GMA類丙烯酸粉末罩光清漆的制備

2025China.cn 2009年04月09日

粉末涂料換色困難，因此用其作為色漆會受到一定的限制，然而作為罩光清漆是粉末涂料最有前途的發(fā)展方向。1996 年德國寶馬公司最先突破粉末罩光工藝，采用了PPG和Herberts公司供應的高耐候性丙烯酸粉末罩光清漆，每輛轎車可節(jié)省溶劑1～1.5kg，其環(huán)保作用是相當明顯的。但該粉末罩光涂料在30～35℃就熔融，因此要求低溫貯存和低溫運輸。德國大眾與Durr涂裝設(shè)備公司也聯(lián)合建立實驗工廠使用丙烯酸粉末罩光清漆。Volve汽車公司也有采用丙烯酸粉末涂料作罩面透明涂層的技術(shù)動向。

汽車涂料正朝著高固體分、水性及粉末化的方向發(fā)展。1992年開發(fā)了水性罩光涂料，但目前應用并不廣泛。而粉末涂料由于無VOC排放、節(jié)能、生產(chǎn)效率高等特點，受到了越來越廣泛的關(guān)注，并且在1994年第一輛粉末涂裝的汽車下線。

目前我國汽車車身的涂裝仍以溶劑型涂料為主，但我國主要汽車生產(chǎn)廠商已經(jīng)為使用粉末涂料做好了技術(shù)和資金上的準備。

本文介紹了甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)類丙烯酸粉末罩光清漆的制法。討論了納米TiO2、固化劑類型，以及交聯(lián)和支化結(jié)構(gòu)對GMA類丙烯酸粉末罩光清漆性能的影響，并通過正交試驗，制得性能最佳的GMA類丙烯酸粉末罩光清漆。

1、實驗部分

1.1 原料

乙酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸乙酯，均為分析純；固化劑十二烷二酸、十五烷二酸、端羧基聚酯及引發(fā)劑過氧化苯甲酰均為工業(yè)品；正癸酸、月桂酸、硬脂酸均為化學純；流平劑為實驗室合成的聚丙烯酸酯。

1.2 GMA類丙烯酸樹脂的合成

在裝有溫度計、攪拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的反應釜中加入乙酸丁酯，開攪拌，升溫至120℃，溫度恒定后，勻速滴加溶有引發(fā)劑的丙烯酸單體，2.5h滴完；保溫2.5h，補加引發(fā)劑，以提高單體轉(zhuǎn)化率，繼續(xù)保溫2.5h至聚合完畢；聚合完畢后，除去溶劑，先在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中減壓蒸餾，脫去大部分溶劑，之后在真空烘箱中減壓蒸餾至基本無餾出物。

1.3 樣板的制備

將所得的樹脂與固化劑、流平劑、一元飽和脂肪酸等助劑混合后，經(jīng)擠出，粉碎，過篩，然后噴涂到馬口鐵板上，在180℃的烘箱中固化20min，即得樣板。

2、結(jié)果與討論

2.1 原位聚合分散納米TiO2的影響

一般多在共混時加入納米粒子進行分散，本文則探討在樹脂的合成階段加入納米TiO2，使其分散(原位聚合分散TiO2)，其對漆膜耐沖擊性的影響見圖1。

納米TiO2用量與沖擊強度的關(guān)系圖

由圖1可見，加入納米粒子后，漆膜的耐沖擊性有較大提高，這是因為納米粒子的活性表面較強烈地吸附分子鏈，通常一個粒子表面連接幾條分子鏈，形成鏈間的物理交聯(lián)。吸附了分子鏈的納米粒子能起到均勻分布負荷的作用，降低了涂料發(fā)生斷裂的可能性。同時，納米TiO2的加入，能夠促使機體在斷裂過程中發(fā)生剪切屈服，吸收大量塑性形變能，促進基體脆-韌轉(zhuǎn)變，從而達到增韌的效果。

2.2 納米TiO2用量的影響

雖然納米TiO2可以提高丙烯酸粉末罩光清漆的耐沖擊性，但是其用量(質(zhì)量分數(shù)，下同)也不能太大，應綜合考慮漆膜的外觀、附著力等因素。納米TiO2用量對漆膜性能的影響見表1。

表1 納米TiO2 量對漆膜性能的影響

從表1可見，納米TiO2的用量為0.1%時，漆膜的耐沖擊性、附著力、光澤、硬度以及外觀都好，可滿足實際應用的要求。

雖然加入納米材料可提高丙烯酸粉末罩光清漆的耐沖擊性，但是納米材料成本高，而且不易分散，易團聚，會對光澤產(chǎn)生影響。因此，還應從其他方面來研究丙烯酸粉末罩光清漆的性能。

2.3 固化劑的影響

丙烯酸粉末罩光清漆固化后成為一個交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)。當交聯(lián)密度確定后，若交聯(lián)結(jié)構(gòu)中2個交聯(lián)點之間的分子鏈越長，則越容易運動并吸收能量，漆膜的耐沖擊性也越好。雖然自由基共聚的樹脂中2個官能團之間的距離是不能人為控制的，但固化劑二元酸的鏈長是可以選擇的。選擇更長鏈的二元酸作為固化劑，可提高漆膜的耐沖擊性。固化劑類型對丙烯酸粉末罩光清漆性能的影響見圖2。

圖2 固化劑類型對丙烯酸粉末罩光清漆性能的影響

由圖2可見，隨著固化劑鏈長的增加，GMA類丙烯酸粉末罩光清漆的耐沖擊性都有所增加，但光澤有所下降，特別是使用端羧基聚酯時，雖然耐沖擊性最好，但是光澤卻最差，這是因為端羧基聚酯與丙烯酸樹脂的相容性差，因此光澤很低，但它可作為低光澤粉末罩光清漆的固化劑。當固化劑類型確定后，若想進一步提高丙烯酸粉末罩光清漆的性能，則應從漆膜本身的結(jié)構(gòu)作為研究對象。

2.4 交聯(lián)度和支化結(jié)構(gòu)的影響及正交試驗

適當?shù)慕宦?lián)度以及在漆膜中含有一定數(shù)量的柔性支鏈都能夠提高丙烯酸粉末罩光清漆的性能。本試驗合成的樹脂以GMA作為交聯(lián)單體，改變GMA的用量，可調(diào)節(jié)漆膜固化時的交聯(lián)密度。同時，由于基料樹脂中含有環(huán)氧基團，選用一元飽和脂肪酸對丙烯酸粉末罩光清漆進行接枝改性，引入柔性側(cè)鏈，增加漆膜的支化程度。選擇四因素三水平的L9(3×4)正交表進行正交試驗見表2。