近(jìn)年(nián)来(lái)，汽車工業的(de)快(kuài)速发展(zhǎn)为(wèi)汽車塗料創造了(le)的(de)发展(zhǎn)契機(jī)。汽車塗料在(zài)塗料工業中占有(yǒu)极(jí)其(qí)重(zhòng)要(yào)的(de)地位(wèi)，僅次(cì)于建築塗料，因(yīn)此(cǐ)各(gè)国非(fēi)常重(zhòng)視汽車塗料的(de)研发，以(yǐ)适应汽車工業发展(zhǎn)的(de)需要(yào)。汽車塗料品种多(duō)、用量(liàng)大(dà)、塗层(céng)性(xìng)能(néng)要(yào)求高(gāo)、塗裝(zhuāng)工藝特殊，已发展(zhǎn)成(chéng)为(wèi)一(yī)种專用塗料。由(yóu)于汽車塗料的(de)技術(shù)含量(liàng)高(gāo)、附加值大(dà)，它(tā)往往代(dài)表着一(yī)个塗料工業的(de)技術(shù)水(shuǐ)平和(hé)发展(zhǎn)狀況。随着工業化(huà)的(de)不(bù)斷发展(zhǎn)，汽車塗裝(zhuāng)过(guò)程中VOC（揮发性(xìng)有(yǒu)機(jī)化(huà)合物(wù)）的(de)大(dà)量(liàng)排放(fàng)造成(chéng)的(de)大(dà)气(qì)污染也(yě)引起(qǐ)了(le)人(rén)们(men)的(de)高(gāo)度(dù)重(zhòng)視。傳統的(de)汽車塗料着色(sè)是(shì)将顔料直(zhí)接添加到(dào)塗料中，或(huò)采用自(zì)制的(de)顔料浆添加到(dào)塗料中，对(duì)塗料進(jìn)行着色(sè)。这(zhè)樣(yàng)存在(zài)一(yī)定的(de)弊端：如(rú)顔色(sè)重(zhòng)現(xiàn)性(xìng)不(bù)好(hǎo)，着色(sè)不(bù)均勻，颗(kē)粒(lì)較粗(cū)，污染嚴重(zhòng)，且(qiě)塗膜的(de)耐光(guāng)性(xìng)、耐候性(xìng)差等。随着汽車塗料市(shì)场(chǎng)競争的(de)激烈化(huà)，制备汽車塗料的(de)呼聲越来(lái)越高(gāo)，因(yīn)此(cǐ)汽車塗料用水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用色(sè)浆应運而(ér)生(shēng)。與(yǔ)傳統的(de)溶劑型色(sè)浆相比，水(shuǐ)性(xìng)色(sè)浆是(shì)一(yī)种新(xīn)型环(huán)保産品，不(bù)含有(yǒu)毒溶劑、重(zhòng)金(jīn)屬元(yuán)素，甲醛含量(liàng)較低(dī)。據(jù)機(jī)构測算，以(yǐ)每周平均混合4 L 底色(sè)漆的(de)車間(jiān)为(wèi)例，使用水(shuǐ)性(xìng)色(sè)浆每年(nián)可(kě)以(yǐ)減少(shǎo)115 kg 的(de)VOC 排放(fàng)，相當于100 多(duō)輛車1 年(nián)的(de)尾(wěi)气(qì)排放(fàng)量(liàng)。本研究旨在(zài)開(kāi)发出(chū)一(yī)种高(gāo)性(xìng)能(néng)汽車塗料用水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用色(sè)浆，實(shí)現(xiàn)低(dī)VOC 排放(fàng)，对(duì)塗料産業的(de)发展(zhǎn)具有(yǒu)深遠(yuǎn)的(de)意(yì)義。

1 試验(yàn)部(bù)分(fēn)

1.1 主(zhǔ)要(yào)原材料與(yǔ)儀器

原材料：脂肪族二(èr)异(yì)氰酸(suān)酯（ADI）、N- 甲基吡咯烷酮（NMP）、酒(jiǔ)石(dàn)酸(suān)（TA）、二(èr)羟甲基丙酸(suān)（DMPA），均为(wèi)化(huà)學(xué)純，市(shì)售品；潤湿(shī)劑、消泡劑，分(fēn)析純，德国BYK ；三乙胺（TETN），分(fēn)析純，海(hǎi)明(míng)斯公司。

儀器：精密電(diàn)子天(tiān)平，BL-2000A，上海(hǎi)亞津電(diàn)子科技有(yǒu)限公司；硬(yìng)度(dù)計(jì)，BGD 509，廣州标(biāo)格达(dá)實(shí)验(yàn)室(shì)儀器用品有(yǒu)限公司。

1.2 水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用樹(shù)脂的(de)制备

1.2.1 含端羧基預聚體(tǐ)的(de)制备

在(zài)氮气(qì)气(qì)氛下(xià)，将經(jīng)120℃脫水(shuǐ)的(de)60 kg 二(èr)官能(néng)团聚酯或(huò)聚醚和(hé)40 kg 脂肪族二(èr)异(yì)氰酸(suān)酯加入(rù)反(fǎn)应釜中，逐漸升(shēng)温(wēn)至65℃，反(fǎn)应2.0 h，使體(tǐ)系(xì)中的(de)—NCO含量(liàng)达(dá)到(dào)理(lǐ)論值。

1.2.2 預聚體(tǐ)的(de)擴鍊(liàn)

稱取(qǔ)5 kg 二(èr)羟甲基丙酸(suān)，在(zài)N- 甲基吡咯烷酮中充分(fēn)溶解後(hòu)加入(rù)0.2 kg 催化(huà)劑，升(shēng)温(wēn)至82℃左(zuǒ)右反(fǎn)应3 h，繼續加入(rù)5 kg 酒(jiǔ)石(dàn)酸(suān)，在(zài)70℃進(jìn)行擴鍊(liàn)反(fǎn)应1.5 h，加入(rù)丙酮等极(jí)性(xìng)溶劑降黏，制得含端羧基高(gāo)聚物(wù)溶液。

1.2.3 高(gāo)聚物(wù)的(de)中和(hé)及(jí)乳化(huà)

将所(suǒ)得的(de)高(gāo)聚物(wù)溶液降温(wēn)到(dào)40℃左(zuǒ)右，加入(rù)5 kg三乙胺中和(hé)劑，快(kuài)速攪拌混合，中和(hé)反(fǎn)应30 min，然後(hòu)在(zài)高(gāo)速攪拌下(xià)緩慢加入(rù)100 kg 去(qù)離子水(shuǐ)乳化(huà)25 min，制得水(shuǐ)性(xìng)聚氨酯分(fēn)散(sàn)體(tǐ)。

1.2.4 脫去(qù)溶劑

所(suǒ)得的(de)水(shuǐ)性(xìng)聚氨酯分(fēn)散(sàn)體(tǐ)真(zhēn)空(kōng)減壓脫去(qù)丙酮，即得到(dào)穩定的(de)陰離子水(shuǐ)性(xìng)聚酯聚氨酯通(tòng)用樹(shù)脂。水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用樹(shù)脂制备工藝流程图见图1。

1.3 汽車塗料用水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用色(sè)浆的(de)制备

将水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用樹(shù)脂、去(qù)離子水(shuǐ)，分(fēn)散(sàn)劑、消泡劑等助劑，水(shuǐ)性(xìng)助溶劑混合均勻後(hòu)，加入(rù)水(shuǐ)性(xìng)顔料，分(fēn)散(sàn)均勻；進(jìn)入(rù)砂磨機(jī)研磨至细(xì)度(dù)达(dá)到(dào)要(yào)求後(hòu)，再于分(fēn)散(sàn)条(tiáo)件(jiàn)下(xià)加入(rù)助劑，分(fēn)散(sàn)均勻，即制得汽車塗料用水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用色(sè)浆産品。制备工藝流程如(rú)图2 所(suǒ)示。

1.4 性(xìng)能(néng)測試

耐酸(suān)堿性(xìng)：按GB/T 9274—1988 進(jìn)行測定；黏度(dù)：按GB/T 1723—1993 進(jìn)行測定；pH ：按GB/T 9724—2007 進(jìn)行測定；密度(dù)：按GB/T 6750—2007 進(jìn)行測定。

DMPA对(duì)水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用樹(shù)脂性(xìng)能(néng)的(de)影響

DMPA 作(zuò)为(wèi)體(tǐ)系(xì)的(de)親水(shuǐ)擴鍊(liàn)劑是(shì)影響成(chéng)膜物(wù)性(xìng)能(néng)的(de)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素之(zhī)一(yī)。實(shí)验(yàn)表明(míng)：随着DMPA 用量(liàng)的(de)增加，为(wèi)體(tǐ)系(xì)提(tí)供了(le)更(gèng)多(duō)的(de)親水(shuǐ)基团，水(shuǐ)性(xìng)聚氨酯分(fēn)子鍊(liàn)的(de)親水(shuǐ)性(xìng)增强，平均粒(lì)子尺(chǐ)寸(cùn)顯著減小，在(zài)水(shuǐ)中更(gèng)易分(fēn)散(sàn)，分(fēn)散(sàn)體(tǐ)的(de)外(wài)觀由(yóu)不(bù)透明(míng)的(de)乳白(bái)色(sè)逐漸變(biàn)成(chéng)透明(míng)液體(tǐ)；但粒(lì)子尺(chǐ)寸(cùn)是(shì)影響體(tǐ)系(xì)黏度(dù)的(de)主(zhǔ)要(yào)因(yīn)素，随着粒(lì)子尺(chǐ)寸(cùn)的(de)減小，粒(lì)子在(zài)運動(dòng)时(shí)受到(dào)的(de)阻力就(jiù)越小，表現(xiàn)为(wèi)體(tǐ)系(xì)的(de)黏度(dù)呈下(xià)降趨勢；DMPA 的(de)用量(liàng)越大(dà)，水(shuǐ)性(xìng)聚氨酯分(fēn)子鍊(liàn)上的(de)親水(shuǐ)基团越多(duō)，极(jí)性(xìng)基团含量(liàng)增大(dà)，中和(hé)後(hòu)生(shēng)成(chéng)的(de)水(shuǐ)性(xìng)聚氨酯親水(shuǐ)性(xìng)增强，在(zài)成(chéng)膜过(guò)程中，親水(shuǐ)鍊(liàn)段(duàn)极(jí)性(xìng)基团聚集形成(chéng)的(de)親水(shuǐ)區(qū)體(tǐ)積越大(dà)，水(shuǐ)分(fēn)子易被(bèi)分(fēn)子鍊(liàn)上的(de)親水(shuǐ)基团吸附，從而(ér)導致(zhì)吸水(shuǐ)率增大(dà)，耐水(shuǐ)性(xìng)降低(dī)。當DMPA 用量(liàng)在(zài)3.0%~6.0% 时(shí)，粒(lì)子尺(chǐ)寸(cùn)的(de)變(biàn)化(huà)雖(suī)有(yǒu)明(míng)顯不(bù)同(tóng)，但在(zài)貯存穩定性(xìng)方(fāng)面(miàn)，均未发生(shēng)凝聚或(huò)分(fēn)层(céng)現(xiàn)象(xiàng)，完全(quán)滿足使用性(xìng)能(néng)要(yào)求。

2.2 水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用樹(shù)脂及(jí)顔料的(de)影響

實(shí)用的(de)高(gāo)性(xìng)能(néng)通(tòng)用樹(shù)脂先(xiān)要(yào)求它(tā)具有(yǒu)盡可(kě)能(néng)好(hǎo)的(de)相容性(xìng)。为(wèi)了(le)解決这(zhè)類(lèi)樹(shù)脂與(yǔ)汽車塗料系(xì)統中常用樹(shù)脂的(de)相容性(xìng)，在(zài)脂肪族聚氨酯鍊(liàn)上引入(rù)陰離子基团，賦予樹(shù)脂对(duì)极(jí)性(xìng)類(lèi)樹(shù)脂的(de)相容性(xìng)，以(yǐ)及(jí)提(tí)高(gāo)它(tā)对(duì)各(gè)類(lèi)顔料粒(lì)子表面(miàn)的(de)親和(hé)性(xìng)，並(bìng)且(qiě)能(néng)夠使體(tǐ)系(xì)具有(yǒu)足夠的(de)親水(shuǐ)性(xìng)而(ér)在(zài)水(shuǐ)中形成(chéng)穩定的(de)分(fēn)散(sàn)體(tǐ)，從而(ér)盡可(kě)能(néng)降低(dī)通(tòng)用色(sè)浆用樹(shù)脂对(duì)漆膜性(xìng)能(néng)的(de)影響。色(sè)浆的(de)主(zhǔ)要(yào)原料是(shì)顔料，而(ér)顔料的(de)种類(lèi)直(zhí)接影響色(sè)浆的(de)顔色(sè)和(hé)性(xìng)能(néng)。通(tòng)常为(wèi)了(le)保證色(sè)浆的(de)貯存穩性(xìng)，需要(yào)有(yǒu)較高(gāo)的(de)低(dī)剪切(qiè)黏度(dù)；为(wèi)了(le)保證使用方(fāng)便，攪拌时(shí)应具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)流動(dòng)性(xìng)，即具有(yǒu)較低(dī)的(de)中剪切(qiè)黏度(dù)，因(yīn)此(cǐ)，色(sè)浆应具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)觸變(biàn)性(xìng)。随着顔料用量(liàng)增加，色(sè)浆黏度(dù)随之(zhī)增加，觸變(biàn)性(xìng)變(biàn)大(dà)，在(zài)一(yī)定程度(dù)上有(yǒu)助于貯存穩定性(xìng)的(de)提(tí)高(gāo)，但顔料用量(liàng)越大(dà)，分(fēn)层(céng)沉澱的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)越大(dà)，因(yīn)此(cǐ)需添加具有(yǒu)防沉效果(guǒ)的(de)功能(néng)性(xìng)助劑，改善其(qí)貯存穩定性(xìng)。試验(yàn)表明(míng)，功能(néng)性(xìng)助劑用量(liàng)为(wèi)0.4%~0.8% 时(shí)，色(sè)浆的(de)綜合性(xìng)能(néng)較好(hǎo)。
2.3 助劑的(de)影響

由(yóu)于水(shuǐ)的(de)表面(miàn)张(zhāng)力較高(gāo)，在(zài)水(shuǐ)性(xìng)塗料中需添加适當的(de)潤湿(shī)劑，以(yǐ)降低(dī)體(tǐ)系(xì)的(de)表面(miàn)张(zhāng)力，增强其(qí)对(duì)基材的(de)潤湿(shī)性(xìng)和(hé)滲透性(xìng)，提(tí)高(gāo)流平性(xìng)和(hé)附着力。但随着潤湿(shī)劑用量(liàng)增加，会(huì)使塗膜吸水(shuǐ)率增大(dà)，水(shuǐ)敏感(gǎn)性(xìng)增强。實(shí)验(yàn)表明(míng)，潤湿(shī)劑zui佳用量(liàng)約为(wèi)0.3%。在(zài)配制色(sè)浆过(guò)程中，需要(yào)加入(rù)大(dà)量(liàng)的(de)顔料，使用高(gāo)速分(fēn)散(sàn)機(jī)或(huò)砂磨機(jī)等設备進(jìn)行充分(fēn)地機(jī)械分(fēn)散(sàn)。然而(ér)，顔料颗(kē)粒(lì)在(zài)體(tǐ)系(xì)內(nèi)處(chù)于高(gāo)度(dù)分(fēn)散(sàn)狀态，其(qí)表面(miàn)能(néng)相當大(dà)，颗(kē)粒(lì)在(zài)热(rè)運動(dòng)作(zuò)用下(xià)，相互不(bù)斷碰撞，必定趨于相互結合，以(yǐ)減小體(tǐ)系(xì)的(de)表面(miàn)能(néng)，因(yīn)而(ér)導致(zhì)顔料絮凝、結块(kuài)。加入(rù)顔料分(fēn)散(sàn)劑，使其(qí)表面(miàn)具有(yǒu)一(yī)定的(de)排斥電(diàn)勢，克(kè)服(fú)顔料本身(shēn)存在(zài)的(de)相互吸引力，保持(chí)體(tǐ)系(xì)长(cháng)期(qī)穩定。分(fēn)散(sàn)劑用量(liàng)过(guò)大(dà)，電(diàn)荷斥力作(zuò)用受到(dào)过(guò)剩電(diàn)荷影響而(ér)降低(dī)，大(dà)分(fēn)子鍊(liàn)段(duàn)之(zhī)間(jiān)会(huì)産生(shēng)絮凝，也(yě)会(huì)造成(chéng)颗(kē)粒(lì)返粗(cū)，引起(qǐ)體(tǐ)系(xì)貯存穩定性(xìng)下(xià)降。試验(yàn)表明(míng)：分(fēn)散(sàn)劑用量(liàng)在(zài)0.4%~0.7% 为(wèi)宜。

在(zài)水(shuǐ)性(xìng)塗料中加入(rù)助劑，導致(zhì)塗料更(gèng)易産生(shēng)泡沫，不(bù)僅会(huì)造成(chéng)操作(zuò)困難，而(ér)且(qiě)在(zài)施工中会(huì)造成(chéng)漆膜缺陷，使其(qí)耐水(shuǐ)性(xìng)和(hé)耐候性(xìng)變(biàn)差，所(suǒ)以(yǐ)消泡劑的(de)选擇至關(guān)重(zhòng)要(yào)。良好(hǎo)的(de)消泡劑应同(tóng)时(shí)具有(yǒu)抑泡和(hé)消泡作(zuò)用，且(qiě)长(cháng)效消泡。但是(shì)在(zài)塗料长(cháng)期(qī)貯存後(hòu)，消泡劑会(huì)吸附少(shǎo)量(liàng)的(de)潤湿(shī)劑，提(tí)高(gāo)自(zì)身(shēn)在(zài)塗料中的(de)分(fēn)散(sàn)性(xìng)、相容性(xìng)，從而(ér)降低(dī)或(huò)失去(qù)消泡的(de)能(néng)力。因(yīn)此(cǐ)应选擇具有(yǒu)长(cháng)期(qī)高(gāo)效的(de)消泡性(xìng)且(qiě)不(bù)会(huì)産生(shēng)漆膜缺陷的(de)消泡劑，試验(yàn)表明(míng)，消泡劑zui佳用量(liàng)为(wèi)0.4%。
2.4 性(xìng)能(néng)指标(biāo)

通(tòng)过(guò)对(duì)各(gè)种原材料及(jí)助劑的(de)选擇性(xìng)研究，选取(qǔ)定量(liàng)水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用樹(shù)脂，依次(cì)加入(rù)去(qù)離子水(shuǐ)、潤湿(shī)分(fēn)散(sàn)劑、消泡劑、顔料等進(jìn)行均勻分(fēn)散(sàn)後(hòu)研磨，再于分(fēn)散(sàn)条(tiáo)件(jiàn)下(xià)加入(rù)功能(néng)助劑，制得汽車塗料用水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用色(sè)浆，其(qí)性(xìng)能(néng)指标(biāo)见表1。

3 結語(yǔ)

通(tòng)过(guò)在(zài)脂肪族聚氨酯鍊(liàn)上引入(rù)陰離子基团，使其(qí)具有(yǒu)足夠的(de)親水(shuǐ)性(xìng)和(hé)貯存穩定性(xìng)，制备成(chéng)水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用樹(shù)脂，其(qí)对(duì)顔料潤湿(shī)性(xìng)和(hé)樹(shù)脂相容性(xìng)良好(hǎo)，進(jìn)而(ér)通(tòng)过(guò)对(duì)水(shuǐ)性(xìng)助劑和(hé)顔料的(de)选擇性(xìng)研究，開(kāi)发出(chū)一(yī)种高(gāo)性(xìng)能(néng)汽車塗料用水(shuǐ)性(xìng)通(tòng)用色(sè)浆，並(bìng)确定了(le)親水(shuǐ)擴鍊(liàn)劑zui佳用量(liàng)为(wèi)3.0%~6.0%，功能(néng)性(xìng)助劑用量(liàng)为(wèi)0.4%~0.8%，潤湿(shī)劑用量(liàng)为(wèi)0.3%，分(fēn)散(sàn)劑用量(liàng)为(wèi)0.4%~0.7%，消泡劑用量(liàng)为(wèi)0.4%，實(shí)現(xiàn)了(le)低(dī)VOC 排放(fàng)、水(shuǐ)性(xìng)环(huán)保、安(ān)全(quán)無毒，給(gěi)施工操作(zuò)带(dài)来(lái)了(le)极(jí)大(dà)的(de)便利。随着塗料工業的(de)发展(zhǎn)和(hé)环(huán)保要(yào)求的(de)不(bù)斷提(tí)高(gāo)，在(zài)未来(lái)的(de)塗料水(shuǐ)性(xìng)化(huà)发展(zhǎn)的(de)道路(lù)上，該通(tòng)用色(sè)浆必将对(duì)我(wǒ)国塗料工業的(de)发展(zhǎn)具有(yǒu)极(jí)大(dà)的(de)推動(dòng)作(zuò)用