隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，消費者對汽車外觀的要求日益提高，尤其是對漆面的光澤度、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)時間和能源消耗，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升；多層涂裝過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，難以實現(xiàn)與原漆面完全一致的效果，增加了維修難度和成本。

水性單涂層實色漆材料主要由丙烯酸樹脂與三聚氰胺組成，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，即完成整個涂裝過程，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CYCAT 4045的加入會影響原漆的儲存，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%；過硫酸銨的添加量為乳化液的0.2wt%。

改性氨基樹脂的制備方法為：以無水乙醇為介質(zhì)，按質(zhì)量比1:4，將雙醛木質(zhì)素與氨基樹脂混合，添加三乙烯二胺為催化劑，通過乙酸調(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，得改性氨基樹脂；其中，三乙烯二胺的添加量為氨基樹脂的0.6~1.2wt%。

氨基樹脂為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，氮氣氛圍下，加入二月桂酸二丁基錫，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樹脂色漿；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、改性氨基樹脂、水性封閉型異氰酸酯、溶劑A、溶劑B、溶劑C、基材潤濕劑、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脂在高溫烘烤條件下能夠交聯(lián)形成氨基甲酸酯鍵，通過氫鍵網(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、通過雙醛木質(zhì)素對氨基樹脂進(jìn)行改性，一方面，氨基樹脂中的-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，改善漆面流掛問題；引入氨基封端聚醚-聚硅氧烷，硅氧烷鏈段通過氨基與殘余-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，避免面漆儲存期分層；疏水性鏈段聚硅氧烷能夠在涂膜固化時遷移至面漆表面，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(潤濕)的關(guān)鍵。在涂料的制造和涂裝中，潤濕或自發(fā)展布是非常必要的條件，如在顏料分散中，漆料對顏料表面的潤濕;涂裝中涂料對底材的潤濕;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、表面張力對漆膜性能的影響

1、表面張力對濕膜流平的影響當(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?因為平整的表面有最小的表面積,即最小的表面能。濕膜的流平過程就是濕膜表面表面張力的均化過程。均化過程可受到濕膜厚度、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力，余者都是對流平的制約。含有表面活性物質(zhì)的涂料，在濕膜剛形成時，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)所需時間,就會延長流平時間,因為流平是要在有足夠流動性前提下才能達(dá)到的。在溶劑揮發(fā)過程中，濕膜較厚處會有較高的溶劑含量，因而比較薄處容易產(chǎn)生上下的對流，以均化其所含物質(zhì)。

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

在接近后，聚合物分子在運動中又會以合適的構(gòu)象使之更接近，甚至穿過界面而相互作用。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)到相對的“一致”。