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納米碳酸鈣在抗石擊車底涂料方面應用及研究進展綜述

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-03-27  瀏覽次數:110
核心提示:汽車在行駛中,車底和車輪擋泥板等處經常受到泥砂、碎石和污水等的撞擊和沖刷。一般的涂料很容易損壞,從而失去防護能力,使這
       汽車在行駛中,車底和車輪擋泥板等處經常受到泥砂、碎石和污水等的撞擊和沖刷。一般的涂料很容易損壞,從而失去防護能力,使這些部位很快腐蝕。因此,在這些部位須采用抗石擊涂料。
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抗石擊車底涂料是具有耐砂石沖擊和防腐蝕性能的汽車涂料,其抗沖擊性能和防腐蝕性能的形成和放大主要看涂料“配方”有沒有“營養”,是否加“鈣”。

 

目前,碳酸鈣已經在PVC系列、聚酯系列、丙烯酸系列的抗石擊車底涂料中成功應用。納米碳酸鈣具有量子尺寸效應、表面效應、表面原子處于高度活化狀態以及與聚合物有很高的界面相互作用等特性,應用于汽車底盤涂料中,使涂料獲得補強性、透明性、觸變性、流平性等改性性能,可有效提高抗擊打涂料的耐沖擊性、附著力及其他各項指標,而且納米碳酸鈣作為廉價的填料,大大降低了生產成本。


 

一、抗石擊車底涂料中碳酸鈣的改性研究

通常,PVC抗石擊車底涂料主要是由PVC樹脂、增塑劑、顏料、填料和其他助劑組成,必需具有特殊的流變性能、低溫塑化性能、力學性能、與金屬底盤的粘合性能等。納米碳酸鈣在PVC抗石擊車底涂料中的使用, 不僅作為填料,同時是一種改善流變性能的助劑使用,因此,對碳酸鈣提出了如下觸變性的要求。

 

(1)良好的剪切稀化效應。(2)良好的觸變性能。(3)具有較高的屈服應力。

 

不同的量硬脂酸表面處理對觸變性的影響


 

 

分析數據得知,加3%、3.5%、4%、5%的硬脂酸處理時,觸變環面積、屈服值依次減小,賓漢黏度輕微下降。這是因為隨著表面處理劑增加,吸油值降低,多余的硬脂酸起到了潤滑和增塑作用,降低了觸變性。

 

不同的表面處理劑對觸變性的影響


 

 

分析數據得知,加4%月桂酸、棕櫚酸、1801、1899處理的納米碳酸鈣的觸變環面積、屈服值依次增大,因為它們C鏈依次變長,同時繞在粒子之間,形成網狀結構能力加強,碳鏈長與粒子之間的作用力大,所以增加觸變性和屈服值。由于C鏈變長,分子之間的運動阻力變大,所以賓漢黏度變大。

 

 

不同比表面積的碳酸鈣對觸變性的影響


 

 

通過控制碳化溫度和濃度,得到幾個比表面積,采用1801型硬脂酸(用量4%)對碳酸鈣進行表面處理。

 

分析數據得知,隨著粒子的比表面積的增大,納米PCC的粒徑減小,觸變環面積、屈服值、賓漢黏度增大。因為比表面積大的碳酸鈣,粒子之間的作用力大,可以得到非常大觸變環面積、屈服值,所以影響觸變性的最大因素是納米PCC的比表面積大小。

 

二、PVC抗石擊車底涂料制備技術研究進展

 

涂料生產工藝優化

 

核工業二0三研究所技術開發部發明了一種汽車PVC抗石擊車底涂料及其制備方法,得到的碳酸鈣表面原子的活性增大,與基體樹脂及其它組分產生較強的界面作用,提高了PVC車底盤涂料的低溫柔韌性、觸變性和高溫抗黃變性,涂料可于210℃下烘烤,不起泡,不開裂,不脫落,提高了涂裝效果和使用壽命,也可避免添加鉛鹽類熱穩定劑,生產過程更加環保。

 

環保型抗石擊車底涂料

 

由于PVC膜基料通常分散于烴類、醇類、酮類等有機溶劑中形成粘稠液體,以便于施工,但噴涂過程中需經高溫塑化,溶劑損失和能耗都較大。而且PVC中含有大量的氯,當汽車底盤報廢回收時,會產生大量的氯化氫氣體,環境污染嚴重。所以,研發低溫烘烤的PVC車底盤涂料和環保型抗石擊車底涂料是市場所需。

 

糜萬俊等攪拌捏合19%的納米活性碳酸鈣(SPT)制備出能適用于普通車輛和坦克的特種PVC抗石擊車底涂料,克服了PVC涂料需要溶劑的缺點,并起減震、隔熱、密封的新功能,涂層厚度可達3mm不流淌。在改性的作用下,因納米碳酸鈣的納米效應會發生團聚,因而涂料粘度較高,不會產生流掛,利于涂料噴涂,即觸變性得到了改善。實際應用中,納米碳酸鈣粒子與涂料界面的彈性過渡層可更好的吸收與分散外界沖擊能,完全符合并超過國外標準,可替代進口產品。

 

三、其他體系抗石擊車底涂料研究進展以及碳酸鈣應用

聚酯體系

 


聚酯是由二元醇或多元醇和二元酸或多元酸縮聚而成的高分子化合物的簡稱,其樹脂作為成膜物質,具有很好的綜合性能,其漆膜物化性能優良,具有附著力好、硬度高、耐候性好、耐老化及耐腐蝕等特點。

 

納米碳酸鈣用在涂料中增加耐摩擦、光澤度和耐候性等性能,同時可適當提高涂料的附著力。Mohammadreza等將硬脂酸改性的納米碳酸鈣填充于聚酯環氧混合物中,制得可替代傳統溶劑涂層的粉末涂料,其中納米碳酸鈣對聚酯環氧樹脂的固化反應起到催化作用,大大縮短了固化時間。另外,與純混合樹脂涂料相比,填充納米碳酸鈣不僅可擴大基料交互區域,而且顆粒表面親水結構可促進涂料與基材的粘連,使其硬度和粘附力顯著增加,非常適合噴涂于汽車金屬。

 

此外,聚酯涂料以水作溶劑,其表面張力高,蒸發潛熱大,施工時對環境濕度要求高,具體應用可從其配方來改進。

 

丙烯酸體系

 

 

丙烯酸抗石擊車底涂料主要是以丙烯酸酯類單體共聚反應得到的丙烯酸樹脂為主體,加入填料和助劑配制而成,是一種合成樹脂乳液。相比于目前應用最多的PVC塑溶膠體系和聚氨酯彈性體車底涂料,苯丙乳液以水為主要溶劑,VOC(揮發性有機物)含量極低,避免了溶劑易燃、有毒的缺陷,而且耐酸堿、耐水、耐沖擊性能好,是—種新型的抗石擊車底涂料。

 

潘崢嶸發明了以聚合度為40~80的丙烯酸樹脂為基料的抗石擊車底涂料,其中在乳液體系中填充5~15份的納米碳酸鈣,在保證涂料高光性的前提下可使初乳液與基料良好相容,而且涂層具有較好的層間附著力,容易施工成較高厚度的涂層,顯著提高了耐刮擦性能,同時燃燒時可形成致密的碳化層,阻燃效果明顯。

 

結語

納米碳酸鈣作為廉價的填料,大大降低了涂料的生產成本,不過這不是納米碳酸鈣的全部價值。納米碳酸鈣的補強性、透明性、觸變性、流平性等改性性能都是涂料可以挖掘的價值點。隨著多類汽車涂料的用量也在不斷增長,以聚酯、丙烯酸等體系為代表的抗石擊,耐擦洗水性涂料迅速發展已成趨勢,而納米碳酸鈣作為無機填料可對樹脂基料進行填充與改性,具有廣闊的高端應用空間。

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