引言

    汽车涂装过程中，有机溶剂对环境污染严重，在欧美发达国家，非常重视防止环境污染和节省能源，正引导涂料工业向着“三化”发展，即涂料粉末化、水一降化、无溶剂化，其中汽车表面涂装新材料的的水性化是最有效的途径之一。

    汽车工业较发达地区非常重视水性汽车涂装材料的研究开发，新技术、新工艺不断涌现。中海油常州涂料化工研究院在国内较早开始研究开发水性汽车涂料，先后成功开发电泳涂料、水性环氧底漆、水性聚酯中涂及水性汽车丽漆；美国杜邦、德国巴斯夫和施必快均推出水性汽车涂装材料，但由于它们对施工环境、设备的要求极为苛刻，所以在中国的应用推广非常缓慢；美、英、法、日、德等发达国家20世纪50-60年代就开始生产水性漆，这些国家的水性漆产量占整个涂料生产量的50%以上，有的已经达到78%，并以更快的速度发展。

    本文根据汽车表面水性涂装的施工特性要求，制备出一种快干、漆膜性能优异的双组分快干型水性分体，将其用于汽车表面涂装，极大地提高生产效率，交车时间大大缩短，形成的漆膜光泽；复较高，丰满度好:具有优异的物理化学性能，是以水为溶剂，环境友好，可与同类溶剂型产品相媲美。

    1试验部分

    1.1主要原料与器材

    水性流平剂、水性润湿剂、水性消泡剂:分析纯，德国BYK；中和剂:分析纯，海明斯公司；二羟甲基丙酸(DMPA)、甲基丙烯酸、丙二醇甲醚醋酸酯(PMA):分析纯，市售。

    精密电子天平:BL-2000A，上海亚津电子科技有限公司；硬度计:BGD509，广州标格达实验室仪器用品有限公司。

    1.2主要方法与技术路线

    快干型羟基水分散体合成共分为2步:第一步是制备快干型羟基分散体预聚物；第二步将预聚物进行乳化，具体步骤如下。

    1.2.1快干型羟基分散体预聚物的制备

    在装有搅拌桨、温度计、冷凝器的反应釜中，添加25-40g的助溶剂，在N₂环境下升温至回流温度；持续滴加15-25g甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯、10-20g的DMPA、5-10g的甲基丙烯酸、1-15g的乙烯基类单体，部分引发剂(共0.5-1.5g，可选偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰)和0.1-1.0g的链调节剂(如十二烷基硫醇或巯基乙醇)组成的混合溶液，在2.5h内滴加完毕，保温0.5-1.0h，之后再补加剩余的引发剂，保温1.5-2.5h，印可得到快干型预聚物。

    1.2.2快干型预聚物的水性化

    将上述快于型羟基分散体真空蒸馏脱除溶剂，将脱除部分溶剂的分散体溶液倒入容器中，待温度降至75℃时，再加入中和剂，在高速圆盘分散机下以1800r/min进行中和反应，反应时问为0.5-1.0h；提升分散机的转速，边缓慢滴加去离子水，以2200r/min的转速分散1.5h，充分搅拌30min后出料，最终分散体产品的固体含量控制在40%-50%即得产品。

    1.3快干型水性汽车表面涂装新材料的制备

    将快干型水性分散体、去离子水、水性助剂混合均匀，选择水性颜料和功能性分散剂，进入砂磨机进行研磨，致密度达到要求后，再于分散条件下进行复配，搅拌均匀，即制得快干型水性汽车表面涂装新材料产品。制备工艺流程如图1所示。

    1.4产品性能测试方法

    1.4.1固体台砖的测定

    参照GB/T1725-20077标准进行测定。

    1.4.2光泽的测定参照GB/T1743-1989标准进行测定。

    1.4.2VOC的测定

    参照GB/T23986-2009标准进行测定。

    1.4.4硬度的测定

    参照GB/T1730-1993标准进行测定。

    1.4.5附着力的测定

    参照GB/T9286-1998标准进行测定。

    2结果与讨论

    2.1DMPA对快干水性分散体的性能影响分析

    DMPA对漆膜性能的影响较大，试验表明:随着DMPA用量的增加，引进较多的亲水基团，分子链的亲水性增强，平均粒子尺寸显著减小，更易分散在水中，分散体的透明度增加；但粒子尺寸是影响体系黏度的主导因素，随着粒子颗粒的变小，运动过程中粒子受到的束缚就越小，体系的黏度下降；DMPA的用量越大，分子链上的亲水基团越多，极性基团含量增大，中和后亲水性增强，漆膜形成过程中，亲水链段极性基团聚集形成亲水微区，极性基团含量增大，亲水微区体积增大，水分子易被分子链上的亲水基团吸附，从而导致吸水率增大，耐水性降低。当DMPA的质量分数在3.5%-6.0%的范围时，粒子大小的变化虽有所不同，但在贮存方面，均未发生异常现象，完全满足了使用性能要求。

    2.2快干型水性分散体及颜料的性能分析

    作为一种具有较好操作性能的高效快干水性分散体必须具有优异的相容性，通过引入较多亲水基冈，使体系具有足够的亲水性而在水中形成稳定的分散体。同时引进高活性羟基合成出一种常温固化反应活性高的水分散体，与经亲水改性的多异氰酸固化剂配合，实现快干、高效，漆膜干燥时间明显缩短。

    其中颜料的品种直接决定产品的色相特征和性能，通常来讲，为了满足产品的后期贮存稳定性，需要有较高的低剪切黏度。为了提高可操作性能，分散时应有较低的中剪切黏度。因而好的产品应具有良好的触变性，随着颜料含量的增加，黏度也随之增加，触变性能变大，在一定程度上有助于贮存稳定性的提高，但颜料含量越大，下沉明显，选取有防沉效果的功能助剂提升其贮存稳定性。试验表明，添加量为0.7%时综合性能较好。

    2.3助剂的选择性研究

    在生产过程中，需要加入大量的颜料，生产时用高速分散机或砂磨机等设备进行充分的机械分散。然而，颜料颗粒在体系内处于高度分散状态，其表面能相当大，颗粒在热运动作用下，不断相互碰撞，必定趋于相互结合，以减小体系的表面能，因而导致颜料絮凝、结块。颜料分散剂的添加，减少颜料本身束缚力，使高分子吸附层产生空间屏蔽稳定性，使体系保持长期稳定，当分散剂添加量过大时，电荷斥力作用受到过剩电荷影响而降低，产生交联絮凝，也会造成颗粒返粗，导致贮存稳定性下降。试验表明，分散剂用量在0.6%为宜。

    由于水具有较高的表面张力，须通过选用水性润湿剂增强对基材的润湿，提高流平和附着力。但随着添加量的增加，会使漆膜吸水率增大、水敏感性增强。因此，润湿剂添加量的关键点控制特别重要，试验证明，最佳添加量约为0.25%。

    在多数涂料生产过程中，气泡是不受欢迎的，也是涂料工程师们力图研究的重要课题。特别是随着涂料机械的快速发展，解决快速施工过程中的气泡问题变得越来越重要。涂料生产过程中产生的大量泡沫不仅会造成操作闲难，而且在施工中会造成漆膜表面缺陷，所以消泡剂的研究尤为重要。良好的消泡剂应同时具有抑泡和消泡作用，且有持久的消泡能力。但是在涂料贮存中，消泡剂为了提高自身在涂料中的分散性和相容性，会消耗少量的润湿剂，从而使消泡能力降低甚至消失，因此最优的消泡剂要有长久高效的消泡性能，又不能伴随过低的表面张力和过差的相容性，否则会产生漆膜缺陷。

    3验证试验

    通过对各种原料及助剂的选择性研究，以中黄色为例，制得快干型水性汽车涂料产品，其基础配方见表1。

    按顺序添加原材料，经分散、研磨合格后，获得快干型水性汽车黄色面漆成品，即组分A。与作为组分B的亲水改性的多异氰酸酯按照m_A:m_B:m_去离子水=3:1:(0.8-1.2)的比例混合均匀，获得可施工喷涂的成品，该成品的喷涂黏度为25-30s(涂-4杯，25℃)，干燥方式为23℃自干2.5h或65℃烘干15min，其性能测试结果见表2。

    4结语

    本文通过引入高活性羟基合成出一种常温固化的高活性水性分散体，使其具有足够的亲水性和稳定性，对颜料润湿性和树脂通用性良好，进而通过对水4f，土助剂和颜料的选择性研究，与经亲水改性的多异氰酸酯固化剂配合，制备出一种快干、漆膜性能优异的双组分快干型水性汽车表面涂装新材料，实现了低VOC排放，环保、高效，并且给施工操作带来了极大的便利。