隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車外觀的要求日益提高，尤其是對(duì)漆面的光澤度、色彩飽滿度、耐候性以及環(huán)保性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的汽車涂裝工藝通常包括底漆、色漆和罩光清漆三層結(jié)構(gòu)，其中罩光清漆的主要作用是提高漆面的光澤度和耐候性。然而，這種多層涂裝工藝存在以下技術(shù)問(wèn)題：傳統(tǒng)涂裝工藝需要多次噴涂和烘烤，工藝復(fù)雜，且增加了生產(chǎn)時(shí)間和能源消耗，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升；多層涂裝過(guò)程中使用的溶劑和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放量較大，對(duì)環(huán)境造成污染，環(huán)保性能差，不符合日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求。除此之外，傳統(tǒng)多層涂裝在局部修補(bǔ)時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)與原漆面完全一致的效果，增加了維修難度和成本。

水性單涂層實(shí)色漆材料主要由丙烯酸樹(shù)脂與三聚氰胺組成，可以顯著提高涂膜的硬度、耐磨性、耐溶劑性等性能，具有良好的抗起泡性和流掛性，施工窗口較寬，且VOC排放極低。更重要的是，汽車單涂層實(shí)色漆材料在傳統(tǒng)的工藝基礎(chǔ)上取消了清漆噴涂、色漆閃干、清漆流平等涂裝工藝，在閃干、預(yù)烘、烘干等流程完成后，即完成整個(gè)涂裝過(guò)程，大大提高生產(chǎn)節(jié)拍，降低能源消耗，設(shè)備投資低，生產(chǎn)成本低、節(jié)奏快、效益高。但其受配方設(shè)計(jì)及施工工藝等因素影響，單涂層面漆很容易出現(xiàn)流掛、橘皮等不良外觀表現(xiàn)，在耐酸堿水解性方面與溶劑型面漆相比也還有一定的差距。

專利CN114213916B提供了一種汽車免罩光水性素色面漆的制備方法，其光澤、耐水、耐候性方面均表現(xiàn)良好，但是在色漿研磨部分添加了主樹(shù)脂丙烯酸分散體9160進(jìn)行研磨，進(jìn)一步限制了該色漿的普適性；酸堿環(huán)境下均發(fā)生了輕微變色和失光現(xiàn)象，這是由于催干劑CYCAT 4045的加入影響較大；同時(shí)CYCAT 4045的加入會(huì)影響原漆的儲(chǔ)存，導(dǎo)致原漆有效期縮短。

免罩光水性素色面漆配方

水性羥基丙烯酸酯分散體：40~50份；改性氨基樹(shù)脂：8-10份；水性封閉型異氰酸酯：2~4份；溶劑A：3~4份；溶劑B：0.5~1份；溶劑C：1~3份；基材潤(rùn)濕劑：0.5~1份；聚氨酯增稠劑：0.5~2份；水性色漿：25~28份；pH調(diào)節(jié)劑：0.2~0.8份；去離子水：6~10份。

水性羥基丙烯酸酯分散體的制備方法為：將甲基丙烯酸三甲氧基硅羥丙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯與全氟壬烯氧基苯磺酸鈉混合，加入去離子水作為分散介質(zhì)，高速剪切后得乳化液；向乳化液中加入過(guò)硫酸銨作為熱引發(fā)劑，反應(yīng)完畢后，加入二甲基乙醇胺調(diào)節(jié)體系酸堿度至中性，過(guò)濾后蒸發(fā)干燥，得水性羥基丙烯酸酯分散體。

甲基丙烯酸三甲氧基硅羥丙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯的質(zhì)量比為1:3:2；全氟壬烯氧基苯磺酸鈉的添加量為甲基丙烯酸三甲氧基硅羥丙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯總質(zhì)量的0.5~0.8wt%；過(guò)硫酸銨的添加量為乳化液的0.2wt%。

改性氨基樹(shù)脂的制備方法為：以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，按質(zhì)量比1:4，將雙醛木質(zhì)素與氨基樹(shù)脂混合，添加三乙烯二胺為催化劑，通過(guò)乙酸調(diào)節(jié)pH至2~5，以5℃/min的升溫速率，由60℃升溫至80℃，保溫2h，經(jīng)離心干燥后，得改性氨基樹(shù)脂；其中，三乙烯二胺的添加量為氨基樹(shù)脂的0.6~1.2wt%。

氨基樹(shù)脂為CYMEL 325:CYMEL 303=5~7:1；所述雙醛木質(zhì)素的制備方法為：按摩爾比2:1，將1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽與硫酸鹽木質(zhì)素混合，于無(wú)水乙醇中90℃恒溫、200W超聲解聚，解聚完成后進(jìn)行離心洗滌干燥，得到解聚硫酸鹽木質(zhì)素；按摩爾比為1:0.05:1.2，將解聚硫酸鹽木質(zhì)素與醛脫氫酶、甲酸脫氫酶混合，在pH為6.8的磷酸鹽緩沖體系下，45℃恒溫水浴耦合40kHz超聲處理3h，過(guò)濾后進(jìn)行洗滌干燥，得到雙醛木質(zhì)素。

水性封閉型異氰酸酯的制備方法為：向星型異氰酸酯預(yù)聚體中加入甲乙酮肟，60℃反應(yīng)1.5h，保溫30min，加入氨基封端聚醚-聚硅氧烷，65℃下反應(yīng)1h，按照質(zhì)量比1:30，將所得產(chǎn)物緩慢加入到0.5wt%的十二烷基苯磺酸鈉溶液中，高速剪切乳化20min后，添加納米纖維素晶體，超聲分散30min后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得水性封閉型異氰酸酯；其中，甲乙酮肟及納米纖維素晶體的添加量分別為星型異氰酸酯預(yù)聚體的1wt%、0.5wt%。

星型異氰酸酯預(yù)聚體的制備方法為：按摩爾比1:6~10，將三羥甲基丙烷與異佛爾酮二異氰酸酯加入干燥反應(yīng)釜中，氮?dú)夥諊拢尤攵鹿鹚岫』a，75℃下低速攪拌3~5h，得星型異氰酸酯預(yù)聚體；其中，所述二月桂酸二丁基錫的添加量為異佛爾酮二異氰酸酯的0.05wt%；所述星型異氰酸酯預(yù)聚體黏度為2000~2500 mPa·s。

溶劑A為二乙二醇丁醚、乙二醇己醚、二丙二醇丁醚中的任意一種或多種；所述溶劑B為正丁醇；所述溶劑C為乙醇或異丙醇溶液中的任意一種或多種；所述基材潤(rùn)濕劑為TEGO Twin 4100；所述聚氨酯增稠劑為XS-83；所述色漿為水性通用無(wú)樹(shù)脂色漿；所述pH調(diào)節(jié)劑為DMEA。

氨基封端聚醚-聚硅氧烷的制備方法為：按摩爾比1:1，將環(huán)氧基封端聚硅氧烷與氨基封端聚醚胺混合，按照質(zhì)量比1:60，加入30wt%的異丙醇溶液作為溶劑，攪拌均勻后，80℃反應(yīng)5h，經(jīng)減壓蒸餾去除異丙醇溶液后，得氨基封端聚醚-聚硅氧烷。

免罩光水性素色面漆的制備方法，包括以下步驟：

依次向反應(yīng)容器中加入水性羥基丙烯酸酯分散體、改性氨基樹(shù)脂、水性封閉型異氰酸酯、溶劑A、溶劑B、溶劑C、基材潤(rùn)濕劑、聚氨酯增稠劑、水性色漿、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水，600~800rpm下攪拌30min，混合均勻后進(jìn)行過(guò)濾，即得免罩光水性素色面漆。

應(yīng)用效果

1、水性封閉型異氰酸酯與羥基型水性丙烯酸樹(shù)脂在高溫烘烤條件下能夠交聯(lián)形成氨基甲酸酯鍵，通過(guò)氫鍵網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)效應(yīng)，氨基甲酸酯鍵中的N-H和C=O基團(tuán)形成三維氫鍵網(wǎng)絡(luò)，提高聚合物分子間的交聯(lián)鍵能，強(qiáng)化聚合物材料機(jī)械性能以及耐化學(xué)性，降低流掛現(xiàn)象的發(fā)生，使得漆膜理化性能明顯提升。

2、通過(guò)雙醛木質(zhì)素對(duì)氨基樹(shù)脂進(jìn)行改性，一方面，氨基樹(shù)脂中的-CH3OCH3基團(tuán)醇化后的羥甲基可與雙醛木質(zhì)素聚合鏈上的醛基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而消去氨基樹(shù)脂中殘留的親水基團(tuán)羥甲基，提高免罩光水性素色面漆耐水性；另一方面，木質(zhì)素中的醛基（-CHO）與氨基樹(shù)脂中的伯胺（-NH2）、仲胺（-NH-）能夠發(fā)生縮合反應(yīng)，形成可逆亞胺鍵（C=N），提升氨基樹(shù)脂的解離鍵能，進(jìn)一步提高免罩光水性素色面漆抗酸堿水解能力。

3、水性封閉型異氰酸酯的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠提高封閉型異氰酸酯支化度，提升低剪切黏度，抵抗垂直面流動(dòng)，改善漆面流掛問(wèn)題；引入氨基封端聚醚-聚硅氧烷，硅氧烷鏈段通過(guò)氨基與殘余-NCO反應(yīng)接枝到預(yù)聚體上，親水性聚醚鏈段賦予聚合物分子水分散性，避免面漆儲(chǔ)存期分層；疏水性鏈段聚硅氧烷能夠在涂膜固化時(shí)遷移至面漆表面，降低面漆表面張力，減少橘皮現(xiàn)象。

4、全氟壬烯氧基苯磺酸鈉兼具乳化與表面修飾功能，能夠降低羥基型水性丙烯酸樹(shù)脂的表面張力，改善面漆的流平性，提升涂膜的光滑度和外觀質(zhì)量。

知識(shí)延伸：

一、什么是漆膜的表面張力

表面張力是液體能否在固體表面上自發(fā)展布(潤(rùn)濕)的關(guān)鍵。在涂料的制造和涂裝中，潤(rùn)濕或自發(fā)展布是非常必要的條件，如在顏料分散中，漆料對(duì)顏料表面的潤(rùn)濕;涂裝中涂料對(duì)底材的潤(rùn)濕;濕膜表面的流平等都與表面張力相關(guān)。因此表面張力是影響涂料質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

二、表面張力對(duì)漆膜性能的影響

1、表面張力對(duì)濕膜流平的影響當(dāng)乳膠漆施工于底材上，剛形成的濕膜是不平整的，有刷痕、接痕等。依靠乳膠漆的表面張力使?jié)衲け砻媪髌?因?yàn)槠秸谋砻嬗凶钚〉谋砻娣e,即最小的表面能。濕膜的流平過(guò)程就是濕膜表面表面張力的均化過(guò)程。均化過(guò)程可受到濕膜厚度、溶劑揮發(fā)、表面張力差和黏度的影響。表面張力差是流平的動(dòng)力，余者都是對(duì)流平的制約。含有表面活性物質(zhì)的涂料，在濕膜剛形成時(shí)，由于表面積突然成倍擴(kuò)大，所以表面張力高于平衡態(tài)。如果達(dá)到平衡態(tài)所需時(shí)間,就會(huì)延長(zhǎng)流平時(shí)間,因?yàn)榱髌绞且谟凶銐蛄鲃?dòng)性前提下才能達(dá)到的。在溶劑揮發(fā)過(guò)程中，濕膜較厚處會(huì)有較高的溶劑含量，因而比較薄處容易產(chǎn)生上下的對(duì)流，以均化其所含物質(zhì)。

區(qū)間的上下對(duì)流，引起了表層區(qū)間的濃度差，即表面張力差，從而引起了濕膜的表層流動(dòng)。如濕膜因溶劑的不斷揮發(fā)而失去了有效的流動(dòng)性時(shí)，而表層尚未能使表面張力均化，即尚在繼續(xù)流動(dòng)中，那么這表層流動(dòng)和上下對(duì)流就被“凍結(jié)”而成為表面缺陷。2、表面張力對(duì)涂膜附著力的影響涂膜對(duì)底材的附著力主要的、普遍存在的是范德華力。可明顯察覺(jué)的范德力是在極小的間距內(nèi)(<0.5mm)，所以乳膠漆對(duì)底材沒(méi)有良好的潤(rùn)濕是不可能進(jìn)入有效距離的,也就不可能有良好的附著力。因而涂膜對(duì)底材的附著必須先潤(rùn)濕底材，使二者建立一個(gè)界面，相互接近。

在接近后，聚合物分子在運(yùn)動(dòng)中又會(huì)以合適的構(gòu)象使之更接近，甚至穿過(guò)界面而相互作用。高分子底材上還可能擴(kuò)散到底材中而形成擴(kuò)散界面區(qū)，在界面區(qū)中，乳膠漆與底材二者的聚合物鏈相互混雜而達(dá)到更好的附著。同時(shí)固體表面與所處環(huán)境中的物質(zhì)相互作用而改變了底材的性質(zhì)。所以為得到良好的附著必須先進(jìn)行表面預(yù)處理，使表面性質(zhì)達(dá)到相對(duì)的“一致”。