双组分水性聚氨酯涂料在ABS塑胶上的应用研究

朱林宗（杭州蓝田涂料有限公司）

摘要：介绍了双组分水性聚氨酯涂料在ABS塑胶上的应用,分析了罩光清漆中树脂种类、银粉排列定向助剂、流平助剂以及异氰酸酯固化剂对涂层性能的影响,设计实验进行探讨,确定合适的配方,制备得到性能优良的双组分水性聚氨酯涂料。

关键词：双组分；水性聚氨酯涂料；银粉排列助剂；流平助剂；异氰酸酯固化剂

0　前　言
双组分水性聚氨酯涂料作为一个新兴领域正在 崛起，相比于溶剂型聚氨酯涂料更安全、更环境友好， 而且具有优良的耐磨性、硬度、柔韧性、耐化学品性 和耐溶剂性等。摩托车用塑料、汽车内饰件大都采用ABS材质，随着国家和消费者对环境友好的日益重 视，水性双组分聚氨酯凭涂料借其性能和环境友好优 势，在该应用领域逐渐崭露头角。 摩托车用塑料、汽车内饰件要求涂料有极佳的外 观装饰效果、优异的附着力、优异的耐醇性等，某些客户还要求涂料耐干摩擦达到1 000次以上。另外，由于 车间采用流水线作业，要求涂料的表干和流平时间尽 量缩短，提高生产效率，这也是需要着重考虑的方面。 本实验探讨了银粉底漆中银粉排列助剂、罩光清漆中 树脂、流平剂以及异氰酸酯固化剂对涂膜性能的影 响，制得了涂膜机械性能、耐老化、耐乙醇和耐干摩擦 优良的双组分聚氨酯涂料。
1　实验部分
1.1　实验原材料
低羟丙烯酸乳液(LDBR2014)、高羟丙烯酸乳液 (LDBR2015)，蓝德堡实业有限公司；银粉(3305B)，苏 州曼特博合金材料有限公司；流平剂、分散润湿剂、 消泡剂、增稠剂、pH值调节剂、附着力促进剂、去离子 水，市售；银粉定向排列助剂(AQUATIX8421)，德国毕 克；异氰酸酯固化剂(Bayhydur xp 2655，— NCO含量： 26.5%)，德国拜耳；丙二醇二醋酸酯(PGDA)，美国陶 氏；成膜助剂，自制。以上原料均为工业级。
1.2　水性铝银浆的配制
厂家提供的铝银浆都是固体形态，为了银粉在树 脂中分散均匀，需要将铝银浆预先配制成溶液形式后 再进行加入。按表1进行配制。

1.3　水性双组分聚氨酯银粉底漆及罩光清漆涂料配方
水性双组分聚氨酯银粉底漆配方如表2。

水性双组分聚氨酯罩光清漆配方见表3。

水性双组分聚氨酯银粉底漆生产工艺：分别按 A组分、 B组分的配方量称取原料，用分散机进行搅 拌分散，混合均匀； A组分与B组分按照15∶1的比例     n(—NCO)/n(—OH)＝1.2均匀混合，在ABS塑胶件上 喷涂，涂膜常温下流平10 min，70～80 ℃烘烤10～15 min，涂膜厚度10～15 μm。 水性双组分聚氨酯罩光清漆生产工艺：分别按A组 分、 B组分的配方量称取原料，用分散机进行搅拌分散， 混合均匀； A组分与B组分按照4∶1的比例n(—NCO)/ n(—OH)＝1.4均匀混合，在固化后的银粉底漆上进行 喷涂，涂膜常温下流平30 min，80 ℃烘烤40～60 min或 者常温放置24 h，涂膜厚度35～40 μm。
1.4　性能检测
按照上述生产工艺制备出样板后按照相关国标 和行标进行性能检测。性能检测结果见表4。

2　结果与讨论
2.1　树脂选择的影响
在罩光清漆中选用的LDBR2015乳液是采用特殊 功能单体改性的丙烯酸乳液，该基团属于极性基团， 可以形成氢键，可以改善与底漆的层间附着力，而且 对整个体系其他性能都有较为明显的改善。本实验采 用特殊功能单体改性的丙烯酸乳液LDBR2015(以下 简称A)，与未采用特殊功能单体改性的丙烯酸乳液 (以下简称B)进行对比实验，按照相同的工艺制备涂 膜并进行检测性能，结果如表5所示。

从测试结果中可以看出，改性丙烯酸乳液(LDBR 2015)的性能均优于未改性的丙烯酸乳液，异氰酸酯固 化剂与乳液混合后发生交联反应，生成含有活泼氢的 产物，LDBR2015乳液中的改性基团可以与活泼氢反 应进行交联，提高了涂膜的致密度，这样对涂膜光泽、 耐水、耐干摩擦、耐乙醇擦拭有明显的提高。
2.2　银粉定向排列助剂用量的影响
汽车、摩托车的许多部件广泛使用金属银粉涂 料，能增加美观感，同时也能提高涂膜的抗腐蚀作 用等相关性能。银粉排列的状态直接影响涂膜的 美观感，许多因素都能影响其排列，例如，涂膜的厚 度、银粉的粒径、涂料的触变性等，其中涂料的触变 性对银粉排列影响最为重要。本实验选用10 μm粒径 的银粉、银粉底漆厚度10～15 μm，规避相关的不良因素，通过添加不同量的银粉定向排列助剂，改变其 触变性，从而观察银粉排列状态。银粉定向排列助剂 (AQUATIX8421)用量与涂膜银粉排列状态如图1。

从实验结果中可以看出，随着银粉定向排列助剂 (AQUATIX8421)用量的增加，使银粉底漆在低剪切力 下黏度增大，提高了银粉在工件上定向排列有序性； 然而用量太多会使银粉底漆的黏度过大，反而不利于 施工喷涂。银粉定向排列助剂(AQUATIX8421)用量在 3%～4%较好，本实验选择的用量为3.5%。
2.3　罩光清漆中流平剂用量的影响
罩光清漆是喷涂在银粉底漆的表面上，清漆固化 后的交联密度大，可以增加涂膜的各项性能，同时也 能提高涂膜的光泽、清晰度、丰满度等。清漆需要拥有 良好的流平性，否则，会出现橘皮等不良弊病。本实验 选用的是丙烯酸类的流平剂，不会影响重涂性。流平 剂用量与清漆表面状态如图2所示。

根据实验结果可知，随着流平剂的加入，涂膜的 橘皮有所缓解，光泽、丰满度、鲜艳性等都有所提高， 然而流平剂加入过量会导致其他负面影响如厚边等 现象。综合成本考虑，流平剂用量选择0.4%比较合适。
2.4　固化剂比例的影响
水性双组分聚氨酯涂料中固化剂的用量对涂膜 的性能影响很大，双组分的活化期对施工也有很大影 响，在工业化生产中需要快速的表干和流平，提高生 产效率。在本实验中银底漆中n(—NCO)/n(—OH)大于 1.3时体系的活化期在1～2 h，不利于施工， n(—NCO)/ n(—OH)小于1.3时活化期在4 h以上， n(—NCO)/    n(—OH)＝1.2时表干时间为5 min，有利于工业化生 产，故底漆中选择n(—NCO)/n(—OH)＝1.2左右比较 合适；罩光清漆中n(—NCO)/n(—OH)小于1.3时体系 的活化时间虽然长，但是涂膜发软，影响性能，罩光清 漆n(—NCO)/n(—OH)大于1.3时，活化期也能保证在4 h以上；分别对罩光清漆的固化剂用量进行测试，如表 6所示。
涂膜的一些力学性能主要与清漆有关，可以明显 看出，清漆中n(—NCO)/n(—OH)为1.3时，附着力、冲 击、硬度都会比较差，这是由于此时涂膜的交联密度 低，体系中可能有部分基团没有进行交联反应；然而， n(—NCO)/n(—OH)在1.5以上时，由于过度的交联导致 涂膜硬而脆，反而会影响其性能，同时，结合成本因素， 清漆中n(—NCO)/n(—OH)选择为1.4左右比较合适。
3　结　语
通过对树脂种类、银粉排列定向助剂用量、流平剂 用量以及固化剂比例这些因素分析，若银底漆中加入 3.5%的银粉排列定向助剂、罩光清漆中选用LDBR2015 乳液(改性丙烯酸乳液)、罩光清漆中加入0.4%的流平 剂、银底漆中n(—NCO)/n(—OH)为1.2(A组分∶B组分＝ 15∶1)、罩光清漆中n(—NCO)/n(—OH)为1.4(A组分∶B 组分＝4∶1)时可制备得到性能优异的水性双组分聚氨酯涂料。