汽車內(nèi)飾塑膠漆該如何選用樹脂呢
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車輕量化趨勢使得汽車對塑料零部件的需求越來越大。然而，單純的塑料零部件并不能達到汽車對耐候性、裝飾性等的嚴格要求。因此塑料涂裝也就自然的成為塑料件應用過程中的重要一環(huán)。塑料漆不僅改善了塑料件自身的缺陷，增長了使用壽命，而且賦予它豐富的色彩和亮麗的外觀。 汽車內(nèi)飾用塑料 目前，汽車制造商在汽車內(nèi)飾方面追求的是進一步提高車內(nèi)部空間的舒適性、安全性和裝飾性，并向高級化方向發(fā)展。這種高級化體現(xiàn)在采用多種性能各異的材料，使車內(nèi)所有表面軟飾化（纖維織物、真皮革、植毛）并力求美化（花紋深粗、木紋、顏色匹配）。 表1 汽車用塑料 聚丙烯由于價格低而迅速在美國汽車上得到廣泛應用。 當然，由于ABS強度高、剛性好、耐高溫、易于將裝飾材料和軟質(zhì)表面粘結(jié)在一起，因而仍是主要的內(nèi)飾材料之一。 汽車內(nèi)飾使用的塑料類型主要有以下幾類： （1） 塑料儀表板：PPO制造的儀表面板具有低成本、較好的振動阻尼和易于再生利用的優(yōu)點，使PPO成為未來汽車儀表面板的首選材料。 （2）車內(nèi)頂棚：目前轎車頂棚一般為玻璃纖維+發(fā)泡聚氨酯+表面裝飾織物等多種材料復合加工而成，貨車一般采用表面附有人造革或纖維織物的泡沫片材粘貼型頂棚。 （3）門立柱裝飾板：常用材料PP和PPO。 （4）其他 對于不同的塑料選擇涂料應遵循以下基本原則： （1）根據(jù)被涂塑料的性質(zhì)來選擇涂料：良好的附著力、涂料的溶蝕性； （2）根據(jù)塑料制品對涂膜性能要求來選擇涂料：內(nèi)用、外用； （3）參考施工工藝要求選擇涂料 表2列出了常見塑料件涂裝用涂料： 表2 塑料涂料的分類 塑料涂料的附著力是我們在設(shè)計配方時的一個關(guān)鍵點，這是由于塑料表面自由能低、極性小。其表面自由能低于10-5J/cm2，表面很難附著。 那么在了解如何在提高我們樣品的附著力之前，先來了解一下涂料在塑料底材上的附著原理吧。 就涂料在塑料底材上的附著曾提出多種理論：擴散理論、溶解度參數(shù)理論、靜電理論、化學鍵合理論、吸附和機械咬合理論等。 其中擴散理論已經(jīng)得到廣泛的認可，該理論認為涂層附著力的大小與涂料擴散到塑料底材內(nèi)部能力的大小密切相關(guān)。 其實這些理論之間并不矛盾，涂料一旦滲透到塑料底材中，滲透物與塑料底材間存在的靜電和機械咬合現(xiàn)象會明顯增強二者之間的附著力。要想涂料滲透到塑料底材當中，首先要使它能很好地潤濕底材，可以通過調(diào)配涂料中各組分的比例，使之在底材上鋪展開來。此時涂層和塑料底材之間通過化學作用力而結(jié)合到一起。 如果成膜樹脂與塑料基材的溶解度參數(shù)選擇適當，就能使漆膜與塑料表面形成一個互混層，這時涂料與塑料之間的靜電和機械咬合力就會起作用?；セ鞂与m有助于附著，但是要靠涂料中的溶劑對塑料的輕微溶解來實現(xiàn)，如果把握不當使涂料過分溶蝕塑料底材表面，將會使塑料底材表面凹凸不平，漆膜起皺，流平性不好，影響外觀。因此所用溶劑的溶解度參數(shù)要盡量與塑料的溶解度相差遠一些。 由于塑料和涂料均是較為復雜的體系，存在著物理、化學等方面的不均一性，因此存在著內(nèi)應力，如收縮應力、熱應力和變形應力等，這些應力均會對涂料的附著力造成不利影響，因而需要添加合適的助劑及選擇適當?shù)耐苛象w系來加以消除。不同的塑料底材也要根據(jù)結(jié)構(gòu)相似、極性相近原理選擇合適的涂料體系。 那了解完原理，談涂君就來給大家說說究竟哪些因素會影響涂料的附著力。 影響涂料附著性能的因素 影響塑料涂料附著性能的主要是：附著力，涂料的溶解性和混容性以及涂料的極性。 01 附著力 高分子物質(zhì)之間的凝聚和粘附主要依靠三種力量即分子間力、氫鍵力和化學鍵力。這三種鍵力以化學鍵力最大，氫鍵次之，分子間力最小。在一般的附著作用中，分子間力起主要作用，氫鍵力在一定的涂料品種中存在，而涂料與基材之間以化學鍵粘附的情況最少。 塑料涂料與金屬涂料不同，研究塑料涂料的附著力，首先就得清楚涂料與塑料之間的附著力。因此要考慮塑料本身的結(jié)構(gòu)特點，包括塑料的極性，塑料的可溶性（溶劑敏感性），塑料集團的排列規(guī)整性（結(jié)構(gòu)對稱性：包括旋轉(zhuǎn)對稱、螺旋對稱、中心對稱、鏡面對稱，影響塑料的結(jié)晶性，包括微小結(jié)晶程度）等方面的因素。 這些因素是影響涂層在塑料表面附著的關(guān)鍵。其次，就是涂層與涂層之間的附著力。決定涂層之間配套性的結(jié)構(gòu)因素可以歸結(jié)為表面張力從下往上的遞減傳遞。 涂層與涂層或涂層與基材之間的附著形式歸結(jié)起來有兩種：靜電作用和纏繞錨固。 （1）靜電作用 影響靜電作用的因素主要是涂層中分子的極性、分子與基材之間的相互作用力形式（包括：離子力、共價鍵、范德華力、氫鍵力），涂層中基料的極性越大，內(nèi)聚力就越大，表面張力就越大，涂層越難于附著；同時交聯(lián)密度越大、極性越高、內(nèi)聚力也越大，導致涂層附著難道加大。然而分子極性過低，，分子之間的作用力也過低，不利于涂層的附著。通過添加附著力促進劑（一般都是偶聯(lián)劑或羧酸、不飽和聚酯類），可以增加分子之間的化學鍵作用，增強相互吸引程度。 （2）纏繞錨固 纏繞錨固與結(jié)構(gòu)的規(guī)整性有關(guān)，結(jié)果越規(guī)整，結(jié)晶度越高，溶劑的溶解和溶脹越困難，越不利于涂層中聚合物分子向塑料中滲透，越難于形成分子纏繞，也就越不利于涂層的附著，如聚甲醛、HDPE、等規(guī) PP、尼龍等。分子的纏繞需要借助于溶劑的溶解和溶脹來完成，溶解和溶脹的直接結(jié)果是塑料表面粗化甚至塑料聚合物的分子擴散，HDPE、等規(guī) PP 可以借助于甲苯、二甲苯進行粗化，促進氯化聚烯烴向塑料表面滲透擴散。影響結(jié)晶性的主要因素初結(jié)果的規(guī)整性外，往往含有均勻分布的強極性基團如氨基甲酸酯基、腈基以及主鏈上的酯基、酰胺基等，大部分塑料的結(jié)晶度較低，選擇丙烯酸酯作為成膜基料時可以使丙烯酸酯與塑料之間在靜電力、分子擴散纏繞等方面均具有較好的作用吻合。 涂料的溶解性和混容性 02 用有機溶劑配成的涂料，與塑料接觸可能產(chǎn)生溶解和溶漲，也可能使塑料出現(xiàn)應力開裂或表面拉絲，對含有增塑劑的塑料易萃取出增塑劑。因此，涂料溶劑的選擇不僅影響涂料的性能，也取決于塑料基材對它的特定要求。 衡量溶解性能的常用方法是根據(jù)它們的溶解度參數(shù)δ，對塑料表面涂料的δ有如下三個要求： （1）在一般情況下，涂料用樹脂的δ值要相近于塑料的δ值，使涂料有較好附著力。對于附著力不好的塑料，如聚四氟乙烯、聚乙烯等必須進行表面處理，并使用適宜于這類塑料的涂料。 （2）涂料用溶劑的δ值要遠小于或大于塑料的δ值，以保證塑料表面不被溶解或剝離。 （3）涂料用樹脂的δ值要遠小于或大于增塑劑的δ值，也可使用與增塑劑不發(fā)生作用樹脂來配制涂料，以解決增塑劑的滲析問題。 03 涂料的極性 極性涂料對極性基材，部分非極性涂料對非極性都有較好的附著作用。 表3 汽車內(nèi)飾用塑料性質(zhì) 汽車內(nèi)飾涂料樹脂選用 樹脂對于一個配方來說是就好比是“血液”，不能缺少更不能選錯。那如何才能選擇一只合適的汽車內(nèi)飾涂料用樹脂呢？ 目前塑料的種類主要有聚烯烴、PS、ABS、PC、PMMA、聚酰胺和聚醚塑料等。其中，聚烯烴、PS塑料和ABS的應用最為廣泛。由于不同塑料底材的結(jié)構(gòu)、極性有很大差別，因此不同的塑料底材要選用不同的涂料體系。 聚烯烴類塑料主要有聚丙烯塑料（PP）、聚乙烯塑料（PE）。聚烯烴類塑料基材的結(jié)晶度高，耐溶劑性強，表面極性和表面能低，除應選擇適當?shù)耐苛象w系外，還需進行適當?shù)谋砻嫣幚怼Ｅc該塑料基材有相似的分子結(jié)構(gòu)和溶解度參數(shù)的氯化聚烯烴類涂料、氟碳樹脂涂料等可提供良好的附著力，是該類塑料用涂料的首選，也可使用環(huán)氧、聚氨酯、雙組分丙烯酸類涂料。 由于成型性能好、外觀漂亮、綜合力學性能優(yōu)良等特點，PS與由它改性而來的ABS二者主宰了電器塑料外殼市場。但單純的PS因其脆性大、易碎裂、耐熱性差等缺點，應用受到了限制。適宜的體系有環(huán)氧涂料、熱塑性丙烯酸酯樹脂涂料、熱固性丙烯酸酯－聚氨酯樹脂涂料、丙烯酸改性醇酸樹脂涂料、醇酸樹脂改性聚苯乙烯涂料、改性纖維素類涂料等。 ABS是由丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styvene）3種單體共聚而成的聚合物。改變3種組分的比例和采用不同的組合方式，以及聚合物相對分子質(zhì)量不同，可以制造出性能范圍廣泛的不同規(guī)格、型號的ABS樹脂，目前單體含量的范圍為：A占20%~30%；B占6%~30%；S占45%~70%?？梢钥闯觯篈BS與PS具有同宗性。但由于它剛性強、硬度大、韌性好、表面性好、成型性好等優(yōu)點，其應用范圍遠遠超過PS。 由于ABS含苯乙烯單體，適合PS類塑料涂裝的涂料也適合ABS的涂裝。又由于ABS含有極性單體丙烯腈，具有較高的表面張力，較其它的塑料制品更容易涂裝。其可選擇的涂料范圍比較寬，可選擇揮發(fā)性涂料，如丙烯酸酯涂料、環(huán)氧醇酸硝基涂料、氨酯油涂料，也可選雙組分轉(zhuǎn)化型涂料，如丙烯酸聚氨酯涂料。 另外，出于對環(huán)保和資源的要求，在近年來無論是終端市場的需求，還是政府出臺政策限制源頭，都促進了涂料工業(yè)向以水性涂料、高固體分涂料、光固化涂料和粉末涂料等為代表的低毒、環(huán)保涂料方向發(fā)展，其中最重要的是水性涂料。 環(huán)保和配套性都能滿足后，就需要關(guān)注汽車內(nèi)飾涂料究竟還要滿足哪些性能呢？ 表4 汽車內(nèi)飾涂料要求 表5 GMW-14445規(guī)范測試方法 為了響應新的環(huán)境要求和對未來汽車OEM塑料涂料需求增長的預期，來自荷蘭的樹脂企業(yè)帝斯曼推出了一款水性脂肪族聚氨酯分散體NeoRez R-4000，不僅可以滿足優(yōu)秀的化學和物理耐性，并且在多種汽車內(nèi)飾塑料基材（例如PC、ABS以及PC-ABS合金）上表現(xiàn)出優(yōu)秀的結(jié)合力。 表6 水性脂肪族聚氨酯分散體NeoRez R-4000產(chǎn)品數(shù)據(jù) 表7 NeoRez R-4000測試結(jié)果 通過測試結(jié)果（表7所示），我們發(fā)現(xiàn)NeoRez R-4000可應用于單涂層的清漆或色漆系統(tǒng)，可以根據(jù)終端應用的需求做成單組份配方或配合異氰酸酯固化劑做成雙組份配方。目前使用NeoRez R-4000的汽車內(nèi)飾涂料可通過通用汽車、大眾汽車的性能測試。 除了NeoRez R-4000，還有帝斯曼推出了一系列能夠滿足各類汽車內(nèi)飾涂料用的樹脂，如表8所示： 表8 DSM推出可用于汽車內(nèi)飾涂料的系列樹脂 除了提供能夠滿足汽車內(nèi)飾涂料的系列樹脂，針對家用電器，尤其是電視機與HI-FI設(shè)備，帝斯曼還推出了一支降低了相對于傳統(tǒng)屬性塑料涂料所需溶劑用量的50%的丙烯酸乳液NeoCry A-668。不僅能夠符合日益嚴格的VOC限量標準，還可用于高光黑色涂料和銀色漆，避免發(fā)白起霧的現(xiàn)象。
