admin
0 前 言
涂料作为一种对被涂物表面起保护和装饰作用的材料，不仅需要有优良的保护和装饰性，同时希望有优异的保光保色性，从而达到延长被涂物使用寿命的目的。在实际应用过程中，影响涂膜使用寿命的外因有很多，如太阳光、气温、雨雪、污染性气体(二氧化硫和一氧化碳等)等，其中太阳光中的紫外线(200～400 nm)对涂膜造成的破坏性最大。这在车辆的使用过程中表现得特别明显，车辆表面的涂膜经常遭受强烈的太阳光紫外线辐射，引发涂膜表面产生各种化学变化，直接导致涂膜出现失光、变色、粉化、开裂、脱落等老化现象。据有关资料报道，目前我国每年用于各类车辆翻新的涂料约在3万多t，价值超过14亿元人民币，其中75%以上的车辆是由于车辆涂膜在遭受太阳光紫外线辐射后引起失光、变色、粉化，从而导致车辆外观受损需重新进行涂装翻新。
为此，车用涂料防紫外线研究历来是该类产品开发的重要课题，为了提高车辆涂料的防紫外线性能，延长涂膜的使用寿命，常用的方法通常是加入紫外线吸收剂和位阻胺光稳定剂，通过将紫外光能量转化为对物质无害的热能和波长较长的光，以及猝灭被紫外线激发的分子或激发态，使其回复到基态，排除或减缓发生光氧化还原反应的可能，降低紫外线对涂膜的破坏作用。但由于常用的紫外线吸收剂和位阻胺光稳定剂是有机物，存在许多缺陷，如：①在保护涂膜过程的同时，自身也受到紫外线的高能量攻击，会发生光氧化反应，降解为小分子，导致随着时间的延长，其功能逐渐衰减；②只对某一波长的紫外线有明显吸收作用等；③在涂膜中会迁移。这些不足会给高耐候涂料带来较多的质量缺陷。由常州大学最新研制的NTG-602系列抗紫外线剂弥补了常用有机紫外线吸收剂和位阻胺光稳定剂的不足。该产品是粒径小于20 nm的金红石型纳米二氧化钛无机化合物，具有较窄的粒径分布，并且经过表面包覆处理，对可见光具有很高的透过性，对紫外线具有绝佳的阻隔作用；同时具有很高的化学稳定性、光稳定性和无机材料不迁移的特点，利用自身的物理性能可对全波长紫外线产生吸收、反射及散射作用，不仅可消除紫外线对涂膜的破坏，提高涂层的耐候性，延长使用寿命，而且具有用量少、防紫外线性能优的特点，在涂料行业受到人们高度关注。
浅蓝丙烯酸金属烘干漆是光辉公司为某农机制造商生产的大型农用拖拉机配套涂料，对涂膜的耐候性有严格的要求。本课题采用亲油的NTG-602B金红石型纳米二氧化钛制备浅蓝丙烯酸金属烘干漆，考察其在使用过程中的防紫外线作用。通过对NTG-602B纳米二氧化钛与有机紫外线吸收剂和位阻胺光稳定剂的抗紫外线性能进行比较，探寻NTG-602B纳米二氧化钛制备高耐候车辆涂料的有利条件。
1 试验部分
1.1 主要原料
30#热固型丙烯酸树脂(自制)；582氨基树脂(江苏三木)；无树脂色浆SUP8013艳蓝(昆山世名)；珠光粉KC-520(温州坤彩)；强闪铝银浆ZF4512(山东章丘金属颜料)；醋酸丁酸纤维素CAB551-0.2(市售)；NTG-602B纳米二氧化钛(常州大学)；EFKA-3031流平剂、EFKA-2018消泡剂(荷兰埃夫卡)；201P防沉剂(海名斯-德谦)；紫外光吸收剂UV-9、光稳定剂GW-540(市售)。
1.2 淡蓝丙烯酸金属烘干漆配方组成(见表1)
1.3 淡蓝丙烯酸金属烘干漆的制备工艺
分别将铝银浆、珠光粉、NTG-602B纳米二氧化钛、CAB551-0.2、紫外光吸收剂、光稳定剂用部分溶剂浸泡并完全分散均匀备用。再按配方比例将剩余的原料计量后投入配漆缸里搅拌混合均匀，用400目滤网过滤包装即是所需的样品1、样品2、样品3淡蓝丙烯酸金属烘干漆。
1.4 涂膜的制备
选用已预先配套好的白色阴极电泳底漆(干膜厚度为20～25 μm)、尺寸为50 mm×120 mm×(0.45～0.55) mm的08号钢板作为测试样板。制板时，首先用适量稀释剂将淡蓝丙烯酸金属烘干漆稀释到黏度为18～30 s(T-4杯)，用喷枪将漆均匀地喷涂于钢板上(湿膜控制在15～18 μm)，静置20 min，然后将样板放入140 ℃恒温烘箱，烘烤20 min后取出，并将样板在恒温恒湿条件下放置0.5～1 h，然后在金属闪光漆表面喷一道丙烯酸清漆(湿膜厚度控制在20～25 μm)，静置20 min，然后将样板放入140 ℃恒温烘箱，烘烤20 min后取出，并将样板在恒温恒湿条件下放置0.5～1 h，即可进行各种性能测试。
1.5 涂膜性能的测试
1.5.1 天然曝晒老化检验方法
天然曝晒老化试验是在建筑物屋顶进行。样板45°朝南放置，时间从2012年6月15日到2013年6月15日。
1.5.2 淡蓝丙烯酸金属烘干漆性能测试结果(见表2)
从表3可以看出，NTG-602纳米二氧化钛对提高淡蓝丙烯酸金属烘干漆的耐候性有很大帮助，随着NTG-602B纳米二氧化钛加入量的增加，涂膜经人工老化后产生失光、变色现象递减，这是因为纳米二氧化钛所具有的对紫外线吸收、散射功能起的作用。
2.2 NTG-602B纳米二氧化钛对涂料硬度、附着力的影响
2 结果与讨论
2.1 纳米二氧化钛对涂料耐候性的影响
耐候性是车辆涂料的重要指标，耐候性差的涂料在太阳光紫外线的照射下极易引起变色、失光等老化现象。NTG-602B纳米二氧化钛既能散射、反射紫外线(全波长为200～400 nm)，又能吸收紫外线，故其屏蔽紫外线的能力极强。用分光光度计测试表明，NTG-602B纳米二氧化钛具有极强的UV屏蔽作用，对波长320～400 nm的紫外线屏蔽率达92%，对波长290～320 nm的紫外线屏蔽率90%，对波长200～290nm的紫外线屏蔽率仍可达85%以上。所以涂料添加料中加入NTG-602B纳米二氧化钛可以提高涂料的抗紫外线性能。
试验中将制得的样品1、样品2、样品3淡蓝丙烯酸金属烘干漆样板分别按照GB 1765人工加速老化检验方法和1.5.1中天然曝晒老化检验方法进行抗紫外线耐候对比试验。由表2中人工加速老化和天然曝晒老化两项检验结果可以发现，含NTG-602B纳米二氧化钛的样品3涂膜变色、失光最小，抗紫外线耐候性能最强；含有机紫外线吸收剂和位阻胺光稳定剂的样品2涂膜变色、失光现象较样品3严重，抗紫外线性能次之；未加抗紫外线剂的样品1涂膜变色、失光现象最严重，抗紫外线性能最差。由此可见，涂料中加入NTG-602B纳米二氧化钛可以减少或降低光化学作用对涂膜的破坏力，延长了涂膜的寿命，增强了涂膜的耐候性。同时选用不同含量的纳米二氧化钛的淡蓝丙烯酸金属烘干漆进行800 h的人工加速老化试验，观察NTG-602纳米二氧化钛对车辆涂料耐候性的影响，其结果见表3。
从表3可以看出，NTG-602纳米二氧化钛对提高淡蓝丙烯酸金属烘干漆的耐候性有很大帮助，随着NTG-602B纳米二氧化钛加入量的增加，涂膜经人工老化后产生失光、变色现象递减，这是因为纳米二氧化钛所具有的对紫外线吸收、散射功能起的作用。
2.2 NTG-602B纳米二氧化钛对涂料硬度、附着力的影响
NTG-602B纳米二氧化钛是比表面积达大于40m2/g，粒径≤20 nm的无定性白色粉末，经扫描电子显微镜测试分析，其呈现出絮状和网状的准颗粒结构(见图1)，颗粒尺寸小。纳米二氧化钛的奇异性能与其具有高表面活性和庞大的比表面积有关，一方面颗粒表面存在大量的极性基团可以和涂料中的树脂之间形成强大的界面结合力；另一方面，纳米粒径的二氧化钛在涂料中高度有序地排列能填补涂膜间的空隙，使涂膜更加致密，这些有助于提高涂料的硬度等机械性能。从表2的铅笔硬度、附着力项目检测数据可以看出：样品3由于添加了NTG-602B纳米二氧化钛，其铅笔硬度为2H，附着力为1级，而样品1、样品2的硬度是H、附着力是2级，相对而言添加NTG-602B纳米二氧化钛对涂料硬度、附着力会有明显提高。
2.3 NTG-602B纳米二氧化钛对涂料黏度的影响
2.3 NTG-602B纳米二氧化钛对涂料黏度的影响
由于NTG-602具有高活性的巨大表面积，与成膜物和溶剂形成强大的相互作用，从表2中可以发现，添加NTG-602B纳米二氧化钛的样品3的黏度高于无NTG-602B纳米二氧化钛的样品1、样品2，涂料的黏度增加了，流动性有所降低，这非常有利于铝银浆、珠光粉在涂料成膜过程中进行定向排列，提高随角异色效果，增加涂膜的金属感。同时可有效避免涂料中铝银浆、珠光粉在贮存期间出现沉淀质量问题。
3 结 语
(1)NTG-602金红石型纳米二氧化钛对紫外线具有极强的吸收、散射功能，可以有效屏蔽紫外线，保护涂膜免遭其破坏，提高涂膜的耐候性。
(2)NTG-602金红石型纳米二氧化钛可与涂料中的树脂形成强大的界面结合力，提高涂膜的硬度、附着力等性能。
(3)NTG-602金红石型纳米二氧化钛具有高活性的巨大表面积，与成膜物和溶剂形成强大的相互作用，可极大地改进涂料的流变性，用于车辆涂料可以有效提高金属闪光漆的随角异色效果及预防颜料沉淀。
