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「产学研」应用于聚丙烯塑料的水性复合涂层的制备及性能研究

2018-06-29 22:54 来源: 慧聪涂料网

塑料材料由于其密度小,并具有优异的耐热性、耐候性;良好的耐冲击性以及较好的成型性,目前被广泛应用于汽车行业。在所有塑料品种中,聚丙烯(PP)及改性聚丙烯材料的应用约占到汽车车用塑料的30%以上,PP材料可用于汽车的保险杠、仪表盘、手套箱、门护板、副仪表板、柱护板、座椅护板等部件。

「产学研」应用于聚丙烯塑料的水性复合涂层的制备及性能研究

为了提高聚丙烯材料的装饰性,同时增加材料的保护功能,通常在聚丙烯上喷涂涂料。然而,由于PP材料具有较高的结晶度和较低的表面能,导致涂料在PP基材上附着力较差,目前行业通常采用表面处理的方法来提升涂层附着力,但这些方法工序复杂,并且表面处理的效果不均匀、活化时效短,存在很大的缺陷。另一种有效提升涂料在PP基材的附着力方法是使用PP水(氯化聚丙烯清漆)作为附着力促进层,提升涂层与基材间附着力。目前聚丙烯塑料涂层体系包括底漆层/附着力促进层、色漆层和罩光清漆层,其中底漆层/附着力促进层可以有效提升涂层附着力。然而,以上所述涂层体系主要为溶剂型体系,在涂料制备和施工过程中需使用大量溶剂,对环境造成极大的污染。随着涂料行业环保化的呼声越来越高,开发更为环保的聚丙烯塑料涂料成为该行业面临的巨大挑战之一。其中,水性涂料是涂料环保化的方向之一,国外公司已陆续开发出应用于聚丙烯塑料基材的水性工业涂料产品。国内多家研究机构也在着力开发此类产品。国内市场中在汽车原厂漆领域,PP基材水性漆暂时还未开始量产,主要在推广阶段,而在汽车修补水性PP涂料领域,已有多个厂家使用PP用水性涂料,一般使用水性PP树脂作为附着力促进剂组分,加入涂料中提升附着力。对性能要求稍低的采用单组分水性PP底漆,对性能要求较高的采用双组分水性PP底漆,极大地降低了VOC的排放。然而,该涂层体系中最关键底漆组分的水性树脂技术壁垒较高,严重依赖于进口,导致产品开发进度缓慢。因此,研制一种应用于聚丙烯材料底漆的水性树脂,并开发配套的水性涂层体系,成为PP塑料涂料行业非常迫切的需求。

基于以上背景,本文首先采用丙烯酸酯单体对氯化聚丙烯进行改性,制备得到丙烯酸改性氯化聚丙烯的水性树脂;将所制备的水性树脂作为(成膜)附着力促进树脂,制备水性PP底漆,并制备配套的水性面漆和水性罩光清漆,获得PP塑料涂料成套水性工业涂料解决方案。

1实验部分

1.1实验原料

甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸异冰片酯(IBOMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基环己烷:工业级,韩国SK化学;二丙二醇丁醚(DPnB)、丙二醇甲醚(PM):工业级,陶氏化学;二甲基乙醇胺(DMEA):分析纯;偶氮二异丁腈(AIBN):分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司;去离子水:自制;改性氯化聚丙烯(CPP):工业级,日本东洋纺织,江阴市荣新塑化有限公司提供;水性丙烯酸树脂CTR6014(固含量45%):中海油常州环保涂料有限公司;消泡剂TEGOAirex902W、润湿剂TEGO270,工业级,德固赛迪高;增稠剂RHEOLATE299:工业级,海名斯德谦。水性色浆(灰,CTR-6086)、水性面漆(白,CTW-6090)、双组分水性聚氨酯罩光清漆(CTW-6096)、颜填料及其他涂料助剂:工业级,中海油常州环保涂料有限公司。PP塑料基材采用江阴市荣新塑化有限公司提供的标准PP板材。

1.2丙烯酸改性水性氯化聚丙烯树脂的制备

在装有滴液漏斗、温度计、冷凝器和搅拌装置的烧瓶中,加入计量的CPP和适量溶剂,缓慢升温至80~90℃逐步溶解,继续升温至90~100℃,然后使用滴液漏斗滴加计量的单体和引发剂的混合物,3h内滴完,滴加结束后,在90~100℃下保温4h。加入DMEA中和,加入去离子水,得到丙烯酸改性水性氯化聚丙烯树脂。根据功能丙烯酸酯单体种类不同,分别记为A-CPP-1和A-CPP-2。制备树脂的参考配方见表1。

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