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汽车和轨道交通涂料水性化的研究进展

由于技术的发展和严格的环保法规,水性涂料因其优异的性能和环境友好性正逐渐应用于汽车和轨道交通,逐步取代昔日的溶剂型涂料。但是,水性涂料在该领域的应用还有很多问题需要解决,如:各种助剂与树脂/固化剂的组成性能关系、力学性能和耐水性的提高、涂层自修复性能的增强、抗涂鸦性和易清洁性的提升。

今天星期四由于技术的发展和严格的环保法规,水性涂料因其优异的性能和环境友好性正逐渐应用于汽车和轨道交通,逐步取代昔日的溶剂型涂料。但是,水性涂料在该领域的应用还有很多问题需要解决,如:各种助剂与树脂/固化剂的组成性能关系、力学性能和耐水性的提高、涂层自修复性能的增强、抗涂鸦性和易清洁性的提升。

WB 2K-PUR

为获得机械性能优良、耐腐蚀性能优良的水性双组份聚氨酯(WB 2K-PUR),采用异福尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二甲基丙酸(DMPA)以及不同配比的聚醚多元醇(PTMEG)和聚酯多元醇(P1012)。然后以水分散异氰酸酯(WDPI)为固化剂制备WB 2K-PUR涂料。适当配比的聚酯和聚醚多元醇的力学性能和耐腐蚀性能均有显着提高。随着聚酯的加入,分子之间形成了更多的氢键,增加了涂层作为物理交联点的致密性。但酯基对水分子有很强的亲和力,过多的聚酯多元醇增加了涂层的亲水性,降低了对腐蚀介质的屏蔽作用。当多元醇中P1012含量为40%(g/g)时,涂层具有较好的综合性能。

改性聚氨酯

将低表面能聚硅氧烷和疏水性萜烯衍生物的结合,改性水性聚氨酯,使其性能得到改善。以3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷和八甲基环四硅氧烷为原料制备端羟基聚硅氧烷(PMMS)。作为生物质资源莰烯的衍生物,在紫外光照射下,通过硫醇-烯点击反应将丙烯酸异冰片酯接枝到制备的聚硅氧烷侧链上。以萜烯基聚硅氧烷(PMMS-I)为多元醇组分,对双组分水性聚氨酯进行改性。其中静态水接触角从70.7°增加到101.2°,吸水率由原来的16.0%至6.9%. 此外,由于萜烯环的独特刚性,改性聚氨酯的拉伸强度从4.70兆帕至8.82兆帕。此外,热重分析结果表明,改性聚氨酯的热稳定性得到了改善。

图:许多涂料制造商已经在汽车涂装工艺中转向水性涂料

合成WPU

以聚丁二醇(PTMG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙烯酸(DMPA)和聚醚胺(D230)为原料制备羟基类水性聚氨酯(CWPU)。这项工作的重点是使用聚亚胺(PEI)作为交联剂用于制备交联CWPU(WPU)。WPU的拉伸强度和断裂伸长率可达到17.12MPa和512.25%。在30 °C下24h自愈处理后,WPUs的拉伸强度和断裂伸长率可达到3.26MPa和450.94%。这些合成的WPU不仅具有优异的力学性能,而且还表现出优异的自愈合性能。

polyol-g-PDMS

将封闭的多异氰酸酯和由水分散性多元醇主链和聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)侧链组成的接枝共聚物polyol-g-PDMS共分散在含有5%二丙二醇单甲醚的水,浇铸在基底上蒸发溶剂,然后热固化。由于类液体PDMS与多元醇主链共价结合,因此无法进行大相分离,而是在整个聚氨酯基体中形成直径小于30nm的纳米池。同时,由于PDMS的表面富集作用,涂层表面由类固体变为类液体。在合成和评估的三个系列的polyol-g-PDMS样品中,只有一个系列的polyol-g-PDMS产生了性能优异的NP-GLIDE涂层。所有表面张力高于23 mN/m的试验液体都能轻易、干净地滑下硬度为3H的优化涂层。涂层形成过程的环境友好性以及所得涂层的优异抗沾污性能表明它们具有良好的实际应用潜力。
另外,通过在基材和涂鸦之间插入屏障以防止深度渗透和使用温和的清洁剂轻松去除来轻松去除涂鸦的策略。在配方中,在HDT基聚异氰酸酯中加入IPDI三聚体可提高抗涂鸦性和性能,同时控制涂层表面或附近接枝到聚合物的有机硅/氟含量对抗涂鸦/易清洁性能的影响最大制定永久职能。通过DMA评估水性涂料的交联密度,并通过XPS测试在成膜过程中向膜-空气界面的迁移,导致涂层表面具有低表面能部分。
近年来,相关法律法规出台,严格限制挥发性有机化合物(VOC/TVOC)和有害空气污染物(HAPs)的排放,汽车涂料行业将逐步走上“水基”发展的道路。