烤漆催干剂(汽车保险杠复合涂层的制备及性能研究-----刘裕辉，朱镜伟)

Posted 2023-06-02

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烤漆催干剂(汽车保险杠复合涂层的制备及性能研究-----刘裕辉，朱镜伟)

汽车保险杠复合涂层的制备及性能研究

刘裕辉，朱镜伟

（同德化工有限公司，广东佛山 528500）

摘要：本研究选用纽佩斯的 XCS 1516 树脂做单组份 PP 底漆；同德化工的聚酯树脂和

低羟值羟基丙烯酸树脂分别做基色闪光漆；同德化工的羟丙树脂做罩光清漆。采用 3C1B 的

烘烤工艺，制备了综合性能较好的保险杠复合涂层，并对不同体系树脂做基色闪光漆和罩光

清漆的复合涂层的附着力、耐水性、耐酸性、耐碱性等性能进行研究。结果表明：使用 AK3023

聚酯树脂做基色闪光漆，配套 ACR6750D 羟丙树脂做清漆，制得的复合涂层耐水性最好，

综合性能优异。

关键词：聚酯；基色闪光漆；罩光清漆；复合涂层；耐水性

Preparation of Automotive Bumper Composite Coating and

Its Performance Investigation

Yuhui Liu, Jingwei Zhu

(TOD Chemical Industry CO., Ltd, Foshan, Guangdong, 528500）

Abstract: Composite automotive bumper coatings with great comprehensive properties were

prepared via "3C1B" baking method, using Nuplex XCS 1516 resin as PP primer, TOD polyester

resin and low-OH hydroxyl acrylic resin as silver basecoat, TOD hydroxyl acrylic resin as

clearcoat. Besides, the properties of composite coating using different resin as silver basecoat and

clearcoat, such as adhesion, water-resistant, acid-resistant, alkali-resistant and so on, are studied.

And the result came out that the combination of AK3023 polyester resin as silver basecoat and

ACR6750D hydroxyl acrylic resin as clearcoat exhibited the best water-resistant performance and

comprehensive properties.

Key words: polyester; silver basecoat; clearcoat; water-resistant; composite coating

0 引言

随着汽车行业轻量化趋势的形成以及工程塑料的广泛应用，目前汽车保险杠主要由塑料

制成。改性聚丙烯（PP）材料[1-2]由于其质轻、成本低、可循环再用，并且具有优异的耐热

性、耐候性、冲击强度、拉伸强度和成型性等特点，目前被广泛应用于汽车保险杠领域[3]。

为了提供良好的装饰性和保护性，需要在改性 PP 表面涂覆一层涂料。然而，由于 PP 塑料

的结晶度高、耐溶剂性强、表面极性和表面能低，加之 PP 塑料的多样化以及由于注塑等工

艺造成的材料表面不平整，导致涂料难以在 PP 底材上附着[4]。因此，PP 涂料的研制，一直

是涂料行业的关注热点之一。为了保证与车身涂装同样的装饰性和保护性，PP 保险杠涂装

一般为三层配套体系：底漆主要是保证与 PP 底材的附着力，并对材料表面不平整的部位起

到填平作用，底漆的性能直接影响到整个复合涂层的；基色漆主要是赋予颜色和装饰性，使

外观达到设计的要求，同时对整个涂层的配套性和综合性能有重要影响；最外层为罩光清漆，

一般为双组分聚氨酯涂料，以提供良好的外观丰满度、户外耐久性[5]。

汽车在运输过程中需要对前后保险杠作贴膜保护，由于在粘贴过程中存在局部不贴合导

致膜与保险杠之间存在气泡。特别是出口车，在长期的海运过程中，阴雨高湿天气会导致气

泡中充满水汽，在高温及长时间的浸泡下给漆膜的起泡埋下了隐患[6]。因此，除了解决 PP

底漆的附着力问题外，如何提高 PP 保险杠复合涂层的耐水性，也是保险杠涂装行业重点关

注的问题。复合涂层的耐水性与底漆、基色漆、面漆各涂层的性能以及相互间的配套性都密

切相关。

底漆方面，由于传统的 PP 水涂层存在环境污染严重、与色漆层的层间附着力不稳定等

问题，目前在行业内使用较少，逐渐更多地采用氯化聚丙烯改性的丙烯酸树脂作 PP 底漆。

由于氯化聚丙烯的化学结构、表面张力及溶解度参数与 PP 塑料相近，与 PP 塑料间具有良

好的相容性，易于对 PP 塑料进行润湿扩散[7]。而根据涂料在塑料底材上附着的扩散理论，

涂层附着力的大小与涂料扩散塑料内部能力的大小有着密切关系[7]。因此，用氯化聚丙烯改

性的丙烯酸树脂在 PP 塑料上必将有较好的附着力。

基色漆方面，目前大多采用两种体系，一是低羟值的羟基丙烯酸体系；二是聚酯体系。

其中，低羟体系在银粉排列方面更有优势，而聚酯体系在柔韧性方面更有优势。由于当前部

分保险杠因为注塑成型不够好等原因，安装到车时接口处与车身不太吻合，需要弯折一下才

能准确安装，因而对保险杠涂层的柔韧性要求越来越高。因此，聚酯体系在基色漆中的应用

显得越来越有优势。

面漆方面，不同的清漆树脂除了影响丰满度、耐候性之外，其对复合涂层的耐水性也有

重要的影响。因而，选择合适的 PP 底漆、基色漆和罩光清漆树脂，对于整个复合涂层的综

合性能具有重要的影响。

本研究选用纽佩斯的 XCS 1516 树脂做单组份 PP 底漆，同德的聚酯树脂和低羟值丙烯

酸树脂分别做基色闪光漆，同德的羟丙树脂做罩光清漆，采用 3C1B[8-9]的烘烤工艺，制备了

综合性能较好的保险杠复合涂层，并对不同体系树脂作基色闪光漆、罩光清漆的附着力、耐

水性、耐酸、耐碱等性能进行了研究。

1 实验部分

1.1 实验原料

羟基丙烯酸树脂（ACR6458、ACR6543、ACR6780、ACR6745、ACR6750D、ACR6716）、

饱和聚酯树脂（AK3023）：同德化工；PP 树脂（XCS 1516）：纽佩斯；氨基树脂（正丁醚化）：

国外厂商；蜡（MO-510 、MO-SD）：同德化工；钛白粉（902+）：杜邦；铝银浆（CE-190）：

肇庆东洋铝业；醋酸丁酯纤维素（CAB381-0.5s、CAB381-2s）：伊士曼；流平剂（BYK310、

BYK358N）：BYK；有机锡催干剂（T-12）：上海松尾贸易公司；固化剂（N3390）：拜耳；

二甲苯（XYL）、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、醋酸丁酯（BAC）、正丁醇（NBA）：市售；

PP 保险杠底材：金发科技股份有限公司或涂料厂客户提供。以上均为工业级产品。

1.2 实验配方

1.2.1 PP 底漆配方及制备工艺

单组份 PP 底漆配方详见表 1。

表 1 单组份 PP 底漆配方

序号原料质量份/份固含/%

1 XCS 1516 52.5 45

2 XYL 8.0 －

3 PMA 4.2 －

4 902+钛白粉 25.0 100

5 20%CAB381-2s 10.0 －

6 BYK358N 0.3 52

合计 100.0 －

简单制备工艺如下：

（1）按照配方量依次加入原料 1~4，2500 r/min 高速分散 30min；

（2）加入原料 5~6，1500 r/min 继续分散 5min，可制得 PP 底漆。

1.2.2 基色闪光漆配方及制备工艺

AK3023 和 ACR6543 做基色闪光漆的配方分别详见表 2、表 3。

表 2 基色闪光漆配方 A

序号原料质量份/份固含/%

1 AK3023 35.0 70

2 MO-510 蜡 8.0 10

3 MO-SD 蜡 1.0 20

4 NBA 5.0 －

5 BAC 7.4 －

6 20%CAB381-0.5s 5.0 －

7 20%CAB381-2s 10.0 －

8 正丁醚化氨基 9.6 －

9 10%BYK358N 3.0 52

10 CE-190 铝银浆 8.0 －

11 BAC 8.0 －

合计 100.0 －

简单制备工艺如下：

（1）按照配方量加入原料 1~5，2000 r/min 高速分散 30min；

（2）搅拌状态下，依次加入原料 6~9，1000r/min 分散 5min；

（3）搅拌状态下，加入预先混合在一起的原料 10、原料 11，1000r/min 分散 5min 后，

可制得基色闪光漆。

表 3 基色闪光漆配方 B

序号原料质量份/份固含/%

1 ACR6543 45 50

2 MO-510 8 10

3 MO-SD 1 20

4 NBA 5 －

5 BAc 7 －

6 20%CAB381-0.5s 5 －

7 20%CAB381-2s 10 －

8 10%BYK358N 3 52

9 CE-190 铝银浆 8 －

10 BAC 8 －

合计 100 －

简单制备工艺如下：

（1）按照配方量加入原料 1~5，2000 r/min 高速分散 30min；

（2）搅拌状态下，依次加入原料 6~8，1000r/min 分散 5min；

（3）搅拌状态下，加入预先混合在一起的原料 9、原料 10，1000r/min 分散 5min 后，

可制得基色闪光漆。

1.2.3 PU 罩光清漆配方

PU 罩光清漆的配方详见表 4。

表 4 PU 罩光清漆配方

组份序号原料质量份/份

固含/% 配方① 配方② 配方③

A 组分

1 ACR6750D 66.7 75

1 ACR6780 71.5 70

1 ACR6745 71.5 70

2 XYL 10.0~13.0 9.0~12.0 9.0~12.0 －

3 PMA 5.3 4.2 4.2 －

4 BAC 8.0 6.5 6.5 －

5 1%T-12 2.0~5.0 2.0~5.0 2.0~5.0 －

6 10%BYK310 1.0 1.0 1.0 25

7 10%BYK358N 3.0 3.0 3.0 52

合计 100.0 100.0 100.0 －

B 组分 N3390 29.3 29.3 31.4 90

简单制备工艺如下：

（1）按照配方量加入原料 1~4，1000 r/min 分散 5min；

（2）搅拌状态下，依次加入原料 5~7，1000r/min 分散 5min 后，制得罩光清漆 A 组份。

（3）按比例将 A 组份与 B 组份混合均匀，开稀到合适粘度即可喷涂。

1.3 试板制备

复合涂层的测试底材为金发科技股份有限公司提供的 PP 保险杠，喷涂前先用 120#溶剂

油进行油污清洁。测试涂层为单组份 PP 底漆－基色闪光漆－PU 罩光清漆，涂装工艺采用

3C1B，具体工艺流程如图 1 所示。PP 底漆的膜厚控制在 8~10μm，基色闪光漆的膜厚控制

在 10~15μm，PU 罩光清漆的膜厚控制在 30~40μm。

图 1 3C1B 工艺流程

1.4 测试项目及标准

测试项目及采用的标准或方法如表 5 所示。

表 5 测试项目及检验标准

检测项目复合涂层性能指标检验标准

对底材附着力（划格法）/级 ≤1 GB/T 9286-1998

层间附着力（划格法）/级 ≤0 GB/T 9286-1998

耐水煮（40℃水，240hr）漆膜无明显变化，层间附着力≤1 GB/T 1733-1993

耐水煮（100℃，2hr）漆膜无明显变化，层间附着力≤1 GB/T 1733-1993

耐湿热（40℃水,240hr）漆膜无明显变化，层间附着力≤1 将测试板置于

40℃水液面上方约

5cm 处，漆膜朝下。

耐酸性（0.5mol/L H2SO4，48hr）漆膜无明显变化 GB/T 9274-1988

耐碱性（0.5mol/L NaOH，48hr）漆膜无明显变化 GB/T 9274-1988

2 结果与讨论

2.1 PP 底漆树脂的选择

PP 底漆树脂的选择首先考虑的是对不同 PP 底材的附着力好、对不同类型 PP 底材的适

应性好，以及与基色闪光漆涂层的匹配性好。

由于 XCS 1516 是氯化聚丙烯改性的丙烯酸树脂，根据涂料在塑料底材上附着的扩散理

论分析，其对 PP 底材应该具有优异的附着力。因此，本研究直接选择 XCS 1516 树脂作为

PP 底漆用树脂，对不同的 PP 底材的附着力以及与不同基色漆涂层的层间附着力进行研究，

结果如表 6 所示。由表可知，XCS 1516 作为 PP 底漆，不仅对不同的 PP 底材有优异的附着

力，而且与不同的基色闪光漆涂层有很好的层间附着力。因此，本研究确立以 XCS 1516 PP

底漆作为底漆层基础，进而对后续的罩光清漆涂层、基色闪光漆涂层对保险杠复合涂层的影

响进行研究。

表 6 不同 PP 底材的附着力测试

检测项目不同 PP 底材

金发科技提供广州某客户提供江西某客户提供

对 PP 底材的附着力

（划格法）/级 0 0 0

与 AK3023 基色漆的

层间附着力（划格法）/级 0 0 0

与 ACR6543 基色漆的

层间附着力（划格法）/级 0 0 0

2.2 罩光清漆树脂的影响

罩光清漆作为保险杠复合涂料的最外层防线，除了要求较好的外观丰满度外，还需要优

异的耐候性、耐水性等综合性能。其中，耐水性更是行业的重点关注问题。本研究以 XCS 1516

作 PP 底漆，同德 AK3023 聚酯作为基色闪光漆，对不同的羟基丙烯酸树脂作罩光清漆的复

合涂层的性能进行了研究，结果如表 7 所示。

表 7 羟丙清漆树脂对复合涂层性能的影响

检测项目 ACR6780 ACR6745 ACR6716 ACR6750D

层间附着力（划格法）/级 0 0 0 0

耐水性（100℃，2hr）起泡；层间

附着力 4 级

起泡；层间附

着力 1~2 级

起泡；层间

附着力 0 级

轻微起泡；层间

附着力 0 级

外观丰满度优良好优优

耐候性（白漆 QUV-B）/ h 800 900 400 700

由表 7 可知，四个树脂在层间附着力方面的性能基本一致，但在耐水性、耐候性方面的

区别比较大，这主要是由于四个树脂在合成配方中使用的单体不同，而不同类型的单体对漆

膜的性能有很大的影响。

由表可，ACR6780 的耐候性、外观丰满度均较好，但是耐水性较差，水煮后复合涂层

的层间附着力很差。ACR6745 的耐候性虽然最好，但丰满度、耐水性相对欠佳。ACR6716

的外观丰满度好，但是耐候性较差，而且耐水性欠佳。ACR6750D 的耐水性最好，外观丰满

度好，耐候性也较佳。100℃水煮 2h 后，复合涂层漆膜仅有轻微的起泡，而且层间附着力优

异，外观丰满度也没有明显的降低。因此，选择 ACR6750D 作为罩光清漆树脂，进而对不

同体系的基色闪光漆树脂的性能进行研究。

2.3 基色闪光漆树脂的影响

基色漆涂层作为 PP 底漆和双组份罩光面漆的过渡层，对整个复合涂层的综合性能有重

要的影响。本研究以 XCS 1516 树脂作为 PP 底漆，配套 ACR6750D 作罩光面漆，对低羟体

系和聚酯体系分别作基色闪光漆的复合涂层的性能进行研究，结果如表 8 所示。

对于保险杠复合涂料而言，一个很重要的性能要求就是 40℃下的耐水性，一般要求 40℃

耐水 10d 后漆膜没有明显的起泡、变色、失光等问题，而且附着力不会降低。由表 8 可知，

AK3023 聚酯和 ACR6543 低羟在 40℃下的耐水性均能达到行业要求，而且这两种体系的复

合涂层均较有优异的耐湿热性、耐酸性和耐碱性。相对而言，AK3023 在 40℃和 100℃下的

耐水性更具优势，漆膜抗起泡性和层间附着力均有更好的性能。这主要是因为：一方面，从

分子链和分子结构分析，AK3023 聚酯是网状型结构，其致密性好，疏水基团也较多，而低

羟丙烯酸是直链型结构。因此，AK3023 聚酯的耐水性和柔韧性本身就比 ACR6543 低羟树

脂要好；另外，从配方设计分析，我们在 AK3023 基色闪光漆的配方中加入了少量的正丁醚

化氨基树脂，在 80℃低温下也能与 AK3023 进行一定程度上的交联反应，从而增强漆膜的

交联密度，使得漆膜有更优异的耐水性。因此，选择 AK3023 作为基色闪光漆，搭配 XCS 1516

PP 底漆和 ACR6750D 罩光面漆，制得的复合涂层具有最优异的综合性能。

表 8 不同基色漆树脂对复合涂层性能的影响

检测项目 AK3023（聚酯） ACR6543（低羟）

层间附着力（划格法）/级 0 0

耐水性（100℃，2hr）轻微起泡；

层间附着力 0 级

轻微起泡；

层间附着力 0~1 级

耐水性（40℃，240hr）基本不起泡、无明显的

失光和变色；

层间附着力 0 级

轻微起泡、无明显的

失光和变色；

层间附着力 0 级

耐湿热（40℃水,240hr）轻微起泡、无明显

的失光和变色；

层间附着力 0 级

轻微起泡、无明显的

失光和变色；

层间附着力 0 级

耐酸性（0.5mol/L H2SO4，48hr）不起泡，不失光不起泡，不失光

耐碱性（0.5mol/L NaOH，48hr）不起泡，不失光不起泡，不失光

3 结语

本研究选用纽佩斯的 XCS 1516 树脂作单组份 PP 底漆，同德的低羟和聚酯树脂作基色

闪光漆，同德的羟丙树脂作罩光清漆，采用 3C1B 的烘烤工艺，制备了综合性能优越的保险

杠复合涂层，并对不同体系树脂作基色闪光漆、罩光清漆的复合涂层的附着力、耐水性、耐

酸性、耐碱性等性能进行研究，主要结论如下：

（1）ACR6750D 作罩光面漆树脂，耐水性最优异，而且具有较好的外观丰满度、耐酸

性、耐碱性、耐候性，综合性能优异；

（2）AK3023 聚酯和 ACR6543 低羟树脂分别作基色闪光漆，配套 XCS 1516 PP 底漆和

ACR6750D 罩光面漆，制得的复合涂层均有较好的耐水性，而且综合性能优异。其中，AK3023

在柔韧性和耐水性方面更具优势；

（3）本文创新性地把传统的高温聚酯烤漆低温化使用，不仅使得基色闪光漆具有很好

的柔韧性，而且漆膜交联密度高，复合涂层的耐水性优异。

综上所述，以 XCS 1516 作 PP 底漆，配套 AK3023 作基色闪光漆、ACR6750D 作罩光

面漆，制得的保险杠复合涂层具有最佳的综合性能。

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