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0 引 言
近年来 , 在汽车内部设计方面日趋追求柔感、高品质、触感舒服的表面。为实现这些特性 , 可使用低 VOC 水性柔感涂料 , 最新一代的这种涂料体系能满足耐水解、耐黄变和耐化学品方面最严格的要求。当前正在研发的工艺其工艺参数幅度变宽 , 生产更容易控制。水性双组分聚氨酯柔感涂料体系不仅可使汽车中控台、仪表盘、车门把手、车门衬垫、扶手和杂物箱挡板更加赏心悦目 , 还可令人萌生触感。这是提升汽车塑料和金属部件品质的一种简单而理想的方式 , 新研发的最新一代柔感体系尤其如此 , 因为它克服了第一代体系的缺点。
1 第 1 代柔感体系的缺点
20 世纪 90 年代最早引入市场的柔感涂料体系是通过将弹性聚酯链段接入聚合物主链中来获得所需的手感 , 该体系涂层的耐水性较差。此外 , 尽管涂层具有良好的耐化学品性 , 但护手霜和防晒霜常会粘附在涂层表面。第一代柔感涂料还存在黄变很快等其他缺点 , 常常无法满足汽车制造商对低 VOC 极严格的要求。此外 , 配方还使用了 N - 甲基吡咯烷酮和三乙胺等物质 , 而它们都属有毒有害化学品。
2 最新一代柔感体系
2. 1 量身定制的原材料进展
含羟基官能团的水性柔感涂料通常是用脂肪族多异氰酸酯交联的聚氨酯分散体。从易于施工方面考虑 , 尽管低黏度憎水性多异氰酸酯也可满足要求 , 但使用水分散性多异氰酸酯效果会更好。含羟基官能团的分散体与多异氰酸酯结合产生的柔韧性涂层类似于橡胶 , 若配方中再添加高相对分子质量的无官能团聚氨酯分散体 , 涂层手感将会发生改变 , 具有如天鹅绒般柔软且干爽的感觉。拜耳材料科技已成功地使柔感涂料的这 3 种主要组分的性能得到了显著改善。
2. 2 耐水性、保色性和低排放
许多柔感涂层由于交联密度低 , 易发生水解 , 在通常气候条件下 , 这些涂层会在数年内失去硬度和耐化学品性。在极端气候条件下 , 只需数月甚至几周便可出现这种情况。这种问题可通过选择合适的原材料加以解决。研究发现 , 特制的二醇和高度耐水解的聚酯组合是最佳解决方案。含羟基官能团和不含官能团的基料是耐水解柔感涂料配方中的关键组分。表 1 为新一代水性柔感涂层的水解稳定值。
表 1 最新一代水性柔感涂层的水解稳定性
以前 , 柔感涂料几乎都是黑色 , 但目前许多新的应用则需要透明涂层 , 总之 , 发展趋势是使用浅色体系。因此 , 对耐黄变柔感体系的需求变得日益迫切。为了满足这种需求 , 拜耳材料科技已开发出一种高柔韧性聚氨酯分散体 , 它既耐水解又耐黄变 , 以其制备的涂层可在 90 ℃ 下经历 2 500 h 不变色。汽车制造商对汽车内部部件所用涂层的 VOC 有极其严格的规格要求 , 最新一代表面涂层材料可以符合这些要求。图 1 所示的是按 VDA 278 进行的相关的吸附 / 解吸试验 , 所用配方为 : Bayhydur ó 3100 、标准含羟基官能团树脂、不同的无官能团树脂 :A 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G, C 在生产中需增加提纯步骤。结果显示 , 以新开发的无官能团聚氨酯分散体制得的柔感涂料 ,VOC 极少。
图 1 基于不同的无官能团聚氨酯分散体的水性柔感涂层的 Fog 和 VOC 排放
2. 3 耐防晒霜性能
柔感涂层由于被触摸而会接触护手霜和防晒露 , 这些成分侵入塑料后 , 会使其发生软化 , 降低涂层和塑料之间的附着力。为了防止出现这种情况 , 首先建议使用一种由底漆和柔感涂层组成的双层体系。同时还应注意 , 对于这些化妆品的破坏性影响 , 不同塑料有不同的耐性。例如 , 聚碳酸酯的耐性优于 ABS 。此外 , 涂料用原料的选择对涂层的最终性能也有着决定性影响 ( 此处是指耐防晒霜和防晒露性能 ) , 含羟基官能团的组分是聚碳酸酯聚酯或基于改性丙烯酸酯的配方 , 可提供极其有效的防护层 ( 图 2) , 所用配方为 : Bayhydur ó 305 、无官能团树脂 F 、不同的含羟基官能团树脂 (A: 聚碳酸酯 - 聚酯 ; B: 新型聚碳酸酯 - 聚酯 ; C: 聚酯 ;D: 改性丙烯酸酯 ) 。
图 2 基于不同的含羟基官能团聚氨酯分散体的水性柔感涂层的耐防晒霜性
3 直接涂覆
拜耳材料科技目前正与汽车行业供应商及表面涂层生产商密切合作 , 致力于开发替代性方法来生产具有柔感涂层的部件。通过特殊形式的注塑成膜可将一种双组分聚氨酯涂层直接应用到注塑成型工艺中。首先 , 将一种热塑性塑料注入模腔中 ; 随后 , 有两种选择 : ①利用混合头稍微开启模具 , 注入无溶剂活性双组分聚氨酯体系 , 在热塑性塑料表面进行固化 ( 图 3) ; ②打开模具 , 将注塑制品转移到另一个尺寸稍大的模腔中 , 合上模具后 , 注入聚氨酯体系。在固化的同时 , 可在第一个模腔中制备下一个部件。
图 3 单模腔注塑成膜工艺
直接涂覆工艺的优点是无需使用涂装生产线 , 因为涂装工艺已结合到部件生产工艺中。同时由于无需将部件转移到涂装线 , 从而简化了流程。此外 , 涂层厚度也很容易进行改变 , 结构性表面也可进行复制。虽然已经证明 , 直接涂覆概念基本上可以用于制造汽车内部部件 , 但为了满足汽车行业严格的规格要求 , 涂料原材料及双组分聚氨酯涂料的配方仍需进一步优化。
4 结 语
水性柔感涂料已成为普通塑料涂料和塑料贴膜的一个很好的替代选择。由传统溶剂型柔感涂料发展到环境友好型水性柔感涂料体系 , 这一发展趋势满足了可持续发展的要求。随着涂料用聚氨酯原材料的不断创新研发 , 水性柔感涂料体系将日益优化并满足各塑料涂装行业以及汽车内饰涂装的严格要求。 |
