聚脲涂料在汽车涂装上的应用

2018-12-02 11:22

李华宁 孟昭辉 田铁梁

天津科瑞达涂料化工有限公司,天津 300457

摘要: 本文介绍了聚脲涂料在汽车涂装上的发展和应用基础,阐述了聚脲汽车涂料的产品特性和技术参数测定结果,聚脲涂料在汽车涂装上具有优异的性能能够取代传统的高温烤漆成为汽车涂料应用的新品种,产品具有很好的市场推广价值和应用前景。

关键词:聚脲汽车涂料;VOC排放;节能降耗;涂装工艺

0.前言

中国2017年汽车销售量达到2900万辆左右,每年需要汽车漆超过60万吨。国内汽车行业的涂料涂装多数使用高温烤漆品种,这些涂料在涂装过程中需要很高的烘烤温度,造成了巨大的能源消耗。近年我国提出节能降耗、环境保护的重要举措,对汽车涂料和涂装也提出了相应的要求。目前汽车涂料部分采用了水性化的方式,但是水性涂料不仅需要高温烘烤而且还需要预烘烤,消耗更多的能源和付出高额的废水处理费用。同时汽车涂装线的改造需要投入大量的资金、时间等,这些将造成巨大的损失。高固体含量的溶剂型产品具有性能优异、基本不影响生产等优势得到更多的应用。

汽车涂料一直采用高温产品是因为高温烤漆的性能优异,传统的丙烯酸聚氨酯、丙烯酸、聚氨酯等品种虽然可以降低烘烤温度但是产品的干燥性能、耐老化性能等都相对较低。聚脲类产品技术起源于美国,主要应用在防水涂层、弹性涂层等方面,国内仅有近十年的研究基础。聚脲类产品具有高固低粘、涂膜可低温干燥、涂膜干燥速度快、涂膜耐老化性能优异等特点,具有在汽车涂装上应用的可行性基础。

天津科瑞达涂料有限公司经过数年对聚脲类产品的技术研究掌握了比较深入的基础数据,经过与中国一汽股份有限公司、一汽青岛汽车厂、一汽成都汽车厂等汽车制造厂家共同摸索和测试,成功将聚脲汽车涂料在汽车涂装中得到稳定的应用。

1、技术研究部分

1.1聚脲汽车涂料原料

主要原料:聚脲树脂、HDI硬化剂、助剂颜料、填料、防尘剂、溶剂等。

1.2聚脲汽车涂料的生产

主剂:将聚脲树脂、分散剂、部分溶剂加入到配料罐中,低速搅拌均匀;在中速搅拌状态下依次加入颜料、填料、防尘剂、消泡剂等原料,保持中速搅拌均匀,配好的漆浆放置24h进行充分浸润;完全浸润的漆浆用研磨盆移至研磨区进行研磨至细度合格后转入调漆罐;根据对合格漆浆的检测数据进行核算后在中速搅拌状态下加入紫外线吸收剂流平剂、分散剂、溶剂、导电剂等原料对产品的板面状态、粘度、导电率等主要指标进行调整;合格后的主剂产品进行过滤包装。

硬化剂:将HDI硬化剂、溶剂加入到分散罐中搅拌均匀,在搅拌状态下缓慢加入吸水稳定剂,待整体搅拌均匀后对产品进行检测,检测合格后过滤包装。

1.3聚脲汽车涂料的应用

将主剂和硬化剂分别投入到输漆系统中,加入稀释剂调节产品粘度到喷涂粘度,通过输漆系统将漆液输送到喷涂设备端口;聚脲汽车涂料漆液经过GRACO 2KE双组份喷涂设备的静态混合器混合均匀后到达喷枪进行有效喷涂。

通过对喷涂样板、汽车部件、整车涂装等的涂膜性能检测得到涂膜性能数据;通过数据分析来对涂膜进行评价和指导。

1.4聚脲汽车涂料的性能参数

1.4.1聚脲汽车底盘涂料性能参数

表1 聚脲汽车底盘涂料参数

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表2 聚脲汽车底盘涂料涂膜物理参数

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表3 聚脲汽车底盘涂料涂膜耐介质参数

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1.4.2聚脲汽车中涂漆性能参数

表4 聚脲汽车中涂漆参数

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表5 聚脲汽车中涂漆涂膜物理参数

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1.4.3聚脲汽车面漆的性能参数

表6 聚脲汽车面漆参数

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表7 聚脲汽车面漆涂膜物理参数

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表8 聚脲汽车面漆涂膜耐介质参数

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从表1—表8中对聚脲汽车底盘涂料、聚脲汽车中涂漆、聚脲汽车面漆的原漆及涂膜性能检测数据可以看到,聚脲类汽车涂料产品具有高固体低VOC排放、低温干燥节能降耗等鲜明的特点。聚脲类汽车涂料产品能够满足汽车涂装的一般应用,同时由于自干条件下优异的表现使得聚脲汽车涂料可以应用在难于进行烘烤的大型卡车、工程机械等领域。聚脲类汽车涂料的涂膜在耐介质、人工老化等主要汽车漆指标都有明显的优势,特别是聚脲面漆的耐老化性能优异能够更好的对汽车进行装饰和长效防护。

2.结果与讨论

2.1聚脲汽车涂料的VOC排放

聚脲汽车涂料的综合施工固体含量均大于75%,较一般高温涂料的施工固体含量提高了约35%,VOC排放达到250-300g/L符合国家420g/L的排放限定。

2.2聚脲汽车涂料的节能降耗

 一般汽车烤漆的烘烤温度为140℃×30min,聚脲汽车涂料可以在80℃×15min条件下烘烤或者自干,聚脲汽车涂料可以节省大量的能源消耗。特别是在自干条件下涂膜24h仍然可以达到合格标准,对于大型工程机械和大型客车、货车不易于进行烘烤又希望加快生产速度的情况,聚脲汽车涂料就更凸显出他的优势。 

图1.聚脲汽车涂料的喷涂应用

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2.3聚脲汽车涂料的耐老化性    

聚脲汽车涂料涂膜具有优异的耐老化性,涂膜耐人工加速老化超过2000h,这主要是因为聚脲产品的化学键离解能很高不易断裂,能够很好的抵抗阳光对涂膜的侵蚀作用。在配方研究过程中添加了紫外线吸收剂来达到涂膜耐老化性的补充提高,通过紫外线吸收剂对阳光的阻挡和对自由基的捕捉修复达到更长效持久的抗老化效果。

3.聚脲汽车涂料新材料新工艺应用展望

3.1温变材料的应用 

图2.温变材料的温变性

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温变材料可以在不同温度下显现出不同的颜色,在涂料中进行应用可以根据颜色的不同判断温度的变化,在温变领域、防伪技术领域、军事伪装领域具有一定的应用市场。温变材料与聚脲技术相结合可以得到应用时间超长的温变涂膜,达到长效防护和降低翻新费用的目的。通过与不同新材料的结合,可以更好的开拓聚脲类产品的应用领域,逐步利用好聚脲产品的优点创造更好的社会价值。

3.2微胶囊材料的应用 

图3.微胶囊示意图

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涂料涂膜在受到外界侵蚀过程中会逐步被破坏,特别是重型卡车、工程机械等由于应用环境比较恶劣涂膜很容易发生破损。将聚脲树脂作为微胶囊的囊壁包裹具有一定防腐性能的钝化液、纳米氧化硅等材料,在涂膜受到侵蚀发生破损时胶囊破裂囊芯迅速对基材形成修复,这样就大大延长了涂膜对工件的保护时间,使得汽车和工程机械的使用寿命延长降低材料消耗。

3.3超临界二氧化碳涂装

超临界二氧化碳涂装技术是一种新的涂装技术,涂装原理是将液态的CO2替代涂料中的稀释剂使用,在保证涂料涂装粘度的前提下可以大大节省稀释剂的用量从而达到降低VOC排放的目的。超临界CO2作为稀释原料对人体无害可以有效降低涂料粘度,在喷涂过程中迅速变成气态并排除大大降低了涂料的飞溅程度,从而达到更高的涂料利用率。、

4、结语

聚脲类产品在我国还处于基础研究和初步应用阶段,我们通过多年的研究数据积累将聚脲类产品应用到汽车涂装上,由于聚脲涂料干燥速度快、固体含量高、耐老化性能优异等特点,通过与其它原料、助剂的配合形成具有很好应用前景的产品体系。特别是在经过了很多年对汽车涂料研究和与众多汽车制造企业的密切合作基础上,对聚脲涂料的研究和应用更具有了明确的目标。在目前中国对环境治理、对节能降耗等大力推进的形式下,聚脲类产品具有了更实际的推广价值,在汽车行业经过了多年传统涂装之后聚脲涂料在汽车上的应用更体现出新材料、新技术的变革更新。

参考文献

[1] 刘娅莉,徐龙贵.聚氨酯树脂防腐蚀涂料及应用[M]第一版.北京:化学工业出版社,2006年,425-434

[2] 原燃料化学工业部涂料技术训练班.涂料工艺[M]第一版.北京:石油化学工业出版社,1976年,57-59

[3] 刘登良.涂料工艺 [M]第四版.北京:化学工业出版社,2015年,1775 -1783

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