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摘要：水性聚氨酯是以水为溶剂的，具有环保、成本低、安全可靠等优点，在众多领域中得到广泛应用。本文对水性聚氨酯在汽车涂料中的应用展开研究，自制得到高光泽水性聚氨酯，分析其对汽车涂料的影响。
关键词：水性聚氨酯；汽车涂料；应用
前言
随着我国社会经济的快速发展，汽车需求量日益增加，汽车工业取得了迅猛的发展，同时也为我国的汽车涂料产业提供了巨大的发展机遇。而水性聚氨酯相对于有机溶剂型的聚氨酯，具有成本低、环保可靠、粘合效果好等优点，在涂料行业中具有良好的应用价值。基于此，笔者进行了相关介绍。
1.实验部分
1.1 实验原材料
聚酯合成原料：间苯二甲酸，进口；1，6-己二酸，国产；1，6-己二醇，国产；1，4-环己烷二甲醇，进口；三羟甲基丙烷，进口；二丁基氧化锡，国产。
聚氨酯合成原料：自制聚酯多元醇（羟值105～122mg KOH/g）；异佛尔酮二异氰酸酯，进口；六亚甲基二异氰酸酯，进口；1，4-丁二醇，进口；二羟甲基丙酸，进口；N，N’-二甲基乙醇胺，国产；二月桂酸二丁基锡，国产。
1.2 合成部分
1.2.1 聚酯多元醇的合成
在配有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管、分水器、蒸馏柱、氮气进出口的反应瓶中，按顺序依次加入间苯二甲酸、1，6-己二酸、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷及少量甲苯溶剂，加热溶解，随后加入适量的催化剂二丁基氧化锡。当温度达到110 ℃后，以10 ℃/h进行升温，最终温度维持在210～220 ℃。随后多次取样测量酸值，当酸值小于3时即为反应终点。对反应进行降温，脱除溶剂，最终获得无溶剂聚酯多元醇，见图1。
1.2.2 高光泽水性聚氨酯的合成
在配有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管、氮气进出口的反应瓶中，先加入自制聚酯多元醇，在120 ℃下真空脱水2 h。将物料降温至50～60 ℃，滴加异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯，再加入1，4-丁二醇、二羟甲基丙酸搅拌均匀，加入适量的丙酮降低黏度。随后加入适量的催化剂二月桂酸二丁基锡，在80～85 ℃反应数小时，直至—NCO含量达到设定值（二正丁胺滴定法测定），降温至50 ℃后加入N，N’-二甲基乙醇胺，搅拌30～60 min，最后在高速剪切条件下将去离子水加入反应瓶内进行分散，获得的水性聚氨酯在50 ℃减压蒸馏下脱除丙酮溶剂，最终获得无溶剂水性聚氨酯，合成过程见图2。
1.3 涂料配方及工艺
1.3.1 涂料配方
水性高光中涂漆配方见表1。
1.3.2 制漆工艺
将表1中的原材料按顺序在高速搅拌下混合均匀，加适量的去离子水进行黏度调节，400目绢布过滤后进行样板制备。
1.4 树脂技术指标
高光泽水性聚氨酯基本性能见表2。
2.结果与讨论
2.1 聚酯多元醇对涂膜性能的影响
高分子量的聚酯制得的水性聚氨酯通过其空间位阻的影响，使颜料间杜绝了絮凝现象的发生，并且树脂对颜料提供同种电荷，使得带有相同电荷的颜料间发生排斥现象，避免出现絮凝现象，从而获得了高光泽的汽车涂膜。通过调整聚酯配方，制得不同黏度的聚酯多元醇。使用不同黏度的聚酯多元醇制备多款水性聚氨酯。实验结果表明，使用高分子量聚酯多元醇制得的水性聚氨酯对颜料具有较好的润湿性，使得颜料能够在涂料中分散得更均匀，从而使得涂膜表现出较高的光泽度。将上述制备的水性聚氨酯进行制板测试，考察不同聚氨酯对涂膜光泽度的影响。实验结果表明，使用不同黏度的聚酯多元醇制得的水性聚氨酯，喷板后样板的光泽度有较大差别。黏度高的聚酯多元醇制得的聚氨酯，配漆后光泽度（60°）从62%提高到93%，对涂膜的光泽有较大幅度的提高，并且耐冲击强度也有所增强。测试结果见表3（样板见图3）。
2.2 红外光谱测试
通过红外光谱仪对合成的水性聚氨酯进行测试，如图4所示。图中2 925 cm-1和2 885 cm-1为甲基、亚甲基伸缩振动吸收峰，图中2 261 cm-1为异氰酸酯基团（—NCO）特征吸收峰，图中1 735 cm-1为酯基和酮羰基特征吸收峰，1 525 cm-1为N—H振动吸收峰，1 485 cm-1、1 452 cm-1为甲基、亚甲基面内弯曲振动吸收峰，1 162cm-1为C—O—C振动吸收峰。这3个红外谱图为不同反应时间取样测试结果，实验结果表明随着反应时间的延长，异氰酸酯（—NCO）基团在2 261 cm-1处的特征吸收峰逐渐变小，当该处特征吸收峰消失时即为反应终点。
2.3 亲水单体含量对粒径的影响
本实验使用的亲水单体为二羟甲基丙酸（DMPA），其含量的多少对水性聚氨酯分散体的稳定性及涂膜性能有较大影响。随着亲水单体DMPA含量增加，溶液的外观从乳白色非透明逐渐变成微蓝光透明，粒径逐渐变小，会使涂膜的耐水性下降。因此，要保持树脂亲水性及涂膜耐水性的平衡，最终亲水单体DMPA含量在5%较为适宜。测试结果见表4。
3.结语
综上所述，当前环境保护是热点话题，汽车涂料也朝着环保节能的方向发展，而水性聚氨酯能够减少污染、提高整车外观效果，得到了广泛的应用。本文采用自制聚酯多元醇合成水性聚氨酯，提出了水性聚氨酯获得良好外观及性能的条件，对水性聚氨酯在汽车涂料中的应用具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]孟晓捷.水性聚氨酯在汽车涂料上的应用与最新进展研究[J].科技经济导刊，2017（16）：115.
[2]朱俊，肖九梅.優势突显的水性聚氨酯涂料绿动未来[J].环球聚氨酯，2016（07）：68-74.
[3]彭健根，张美洲，王尚，李德富，林炜，穆畅道.Fe～（3+）掺杂纳米TiO_2改性水性聚氨酯的制备及性能研究[J].皮革科学与工程，2016，26（01）：15-21.
关键词：水性聚氨酯；汽车涂料；应用
前言
随着我国社会经济的快速发展，汽车需求量日益增加，汽车工业取得了迅猛的发展，同时也为我国的汽车涂料产业提供了巨大的发展机遇。而水性聚氨酯相对于有机溶剂型的聚氨酯，具有成本低、环保可靠、粘合效果好等优点，在涂料行业中具有良好的应用价值。基于此，笔者进行了相关介绍。
1.实验部分
1.1 实验原材料
聚酯合成原料：间苯二甲酸，进口；1，6-己二酸，国产；1，6-己二醇，国产；1，4-环己烷二甲醇，进口；三羟甲基丙烷，进口；二丁基氧化锡，国产。
聚氨酯合成原料：自制聚酯多元醇（羟值105～122mg KOH/g）；异佛尔酮二异氰酸酯，进口；六亚甲基二异氰酸酯，进口；1，4-丁二醇，进口；二羟甲基丙酸，进口；N，N’-二甲基乙醇胺，国产；二月桂酸二丁基锡，国产。
1.2 合成部分
1.2.1 聚酯多元醇的合成
在配有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管、分水器、蒸馏柱、氮气进出口的反应瓶中，按顺序依次加入间苯二甲酸、1，6-己二酸、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷及少量甲苯溶剂，加热溶解，随后加入适量的催化剂二丁基氧化锡。当温度达到110 ℃后，以10 ℃/h进行升温，最终温度维持在210～220 ℃。随后多次取样测量酸值，当酸值小于3时即为反应终点。对反应进行降温，脱除溶剂，最终获得无溶剂聚酯多元醇，见图1。
1.2.2 高光泽水性聚氨酯的合成
在配有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管、氮气进出口的反应瓶中，先加入自制聚酯多元醇，在120 ℃下真空脱水2 h。将物料降温至50～60 ℃，滴加异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯，再加入1，4-丁二醇、二羟甲基丙酸搅拌均匀，加入适量的丙酮降低黏度。随后加入适量的催化剂二月桂酸二丁基锡，在80～85 ℃反应数小时，直至—NCO含量达到设定值（二正丁胺滴定法测定），降温至50 ℃后加入N，N’-二甲基乙醇胺，搅拌30～60 min，最后在高速剪切条件下将去离子水加入反应瓶内进行分散，获得的水性聚氨酯在50 ℃减压蒸馏下脱除丙酮溶剂，最终获得无溶剂水性聚氨酯，合成过程见图2。
1.3 涂料配方及工艺
1.3.1 涂料配方
水性高光中涂漆配方见表1。
1.3.2 制漆工艺
将表1中的原材料按顺序在高速搅拌下混合均匀，加适量的去离子水进行黏度调节，400目绢布过滤后进行样板制备。
1.4 树脂技术指标
高光泽水性聚氨酯基本性能见表2。
2.结果与讨论
2.1 聚酯多元醇对涂膜性能的影响
高分子量的聚酯制得的水性聚氨酯通过其空间位阻的影响，使颜料间杜绝了絮凝现象的发生，并且树脂对颜料提供同种电荷，使得带有相同电荷的颜料间发生排斥现象，避免出现絮凝现象，从而获得了高光泽的汽车涂膜。通过调整聚酯配方，制得不同黏度的聚酯多元醇。使用不同黏度的聚酯多元醇制备多款水性聚氨酯。实验结果表明，使用高分子量聚酯多元醇制得的水性聚氨酯对颜料具有较好的润湿性，使得颜料能够在涂料中分散得更均匀，从而使得涂膜表现出较高的光泽度。将上述制备的水性聚氨酯进行制板测试，考察不同聚氨酯对涂膜光泽度的影响。实验结果表明，使用不同黏度的聚酯多元醇制得的水性聚氨酯，喷板后样板的光泽度有较大差别。黏度高的聚酯多元醇制得的聚氨酯，配漆后光泽度（60°）从62%提高到93%，对涂膜的光泽有较大幅度的提高，并且耐冲击强度也有所增强。测试结果见表3（样板见图3）。
2.2 红外光谱测试
通过红外光谱仪对合成的水性聚氨酯进行测试，如图4所示。图中2 925 cm-1和2 885 cm-1为甲基、亚甲基伸缩振动吸收峰，图中2 261 cm-1为异氰酸酯基团（—NCO）特征吸收峰，图中1 735 cm-1为酯基和酮羰基特征吸收峰，1 525 cm-1为N—H振动吸收峰，1 485 cm-1、1 452 cm-1为甲基、亚甲基面内弯曲振动吸收峰，1 162cm-1为C—O—C振动吸收峰。这3个红外谱图为不同反应时间取样测试结果，实验结果表明随着反应时间的延长，异氰酸酯（—NCO）基团在2 261 cm-1处的特征吸收峰逐渐变小，当该处特征吸收峰消失时即为反应终点。
2.3 亲水单体含量对粒径的影响
本实验使用的亲水单体为二羟甲基丙酸（DMPA），其含量的多少对水性聚氨酯分散体的稳定性及涂膜性能有较大影响。随着亲水单体DMPA含量增加，溶液的外观从乳白色非透明逐渐变成微蓝光透明，粒径逐渐变小，会使涂膜的耐水性下降。因此，要保持树脂亲水性及涂膜耐水性的平衡，最终亲水单体DMPA含量在5%较为适宜。测试结果见表4。
3.结语
综上所述，当前环境保护是热点话题，汽车涂料也朝着环保节能的方向发展，而水性聚氨酯能够减少污染、提高整车外观效果，得到了广泛的应用。本文采用自制聚酯多元醇合成水性聚氨酯，提出了水性聚氨酯获得良好外观及性能的条件，对水性聚氨酯在汽车涂料中的应用具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]孟晓捷.水性聚氨酯在汽车涂料上的应用与最新进展研究[J].科技经济导刊，2017（16）：115.
[2]朱俊，肖九梅.優势突显的水性聚氨酯涂料绿动未来[J].环球聚氨酯，2016（07）：68-74.
[3]彭健根，张美洲，王尚，李德富，林炜，穆畅道.Fe～（3+）掺杂纳米TiO_2改性水性聚氨酯的制备及性能研究[J].皮革科学与工程，2016，26（01）：15-21.