汽车用复合底漆的配制、影响主因素及其自动沉积复合层漆膜的性能
刘华玉，谢克难，廖立，龙沁，包锐，邢利利
( 四川大学化学工程学院，四川成都610065)
0 前言
自动沉积涂料是一种新型漆，可在金属表面自动沉积，经固化而成膜。自动沉积涂料用于汽车底漆具有成本低、漆膜质量优等优点，是汽车底漆涂装的理想涂料。其中，热塑型自泳漆与钢板附着力强，抗腐蚀性强，但抗有机溶剂能力差，与中涂漆结合力差;热固型自泳漆涂层尽管与中涂漆结合力强，但其与钢板附着力差、抗腐蚀能力弱; 目前尚无将两者结合制备复合涂层漆膜的研究报道。本工作分别配制了热塑型和热固型自动沉积涂料，先在汽车用钢板上自动沉积一层热塑型漆膜，再在其上沉积一层热固型漆膜，制备出了集热塑型和热固型涂料优点于一身的复合涂层漆膜，其抗有机溶剂能力强、与面漆或中涂漆结合较好，抗腐蚀性能强、附着力高。
1 试验
1． 1 乳胶的合成
图1 为乳胶合成反应装置，表1 为乳胶合成原料及配方( 除乳化剂TX-10 和蒸馏水为自制外，其他原料均为市售分析纯制剂) 。
用半连续滴加法合成乳胶: 在四口烧瓶中分别加入4 /5 用量的水和全部的乳化剂TX -10; 启动电动搅拌器缓慢滴加1 /6 用量的单体混合液; 升温至80 ℃后缓慢滴加1 /3 用量的过硫酸铵( APS) 引发剂溶液至液面边缘呈淡蓝色且不产生回流; 滴加剩余单体与分子量转移剂正十二硫醇的混合溶液，同时滴加剩余的APS 溶液，保持反应温度为80 ～ 85 ℃，1 h 左右滴加完毕且保证单体混合溶液比APS 溶液先滴加完，保温1 h; 停止加热，在搅拌下自然冷却至室温; 用200目滤布过滤出料，用三乙胺调节pH 值为7． 0 左右。
1． 2 自动沉积涂料的配制
1． 2 自动沉积涂料的配制
采用上述热塑型和热固型乳胶分别配制热塑型和热固型自动沉积涂料，配制方法相同，步骤如下。
配制原漆: 将270 mL 乳胶、12 mL 碳黑浆和18mL 蒸馏水混合，以800 ～ 1 000 r /min 的速度搅拌1 h后用300 目滤布过滤，去除其中的沉渣［2］。
配制浴液: 用部分水将270 mL 原漆稀释到固含量为12%，缓慢添加42 ～ 62 mL FeF3( 3%) ，2～ 4 mLHF( 40%) ，4～ 6 mL 30%H2O2，同时在搅拌下加入蒸馏水稀释至1 000 mL，静置活化24 ～ 48 h 后待用。
1． 3 自动沉积涂料的涂装
1． 3 自动沉积涂料的涂装
对150 mm × 75 mm × 1 mm 车用冷轧钢板进行涂装，工艺流程: 除油→除锈→热塑型沉积涂料中沉积2 min→蒸馏水漂洗30 s→热固型涂料中沉积3 min→蒸馏水漂洗30 s→钝化液中钝化1 min→蒸馏水漂洗30 s→低温( 80 ℃) 烘烤20 min→高温( 180 ℃) 烘烤20 min→自然冷却至室温。除烘烤工序外，其余步骤都在20 ～ 30 ℃下进行。
( 1) 除油: 用钢丝球蘸洗衣粉刷洗钢板表面的油脂，用自来水清洗后放入除油剂( 浓洗衣粉水溶液) 中浸泡20 min，再用蒸馏水清洗干净。
( 2) 除锈: 将钢板浸泡于3%( 质量分数) HCl 溶液中20 min，依次用自来水、蒸馏水清洗。
( 3) 自动沉积: 将钢板浸入自动沉积涂料浴液中，在规定时间取出，用蒸馏水冲洗钢板上的湿膜表面。
( 4) 钝化: 室温下钢板表面湿膜滴干至无浴液流下后，置于铬酐-甲醛溶液( m铬酐∶ m甲醛∶ m水=10 ∶ 8 ∶ 982) 中浸泡1 ～ 2 min。
( 4) 钝化: 室温下钢板表面湿膜滴干至无浴液流下后，置于铬酐-甲醛溶液( m铬酐∶ m甲醛∶ m水=10 ∶ 8 ∶ 982) 中浸泡1 ～ 2 min。
1． 4 检测分析
( 1) 乳胶外观取一定量乳胶倒入50 mL 烧杯中，用玻璃棒提起乳液，约距烧杯口20 cm 处观察乳液的流动状态及色泽，判断乳液流线是否均匀一致，是否含有异物，颗粒是否均匀。
( 2) 漆膜外观及厚度按GB 1729 － 79 目测漆膜外观; 按GB /T 13448 － 92 使用永磁式测厚仪检测漆膜的厚度。
( 3) 耐盐雾腐蚀性能在YWQ -150 盐雾箱中进行盐雾腐蚀试验: 试样与垂直线30° 放置，腐蚀液为( 5 ± 1) %( 质量分数) NaCl 溶液，pH 值为6． 5 ～ 7． 2，温度为35． 0 ～ 36． 7 ℃，以1 ～ 2 mL /( h·80 cm2 ) 盐雾沉降量连续喷雾，观察漆膜出现变色、失光、小泡、斑点、脱落等的时间。
( 4) 附着力按GB 1720 － 79 使用附着力测定仪对漆膜附着力进行测定。
( 5) 抗苯乙烯时间汽车用底漆必须与面漆或中涂漆粘结良好，而面漆和中涂漆中含有大量的有机溶剂，如苯乙烯。故在室温下将漆膜钢板试样的2 /3 浸入苯乙烯( 分析纯) 中，观察其起泡、脱落、变色的时间，以衡量其与中涂漆的结合能力。
2 结果与讨论
2． 1 搅拌速度对聚合反应及乳胶性能的影响
搅拌速度对乳胶粒的直径、聚合反应速率和乳胶的稳定性有重要的影响: 搅拌速度过大会使乳液产生凝胶或破乳，搅拌速度过缓不利于传热和反应早期单体以珠滴形式分散在水相中形成稳定的乳状液。乳液合成过程中，通过观察反应体系中乳胶的回流速度，乳胶粒的粗细以及是否产生凝胶和破乳来选择搅拌速度，结果表明: 在前期的预乳化分散阶段，即加入引发剂之前的乳化剂将非溶性单体以乳液状态分散在介质水中的阶段，应采用较激烈的搅拌速度( 350r /min) ; 在乳胶粒生成和长大阶段，即加入引发剂到乳胶体系中出现蓝光的阶段，应采用中等强度的搅拌速度( 300 r /min) ; 在聚合反应完全和后期的保温阶段，即乳胶合成中体系出现蓝光至聚合反应结束的阶段应采用较缓和的搅拌速度( 200 r /min) ; 在以上各阶段选择的搅拌速度下，乳胶回流速度稳定，乳胶粒细腻，无凝胶和破乳产生，乳液聚合反应以稳定的状态进行。
2． 2 APS 用量对聚合反应及乳胶性能的影响
APS 在水相中受热分解后产生自由基，温度、氢离子浓度以及离子强度等因素都会影响其分解速率。APS 分解时易形成离子“碎片”，起着稳定乳胶粒表面的作用。APS 用量对乳胶性能的影响见表2，APS是聚合反应的关键，用量少则反应不完全，用量大则反应剧烈甚至发生爆聚。
由表2 可知: APS 含量≤0． 20%时聚合反应不稳定，容易产生自聚，残余单体气味大; APS 含量≥0． 30%时会产生爆聚; 佳引发剂APS 用量为0． 25%。
2． 3 反应温度对聚合反应及乳胶性能的影响
聚合反应温度受到引发剂分解温度、半衰期以及体系中各组分反应活性的限制。聚合温度愈高，引发分解愈快，单体反应活性增大，聚合反应速率增大，聚合粒子变软，黏性增大，使乳胶粒间因碰撞而凝聚的几率增加，不利于聚合体系的稳定。反之，聚合温度降低，聚合度增加，但聚合速率减慢，残余单体气味大。聚合温度对聚合反应影响见表3。由表3 可知，乳液聚合反应温度宜控制在79 ～ 84 ℃。
2． 4 浸漆时间对漆膜性能的影响
根据涂料自动沉积原理，在浸漆开始阶段，漆膜厚度随着浸漆时间的增加而增加，随着漆膜厚度的增加，活化剂穿透湿膜的速度逐渐降低，漆膜厚度增长速度放慢，达到某一值后，漆膜厚度几乎不再增加。浸漆时间对热塑型和热固型自动沉积漆膜厚度及其耐盐雾性能影响见图2。由图2 可知: 浸漆时间对热塑型和热固型漆膜的影响基本一致; 随着浸漆时间增加，漆膜厚度增加，耐盐雾时间也相应增长; 当浸漆时间为4 min 时，漆膜厚度约为40 μm，耐盐雾时间达400 h 以上，继续增加浸漆时间，漆膜质量无明显提高，故浸漆时间应控制在4 ～ 5 min。
2． 5 沉积方式对漆膜性能的影响
在相同的沉积总时间内，不同的沉积方式所制备的漆膜的性能见表4。从表4 可以看出: 热塑型和复合涂层的漆膜性能比热固型涂层的好，漆膜厚度符合要求，其中复合涂层漆膜抗苯乙烯时间更长，与面漆或中涂漆结合能力更好，耐腐蚀能力和漆膜附着力更强; 钢板先在热塑型沉积涂料中沉积2 min 后，再在热固型沉积涂料中沉积3 min 得到的复合涂层漆膜性能优，其综合了热塑型沉积涂料和热固型沉积涂料的优点，与面漆或中涂漆结合能力更强，耐腐蚀能力更优，漆膜附着力达1 级。
3 结论
( 1) 乳胶佳合成条件: 0． 25%( 质量分数) 引发剂APS，不同聚合反应阶段应选择不同的搅拌速度( 200 ～ 350 r /min) ，乳液聚合温度79 ～ 84 ℃。上述条件下制备的乳胶稳定、呈乳白色略带蓝光、无气味。
( 2) 复合涂层集热塑型和热固型涂料的优点于一身、抗有机溶剂能力强、与面漆或中涂漆结合能力强、抗腐蚀能力和附着力好，符合汽车用底漆的标准。采用先在热塑型自动沉积涂料中浸渍2 min，再在热固型自动沉积涂料中浸渍3 min 的复合自动沉积方法所制备的复合涂层漆膜的性能优。
