聚氨酯亞光涂料光澤不穩(wěn)定因素的探討

廖小平，王志強(qiáng)，李勝強(qiáng)

摘要：聚氨酯亞光面漆光澤不穩(wěn)定的因素有很多種，不僅跟涂料配方設(shè)計(jì)有關(guān)，而且跟施工配比、涂膜厚度、干燥溫度等都有很大的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：亞光面漆；光澤；施工配比；涂膜厚度；干燥溫度

0 引言

軌道交通行業(yè)所用涂料先后經(jīng)歷了全套醇酸體系、環(huán)氧底漆/丙烯酸改性醇酸面漆、環(huán)氧底漆/雙組分聚氨酯面漆，雙組分丙烯酸聚氨酯涂料目前在鐵路機(jī)車、客車、高鐵、城市軌道交通車輛上運(yùn)用得最廣泛。近年來，在“一帶一路”的國家戰(zhàn)略引領(lǐng)下，高鐵、機(jī)車、地鐵等相繼走出國門，直接參與了國際競爭，推動(dòng)了國內(nèi)軌道用涂料行業(yè)的發(fā)展。

但隨著軌道交通產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升，目前軌道車輛在選用涂料上，不僅對性能越來越重視，而且對涂膜裝飾性也提出更高的要求。尤其在車內(nèi)裝飾涂料的選擇上，傳統(tǒng)的高光涂料由于反射能力強(qiáng)，長期刺激人的眼睛，讓人產(chǎn)生不舒適感，而亞光表面的物體由于給人穩(wěn)重典雅的感覺，既適應(yīng)現(xiàn)代美學(xué)觀，又使視力不易疲勞，更好地迎合人們的喜好，所以目前車內(nèi)裝飾涂料中，亞光涂料越來越受到客戶的青睞。與此同時(shí)，越來越多的涂料涂裝企業(yè)進(jìn)入到軌道交通行業(yè)中，產(chǎn)品競爭越來越大。涂料生產(chǎn)商一方面要持續(xù)地對配方進(jìn)行優(yōu)化，另一方面則要做好售后技術(shù)服務(wù)公關(guān)，時(shí)刻準(zhǔn)備為客戶提供解決方案。由于亞光涂料具有光澤不穩(wěn)定的特點(diǎn)，一直是困擾業(yè)界的難題，經(jīng)常出現(xiàn)出廠檢驗(yàn)合格，但到客戶處使用后卻反饋有關(guān)澤度超差的現(xiàn)象。本文通過對亞光面漆展開研究，在配方固定的情況下，從施工配比、涂膜厚度、干燥溫度等3個(gè)方面，找出影響亞光光澤的因素，從而指導(dǎo)客戶方施工，解決光澤不穩(wěn)定的問題。

1　試驗(yàn)部分

1.1　試驗(yàn)試劑及儀器

1.1.1　主要試驗(yàn)儀器和工具

噴槍，60°光澤儀，調(diào)墨刀，電子秤，一次性杯子，打磨機(jī)，320目砂紙，除塵布，鼓風(fēng)干燥箱，涂膜測厚儀，恒溫恒濕箱。

1.1.2　主要試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料：亞光色漆，固化劑，稀釋劑。 光澤檢測：選用A4鋁板，所有試驗(yàn)板噴涂前需進(jìn)行打磨處理，并保持飾面的清潔。

1.2　試驗(yàn)方法

1）取多塊A4鋁板，用320目砂紙打磨，然后用除塵布擦干備用。

2）取丙烯酸聚氨酯亞光色漆300 g、面漆固化劑120 g、面漆稀釋劑100 g備用。

3）取A4鋁板5張，編號(hào)1# ~ 5#，將色漆、固化劑、稀釋劑按不同比例配漆，同一施工人員按相同的手法與道數(shù)噴涂于A4板上，在相同的時(shí)間及溫濕度條件下進(jìn)行流平及干燥（電熱鼓風(fēng)干燥箱60 ℃×1 h），干燥后置于恒溫恒濕箱冷卻至常溫，按GB/T 1748用60°光澤儀測試光澤。

4）取A4鋁板4張，編號(hào)6# ~ 9#，按m（色漆）∶m（固化劑）∶m（稀釋劑）=1.0∶0.4∶0.2配漆，同一施工人員使用不同質(zhì)量的涂料噴涂于鋁板上，在相同的時(shí)間及溫濕度條件下進(jìn)行流平及干燥（電熱鼓風(fēng)干燥箱60 ℃×1 h），干燥后置于恒溫恒濕箱冷卻至常溫，用涂層測厚儀測量涂層厚度，根據(jù)GB/T 1748用60°光澤儀測試光澤。

5）取A4鋁板板4張，編號(hào)10# ~ 13#，按m（色漆）∶m（固化劑）∶m（稀釋劑）=1.0∶0.4∶0.2配漆，同一施工人員使用相同質(zhì)量的涂料噴涂于鋁板上，在相同的時(shí)間及溫濕度條件下進(jìn)行流平后，置于不同溫度下進(jìn)行干燥，干燥后置于恒溫恒濕箱中冷卻至常溫，按GB/T 1748用60°光澤儀測試光澤。

6）記錄數(shù)據(jù)。

2　結(jié)果與討論

2.1　消光機(jī)理

本試驗(yàn)所用的亞光涂料，主要的消光劑是二氧化硅，涂料進(jìn)行施工后，稀釋劑覆蓋在涂膜上層，消光劑隨顏料、成膜物質(zhì)等分布在中下層，涂膜優(yōu)先經(jīng)歷流平狀態(tài)，此時(shí)涂膜表面呈現(xiàn)出鏡像狀態(tài)。隨后消光粒子逐漸向外表面遷移，二氧化硅作本身具有一定的粒徑，當(dāng)稀釋劑揮發(fā)及涂膜干燥后，消光粒子可在涂膜表面形成凹凸不平的狀態(tài)，當(dāng)光照射到涂膜表面時(shí)，由于漫反射原理，從而降低了光澤。

2.2　不同施工配比對光澤的影響

試驗(yàn)用亞光涂料屬于雙組分涂料，按照配方理論計(jì)算，試驗(yàn)所用的涂料，建議m（色漆）∶m（固化劑）質(zhì)量比為1.0∶0.4混合后，流動(dòng)性比較差，不利于施工，此時(shí)需添加一定量的稀釋劑再進(jìn)行噴涂，“亞光”的形成受許多因素影響，尤其是隨著溶劑的揮發(fā)，在涂膜的干燥過程中，消光粒子會(huì)有一個(gè)定向的排布過程，本試驗(yàn)通過改變色漆、固化劑、稀釋劑的比例，在同一干燥方式及膜厚的情況下，研究不同配比對光澤的影響，結(jié)果見表1所列。

表1 不同施工配比對涂膜光澤度的影響

從表1可知，固化劑的配比低于參考值時(shí)，光澤明顯偏低，高于參考值時(shí)，光澤偏高；稀釋劑的用量，在不影響施工的情況，稀釋劑的配比越高、光澤就越高。因?yàn)樵诖送苛象w系中，主要的成膜物是由羥基丙烯酸樹脂及異氰酸酯交聯(lián)而成，異氰酸酯作為固化劑的主要成分，它不僅是成膜的主要成分，而且它還影響雙組分的交聯(lián)速度，當(dāng)—NCO/—OH<1時(shí)，會(huì)造成雙組分的交聯(lián)速度變慢，當(dāng)—NCO/—OH>1時(shí)，即固化劑過量，成膜速度加快，涂料施工后，消光劑會(huì)逐漸向涂膜表面遷移，但隨著涂膜的形成，消光劑的遷移受到抑制，涂膜的形成及干燥速度越快，能夠聚集到涂膜表面的消光劑就越少，反應(yīng)出來的光澤越高，反之越低。由于不同的溶劑種類會(huì)對消光效果的有影響，在使用的配套稀釋劑中，主要使用的混合溶劑體系整體出來的是阻礙消光劑的遷移，稀釋劑含量越高，光澤越高，當(dāng)稀釋劑占涂料的20% ~ 30%時(shí)，對光澤度的影響不大。

2.3　不同膜厚對涂膜光澤的影響

在涂裝過程中，由于涂裝工人噴涂手法的差異，可能會(huì)導(dǎo)致工件最終涂層厚度的不一致，在配方固定的情況下，按照常理，涂膜越厚，消光劑含量越多，消光效果越好。但實(shí)際上消光粒子要遷移到涂膜表面，需要時(shí)間及能量，在遷移的過程中受到多方面的影響。本試驗(yàn)通過在A4底板上噴涂不同道數(shù)，考察不同的涂膜厚度對光澤的影響，結(jié)果見表2所列。

表2 不同膜厚對涂膜光澤度的影響

從表2可知，干膜厚度為40 ~ 60 μm時(shí)，光澤稍有下降，但是光澤變化不大，膜厚為60 ~ 80 μm時(shí)，光澤明顯升高，當(dāng)膜厚達(dá)到80 μm時(shí)，光澤明顯超出誤差范圍。膜厚低于60 μm時(shí)，濕膜越薄，二氧化硅含量也越低，涂料干燥成膜的速度越快，導(dǎo)致光澤越高。當(dāng)干膜厚度大于60 μm時(shí)，濕膜越厚，消光粒子遷移到表面的行程及阻力越大，當(dāng)溶劑揮發(fā)到一定階段后，自由體積減小，從涂層中擴(kuò)散至表面受阻，其揮發(fā)速率明顯減慢，進(jìn)入干膜階段，導(dǎo)致消光粒子無法充分地遷移至涂膜表面，降低了消光效果。

2.4　不同干燥溫度對涂膜光澤的影響

稀釋劑揮發(fā)和涂膜形成的速度對涂層表面的消光效果起著關(guān)鍵的作用，除了這2種條件外，涂料的流變性和消光劑的懸浮性也對粗糙度有影響。在涂料干燥過程中會(huì)有消光劑的擴(kuò)散和對流現(xiàn)象，這與干燥時(shí)的溫度有關(guān)。本試驗(yàn)在涂料施工后烘烤時(shí)間、涂膜厚度、流平時(shí)間一樣的情況下，通過改變干燥溫度，考察不同溫度下涂料交聯(lián)成膜后光澤的變化，結(jié)果見表3所列。

表3 不同干燥溫度對涂膜光澤穩(wěn)定性的影響

從表3可知，涂膜流平后在40 ~ 85 ℃的環(huán)境下進(jìn)行烘干，溫度越高，光澤越高，當(dāng)烘烤溫度在60 ~ 75 ℃時(shí)光澤變化不大，75 ~ 85 ℃時(shí)光澤變化非常明顯。這是因?yàn)楹娓蓽囟壬?，涂料中溶劑快速揮發(fā)，樹脂快速交聯(lián)成膜，導(dǎo)致消光粒子遷移至涂膜表面的時(shí)間變短，更多的消光粒子未來得及遷移到涂膜表面，涂膜已經(jīng)干燥，導(dǎo)致消光效果變差。

3　結(jié)語

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與分析，涂料使用方需嚴(yán)格按照施工配比進(jìn)行涂料調(diào)制，將涂膜在60 ~ 75 ℃的條件下進(jìn)行烘烤，干膜厚度控制在40 ~ 60 μm，稀釋劑/色漆質(zhì)量比在20% ~ 30%時(shí)，涂料光澤波動(dòng)最小?？蛻粼趯?shí)際的涂裝過程可能會(huì)與實(shí)驗(yàn)室施工環(huán)境有所出入，比如平流時(shí)間、作業(yè)環(huán)境的溫濕度差異、烘烤溫度偏差等。涂料生產(chǎn)商可以在客戶允許的光澤誤差范圍內(nèi)，以更小的誤差范圍做出廠檢驗(yàn)，給客戶留有更大的操作空間，同時(shí)，客戶可以查看供應(yīng)商的出廠檢驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)當(dāng)時(shí)的涂裝環(huán)境及烘烤溫度等作適當(dāng)調(diào)整，從而控制光澤異常的發(fā)生。

（詳見《現(xiàn)代涂料與涂裝》2019-11期）