BYK-103蜡液、6900-20X(DISPARLON)和TYS-1蜡液(东方天益生产)。在试验中发现BYK-410的防沉性良好，但有泛黄倾向；TYS-1的防沉性较差；6900-20X和BYK-103的防沉性均较好，且不易泛黄，但加6900-20X的漆膜流平性和重涂性不如BYK-103。因此选择BYK-103作为金属闪光漆的防沉剂.

2.2  罩光清漆的研制

2.2.1  原材料，

氟树脂(大连振邦)、丙烯酸树脂、L-018氨基树脂、丙烯酸防流挂树脂、R-717氨基树脂、流平剂、紫外吸收剂和溶剂。

2.2.2  制漆工艺

将氟树脂、丙烯酸树脂与丙烯酸防流挂树脂 91795混合均匀，2000 r/min高速搅拌5-10min。然后在1000r/min中速搅拌下加入氨基树脂和流平剂及紫外吸收剂，分散10-20min，使漆液混合均匀。

2.2.3  罩光清漆的配方设计

    罩光清漆的配方如表4所列。

     表4  汽车轮毂用罩光清漆配方设计

原材料        规格      质量分数/％     产地

氟树脂      ZB-F-2001      40-55      大连振邦

丙烯酸树脂                    5～15        国产

丙烯酸树脂    91795        5-10         进口

氨基树脂                       15-20        进口

流平剂      EFKA-3033       0.1         进口

流平剂      EFKA-3777       0.5         进口

CIBAll30                        0.5-1.0       进口

CIBA292                        0.5-1.0       进口

稀释剂                           18-20        自制

2.2.4  试板的制备及其性能指标

   罩光清漆的试板制备与金属漆相同，涂膜性能的检测结果如表5所列。

      表5  汽车轮毂用罩光清漆性能的检测结果

检测项目        测试结果     国外某公司对比样漆     检测方法

光泽(60°)        97.5              99                           GB/T 1743-89

铅笔硬度           2H                H                            GB/T 1730-93

冲击强度/cm        50              50                           GB/T 1732-93

柔韧性/mm          1                 1                            GB/T 9754-88

附着力(划格法)/级  0               0                           GB/T 9286-98

注：样板烘烤条件为(140±2)℃，20min

2.2.5  罩光清漆抗流挂性的解决

罩光清漆的光泽和丰满度一方面取决于成膜树脂本身，另一方面与其喷涂的厚度也有直接关系，为了保证喷涂的厚度并且不产生流挂，选择了AKZO·NO-BEL的SETALUX91795VX-60抗流挂丙烯酸树脂和AVECIA的250抗流挂剂来改善罩光清漆的流挂性。试验结果如表6所列。

    表6  抗流挂剂对漆膜性能的影响

                                               91795树脂的用量/%

   项 目                        5     10     15       20       250助剂   空白

抗流挂性(湿膜)/μm      40    >40    >50      >50        >50      30

光泽(60°)/％              97.5   97.5  97.0     97.0        95.0    97.5

注：试验温度为12℃。

由表6可见，随着91795树脂用量的增加，漆膜的抗流挂性明显提高，而且对漆膜的光泽几乎无影响，但是在喷涂时发现，用量大时其喷涂所需压力也较大，施工性能较差，且稀释剂用量大，影响漆膜的丰满度。而AVECIA的250助剂的抗流挂性虽较好，但对光泽的影响较大。因此，选择91795树脂为抗流挂剂，用量在 5％—10％之间。

2.2.6  罩光清漆中流平剂的选择

在罩光清漆的配方设计中，选用EFKA公司的EFKA-3033、EFKA-3777流平剂进行了对比试验，结果如表7所列。

    表7  流平剂用量对漆膜性能的影响

                  3033    3033    3033/3777    3033/3777     3777

检测项目   0.1%    0.5%    0.1%/0.5%    0.5%/0.5%   0.5%   空白

流平性         一般     好         好                    好       一般     差

重涂性          好       差          好                   差           好      好

    表7试验结果表明，EFKA-3033、EFKA-3777流平剂综合使用的效果最好，且不影响漆膜的重涂性，因此选择EFKA-3033、EFKA-3777搭配使用。

2.3  稀释剂的配方设计

在溶剂型涂料中，混合溶剂配方的设计对涂层性能起着举足轻重的作用。配方的成分与浓度影响着溶剂的溶解力、挥发速率、黏度、相对密度、安全性以及涂料的成本。适宜的溶剂配方不仅会改善涂料性能，同时也能降低成本，提高市场竞争力。

2.3.1  金属漆稀释剂的配方设计

在金属漆稀释剂的配方设计中，着重考虑以下几个方面：①溶剂的溶解力；②溶剂的挥发速率；③溶剂的黏度、安全性；④溶剂的成本低、原料易得。根据以上几个方面的要求，设计配方如表8所列。

    表8配方中，真溶剂是醋酸丁酯和乙二醇乙醚醋

酸酯(CAC)，其中CAC可以改善金属漆的搭接性，正丁醇和二甲苯为稀释剂和助溶剂，其中正丁醇可防止氨基树脂脱丁氧基，提高金属漆的贮存稳定性。

    表8  汽车轮毂用金属闪光漆稀释剂

原材料名称           质量分数/％    产地

醋酸丁酯                 40-50             国产

二甲苯                    20-30             国产

正丁醇                    10-20             国产

乙二醇乙醚醋酸酯  10-20             进口

2.3.2  罩光清漆稀释剂的配方设计

    在罩光清漆稀释剂的配方设计中，同样要考虑2.3.1中的4个要点；另外，还要着重考虑罩光清漆稀释剂对金属漆的影响，设计配方如表9所列。

    表9  罩光清漆稀释剂配方设计

原材料名称            质量分数/%

                         l#        2#        3#

二甲苯               50        45        45

S100                  30        30        25

正丁醇               20        20        20

DBE                                5         5

乙二醇乙醚醋酸酯                      5

    表9的3个配方中，1#配方在试验过程中发现挥发速率较快，且漆膜流平性不好，同时影响了光泽；3#配方中CAC的溶解力很强，沸点较高，因此漆膜的流平性有所改善，但对金属漆有咬底现象；2#配方由于加入了少量的DBE(高沸点溶剂)，因其具有良好的溶解力且沸点较高、馏程长，极大地改善了漆膜的流平性，减少了表面缺陷；DBE低毒无味，符合环保要求，该配方较为理想。因此，选用2#配方作为罩光清漆用稀释剂的配方。

3  结语

    汽车轮毂用涂料的应用前景十分广阔。随着市场对汽车(摩托车)轮毂的要求越来越高，许多轮毂生产厂家对其外观与机械性能方面的要求也愈加严格。目前，国内诸多轮毂生产厂家使用的涂料主要是美国杜邦的产品，国内产品在质量上还存在一定的差距，本公司研制的汽车轮毂用涂料将为轮毂生产厂家多一个选择余地。