水性車底防護膠的制備與性能研究

丁萬慶 張恒超 陳江波 郝昊 孫鳳海

摘要：以水性聚氨酯和水性丙烯酸酯乳液為成膜基料，磷酸鋅為防腐劑，云母為阻尼增強材料，重鈣為主要填料，另加各種功能性助劑，制備了一款環(huán)保型水性車底防護膠。研究了不同乳液、顏填料、分散劑和增稠劑類型對產(chǎn)品性能的影響。結(jié)果表明，該款防護膠具有優(yōu)異的抗石擊性、阻尼性、防腐性、耐水性、環(huán)保性、施工性等性能，未來將成為機車車底防護的必備佳品。

關鍵詞：水性;車底;抗石擊;阻尼;環(huán)保

中圖分類號：TQ436文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2019）00-0057-04

車底防護膠主要應用于汽車底盤、輪罩、后備箱、擋泥板、油箱等部位，不僅能防止車輛在高速行駛過程中受到泥砂、碎石等異物撞擊而造成的不可逆損毀和銹蝕，而且能顯著降低車身振動噪音，延長車輛的使用壽命。市售車底防護膠主要有瀝青系、PVC系、橡膠系、水性高分子系，各類型產(chǎn)品的研究深度不一，但同時具備良好抗石擊、優(yōu)異阻尼、強力防腐等綜合性能的水性車底防護膠卻少有文獻報道。

水性高分子聚合物具有原材料可控，物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定，對日常酸堿腐蝕物質(zhì)有較強的抵抗力，不含有毒和有機溶劑、抗石擊降噪優(yōu)良等特點。其制備的產(chǎn)品在噴涂過程中，可實現(xiàn)毒氣、“三廢”、異味零釋放，有效改善了施工環(huán)境。

本文所述產(chǎn)品以特定水性聚氨酯和水性丙烯酸酯乳液為主體材料，配合多種阻尼材料、防火材料、補強材料、防腐材料制備而成。該型號水性車底防護膠具備優(yōu)異的抗石擊性能、阻尼降噪性能、防腐性能、室溫自干、強力粘接等諸多優(yōu)勢，屬于最新型的綠色環(huán)保車底防護膠。

1實驗部分

1.1水性車底防護膠基礎配方（質(zhì)量百分比）

1.2主要原料

水性聚氨酯乳液，工業(yè)級，中大化學科技公司;防腐劑、分散劑，工業(yè)級，陶氏化學（中國）;消泡劑，工業(yè)級，畢克化學（中國）;色漿，工業(yè)級，東莞天翼塑膠原料;阻燃劑，工業(yè)級，青島聯(lián)美化工;云母，工業(yè)級，靈壽縣福安云母廠;重質(zhì)碳酸鈣（600目），工業(yè)級，廣西桂寶粉體有限公司。

1.3儀器與設備

行星攪拌器，2000L，無錫意凱自動化技術有限公司;自清洗過濾器，150L，上海極生環(huán)保設備有限公司;萬能拉力機，CMT-4204，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司;B&K阻尼儀，TRC-1101，丹麥B&K（中國）有限公司;鹽霧箱，TRA-8604，上海藍豹實驗設備有限公司;

1.4制備工藝

首先將水性乳液、防腐劑、分散劑和消泡劑等稀料投入釜內(nèi)預混10min，開啟分散機，依次加入云母、重質(zhì)碳酸鈣等固體填料，高速分散一定時間，緩慢添加增稠劑，保證體系混合均勻，檢測，過濾包裝。

1.5性能測試

固體份測試：參照GB/T1725-2007;固化時間參照GB/T1728-1989規(guī)定測試;附著力測試：參照GB/T9286-1998;剪切強度：依據(jù)GB/T6328-1999測試;阻尼性能：參照GB/T16406-1996測試;耐水性：依據(jù)GB/T9274-1988測試;耐鹽霧性：按照GB/T1771-2007;45°角燃燒按照TB/T3138-2006執(zhí)行;抗石擊性：參照ASTM D 3170;VOC含量測試：參照GB/T18582-2008。

2結(jié)果與討論

2.1乳液對水性車底防護膠性能的影響

水性乳液作為車底防護膠成膜的基料，決定了產(chǎn)品的關鍵性能。新型車底防護膠的設計要求決定了所需乳液必須具備優(yōu)異阻尼性、良好抗石擊性、強耐候性和優(yōu)良附著力等綜合特點。經(jīng)嚴格篩選，我們最終選擇了水性聚氨酯乳液（PU855）和水性丙烯酸酯乳液（PA8806）兩款乳液作為研究對象。

據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，水性聚氨酯的抗石擊性最為優(yōu)異，水性丙烯酸酯乳液在20℃阻尼系數(shù)最大。兩者的共混乳液在抗石擊性、耐鹽霧性、耐水、熱儲穩(wěn)定性等方面都具有較好的表現(xiàn)，20℃阻尼性能處于兩者之間，表明所選水性聚氨酯和水性丙烯酸酯在該體系中可以達到功能互補的作用。

這主要是由于：（1）乳液的機械共混過程使兩者的乳膠粒分子鏈間出現(xiàn)了半網(wǎng)絡互穿與纏結(jié)，此特殊結(jié)構促進了體系的混合穩(wěn)定性，提高了材料的成膜致密性、機械強度和耐候性。（2）兩支乳液間尚存在一定程度的相分離，可以提高材料的熱穩(wěn)定性。（3）阻尼峰的位置主要受材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的影響，水性丙烯酸酯防護膠的Tg出現(xiàn)在20℃左右，對材料20℃阻尼產(chǎn)生正向作用，水性聚氨酯膠具有的高低溫2個Tg均偏離20℃區(qū)域，這相應會削弱材料的20℃阻尼。

2.2顏填料對水性車底防護膠性能的影響

顏填料是涂料的重要組成部分，它既可以保證涂料的遮蓋力，又可有效提高產(chǎn)品的耐久、耐候性，拓寬產(chǎn)品的阻尼溫域，同時還可以起到填充、補強和降本的作用。如表3顯示，適量增加云母用量可以顯著提高產(chǎn)品的阻尼性能和抗石擊等性能，這主要是由于云母的片狀硅酸鹽結(jié)構，增量后致使體系中乳液分子鏈與填料的摩擦及填料與填料間的摩擦力增大，產(chǎn)品的阻尼降噪功能隨之增強。另外，磷酸鋅作為體系的防銹防腐填料，能與水性樹脂的羧基、羥基等形成高分子絡合物，可以有效抑制水、氧等物質(zhì)的侵蝕。采用的非鹵素阻燃劑可充分賦予產(chǎn)品難燃性的功能，有效的阻止、延緩或終止了火焰的傳播。重鈣具有吸油量低、易分散、性能穩(wěn)定、價格低廉的特點，可很大程度的減低產(chǎn)品成本、提高機械強度和改善體系儲存穩(wěn)定性。

2.3分散劑對水性車底防護膠性能的影響

高聚物型分散劑是最常用的高效分散劑，可直接吸附在顏填料表面，通過靜電效應、空間位阻或者錨定基團來實現(xiàn)黏度和貯存的相對穩(wěn)定。根據(jù)實際需要，我們選擇了3種類型的高聚物分散劑做性能比對。根據(jù)表4的對比結(jié)果，我們最終采用BKTQ308作為本體系的分散劑。

2.4增稠劑對水性車底防護膠性能的影響為了保證產(chǎn)品的施工粘稠度和儲存穩(wěn)定性，增稠劑是水性膠體系必不可少的助劑，同時它與分散劑的搭配也至關重要。

由表5可知，不同類型增稠劑與BKTQ308的搭配對產(chǎn)品的基本物性、儲存特性、施工性和材料成本等各方面的影響差異是比較大的。其中堿溶脹類BKK3020的綜合性能表現(xiàn)比較優(yōu)異，既能提高低剪切黏度的抗沉降性和貯存穩(wěn)定性，也能滿足中高剪切黏度下噴涂施工性的要求，因此本體系使用BKK3020和BKTQ308協(xié)同構建水性車底防護膠的分散增稠體系。

3水性車底防護膠與市售溶劑防護膠的性能對比

本文研究制備的水性車底防護膠與國內(nèi)熱銷的某品牌溶劑型防護膠的性能對比，如表6所示。

據(jù)上表數(shù)據(jù)顯示，與市售溶劑型防護膠相比，水性車底防護膠的抗石擊性、阻尼性、剪切強度、耐鹽霧性、燃燒性、附著力和耐水性等表現(xiàn)優(yōu)異，在產(chǎn)品的VOC、氣味性、安全環(huán)保方面，水性車底防護膠更是具有無可比擬的優(yōu)勢。其固體份高、抗流掛性好，能夠快速達到施工膜厚要求。同時我們也看到，水性膠的室溫固化時間略長，這主要是由于水比一般油性溶劑更難揮發(fā)。但實際應用中，水性車底防護膠是在總裝車間或者售后4S店使用，室溫自干20min后即可不影響車輛正常使用。

4結(jié)語

本項目研究的水性車底防護膠是一款多功能復合的綠色環(huán)保膠粘劑，其抗石擊、阻尼、防腐、耐水、VOC等物性指標均優(yōu)于市售溶劑型車底防護膠。該產(chǎn)品為單組份體系可直接使用無需復配，施工簡單、高效，而且整個過程中沒有異味和有毒物質(zhì)揮發(fā)。目前已成功應用于汽車4S店和各大主機廠，深受顧客青睞;隨著人們環(huán)保意識的增強及對乘車環(huán)境要求的提高，水性車底防護膠將成為機車底盤防護的最佳選擇之一。