丙烯酸树脂在客车涂装材料中的应用

许君栋夏范武

摘要：介绍了丙烯酸树脂及丙烯酸树脂在客车涂装材料中的应用。

关键词：丙烯酸树脂；聚氨酯；客车涂装材料

0 前言

进入二十一世纪，我国经济得到了迅猛的发展。经济要繁荣，离不开交通运输，离不开公路建设。截至到2005年底，全国公路总里程达到192万公里。从2000年到2005年，中国累计完成公路建设投资19505亿元。2005年我国新增公路里程4.9万公里；其中，高速公路6700公里。目前我国共有18个省市高速公路通车里程超过1000公里。十一五”期间，我国公路建设的重点是国道主干线、国家重点公路、路网改造、农村公路及客货运枢纽。目前，交通部已经确定了国家重点公路建设规划的１３纵、１５横，共２８条路，规划总里程7.1万公里。我国的公路建设特别是高等级公路建设正处于高速发展时期， 1988年10月31日，上海至嘉定18.5公里高速公路建成通车，使中国大陆有了高速公路。此后17年间，我国高速公路建设突飞猛进：1999年突破1万公里，跃居世界第四位；2000年达到1.6万公里，跃居世界第三；2001年达到1.9万公里，跃居世界第二；2004年8月底突破了3万公里。公路运输简便、灵活，公路运输已成为主要的运输方式。

公路建设的飞速发展，刺激了汽车的需求。2006年，我国汽车全年累计生产727.97万辆，同比增长27.32%，成为国际汽车发展史上第三个产量达到700万辆级的国家；销售达到721.60万辆，同比增长25.13%，超过日本，成为当前世界第二大汽车消费国。其中客车生产19.53万辆，同比增长10.45%，销售19.10万辆，同比增长6.94%。

我国轿车工业的发展以引进技术为主，而客车工业发展主要是依靠自己的力量，客车的涂装也是如此，二十世纪八十年代以前多数采用硝基和过氯乙烯磁漆，漆膜外观较差，并且耐久性很差，一般一年不到就失光和变色严重。九十年代以后面漆开始采用双组分丙烯酸聚氨酯涂料，外观和耐久性有了明显提高，二十一世纪后客车涂装的要求越来越严格，但丙烯酸树脂由于其特有的性能一直是客车涂装材料的首选。本文主要就丙烯酸树脂在中大型（长度8米以上）客车涂装中的使用作些介绍。

1 丙烯酸树脂

丙烯酸树脂是指用丙烯酸、甲基丙烯酸的酯类或其他衍生物均聚或共聚制得的合成树脂。也包括用乙烯基单体改性的树脂。

1.1 丙烯酸树脂的特性

丙烯酸树脂对光的主吸收峰在太阳光谱范围之外，因此作为涂料成膜物质具有以下特性：

1）色浅、水白、透明；

2）耐光、耐候性佳、保光保色性好；

3）耐热、耐过热烘烤；

4）耐腐蚀、耐化学品的沾污；

5）通过变换单体品种、调整分子量和交联体系等，可制成多种不同性能和用途的树脂。

1.2 丙烯酸树脂的类型

涂料用丙烯酸树脂主要是共聚型树脂。依据所配制的涂料的类型分为：溶剂型涂料用、液态无溶剂涂料用、水性涂料用（水溶性树脂和水分散型乳胶）和粉末涂料用等四大类（见表一）

表一丙烯酸树脂分类

树脂类型	树脂名称	涂料成膜方式
溶剂型涂料用	热塑性丙烯酸树脂热固性丙烯酸树脂非水分散型丙烯酸树脂	挥发干燥烘烤交联（或常温交联）烘烤交联
水性涂料用	水分散型乳胶（乳液）水可稀释性丙烯酸树脂	挥发自干烘烤交联
液态无溶剂涂料用	辐射固化（光或电子束）丙烯酸树脂	光或电子束固化
粉末涂料用	羟基丙烯酸树脂、羧基丙烯酸树脂等	烘烤交联

2 客车涂装材料

客车作为户外交通工具，有其特殊的使用条件，另外，随着近年来客车工业的飞速发展，客车的生产量越来越大，这就使客车的涂装工艺完全转向高速率和现代化的流水作业。

2.1 客车涂装材料特性

根据这些特点，要求客车涂装材料具有下列特性：

（1）漂亮的外观。要求漆膜丰满，光泽华丽柔和，鲜映性好，色彩多种多样并符合潮流。现在客车上多使用金属闪光涂料和含有云母珠光颜料的涂料，使其外观看上去更加赏心悦目，给人以美感。

（2）极好的耐候性耐腐蚀性，要求适用于各种温度、曝晒及风雨侵蚀，在各种气候条件下保持不起泡、不开裂、不脱落、不粉化、不锈蚀。要求漆膜的使用寿命不低于汽车本身的寿命，一般为大于5年。

（3）极好的施工性和配套性。汽车漆一般系多层涂装，因靠单层涂装一般达不到良好的性能，所以要求各涂层之间附着力好，无缺陷。并要求涂料本身性能适应汽车工业现代化的涂装流水线。

（4）极好的机械性能。适应汽车的高速、多震和应变，要求漆膜附着力好、坚硬柔韧，耐冲击、耐弯曲、耐划伤、耐摩擦等性能优越。

（5）极好的耐擦洗性和耐污性。要求耐毛刷、肥皂、清洗剂清洗，与其他常见的污渍接触后不留痕迹。

（6）良好的可修补性。

2.2 客车涂装材料的发展

为满足不同层次的客车，适应车身材质多样性的涂装，客车涂料的应用研发速度加快。本世纪初客车市场规模和环保法的实施，重点突出环保型汽车涂料发展和减少有害气体的排放及节能措施。21世纪被称为面向环境的新世纪，环境保护受全球关注。在环境法规严格的欧美国家，客车涂装较早开发低VOC（挥发性有机化合物）的涂料水性化及涂装设备，且已在生产线上成功运用，并着手研究新的涂料应用。水性涂料在德国、日本已达到喷涂应用水平。在客车零部件上粉末涂料已有应用，但还面对涂层薄膜化等问题。双组分高固体份低温固化涂料包括底漆、中涂、面漆，在各种客车,尤其是高档豪华客车方面的应用十分广泛。磷化底漆、环氧底漆的采用，可以满足各种材质的防腐及附着力要求；采用聚氨酯中涂、环氧中涂可以满足填充打磨。采用丙烯酸、聚氨酯面漆达到良好的抗紫外线、抗老化及鲜艳度。国内高温涂料较多应用在中型以下客车的涂装，实现电泳和机械化涂装。

2.3 客车涂装材料的主要类型
（1）按涂装对象的不同，客车涂装材料可分为： ①新车原装涂料； ②客车修补漆。
（2）按在客车上的涂层由下至上分类：

①客车用底漆；

②客车用腻子；

③客车用中间层涂料，即中涂；

④客车用底色漆（包括实色底漆和金属闪光底漆）；

⑤客车用面漆，一般指实色面漆，不需要罩光；

⑥客车用罩光清漆；

⑦客车修补漆。
（3）按涂料涂装方式分类：

①汽车用液体喷漆；

②汽车用粉末涂料；

③汽车用特种涂料如PVC密封涂料；

④涂装后处理材料（防锈蜡、保护蜡等）。

（4）按在客车上的使用部位分类：

①客车车身用涂料；

②客车保险杠用涂料；

③车轮、车架等部件用的耐腐蚀涂料；

④发动机部件用涂料；

⑤底盘用涂料；

⑥车内装饰用涂料。

2.4 客车用底漆

客车用底漆就是直接涂装在经过表面处理的车身或部件表面上的第一道涂料，它是整个涂层的开始。
2.4.1 底漆特性

1、底漆与底材应有良好的附着力，

2、与上面的中涂或面漆具有良好配套性，

3、具备良好的防腐性、防锈性、耐油性、耐化学品性和耐水性，

4、具有合适的硬度和抗石击性等机械性能。

2.4.2 底漆种类

随着汽车工业的快速发展，对汽车底漆的要求也越来越高。20世纪50年代，汽车还是喷涂硝基底漆或环氧树脂底漆，然后逐步发展到溶剂型浸涂底漆、水性浸涂底漆、阳极电泳底漆、阴极电泳底漆。目前比较高档的汽车尤其是轿车一般采用阴极电泳底漆，阴极电泳底漆经过20多年的发展，同时也经过引进先进技术和工艺，现在已经能很好地满足底漆所要求的各项机械性能、与其他涂层的配套性尤其是现代的流水线涂装工艺，目前轿车用底漆几乎已全部使用阴极电泳底漆。客车车架、底盘一般采用水性浸涂底漆、阳极电泳底漆，要求高的才会用阴极电泳底漆。

2.4.2.1水性浸涂底漆

水性浸涂底漆一般由水可稀释性环氧改性丙烯酸树脂（通称水溶性丙烯酸树脂）加防锈颜料组成。

水可稀释性环氧改性丙烯酸树脂是具有活性交联官能基团的热固性共聚树脂，多属阴离子型，树脂中含有适量的不饱和羧酸（如丙烯酸、甲基丙烯酸）单体，在树脂侧链带有羧基，使用时用有机胺中和成盐而能用去离子水稀释。水溶性丙烯酸树脂的羧基含量通常以酸值表示，一般在30～80 mgKOH/g之间，并含有适量羟基。

2.4.2.2 阳极电泳底漆

阳极电泳底漆分聚丁二烯型和氨基丙烯酸型等，客车用阳极电泳底漆主要用聚丁二烯型，耐盐雾性可达到400小时左右；氨基丙烯酸型主要由含羧基丙烯酸树脂和水溶性氨基树脂组成成膜物质，耐盐雾性可达到200小时左右。

2.4.2.3 阴极电泳底漆

阴极电泳漆于20世纪70年代被开发成功后因其更好的耐盐雾性而逐渐代替了阳极电泳底漆。阴极电泳漆和阳极电泳漆的比较见表二。阴极电泳漆品种主要有环氧树脂型、丙烯酸型及聚氨脂型。目前主要用环氧树脂型，耐盐雾性可达到1000小时。丙烯酸型阴极电泳漆引入水溶性基团的主要方法是直接利用含叔胺基的丙烯酸单体中的氨基作为树脂的水溶性基团。

表二阴极电泳漆和阳极电泳漆的比较

项目	阳极电泳漆	阴极电泳漆
涂料类型	阴离子型水性涂料	阳离子型水性涂料
电泳涂装方式	阳极电泳（被涂物为阳极）	阴极电泳（被涂物为阴极）
基本组成	由带羧基的合成树脂用有机胺来中和形成水溶或胶体分散型树脂作为成膜物质。主要是热固化涂料粒子带负电荷，沉积在阳极表面，产生氧气逸出	由带叔胺基的合成树脂用有机酸来中和形成水溶或胶体分散型树脂作为成膜物质。一般是热固化涂料中碱性粒子带正电荷，沉积在阴极表面，产生氢气逸出
涂膜性能特征	1. 含羧基树脂和被涂物表面产生氧化作用影响耐腐蚀性, 耐盐雾性一般400h以下 2. 泳透力中等,福特钢管法试验一般在18cm以下	1. 树脂为碱性,有钝化作用, 被涂物为阴极,不产生离子化, 耐盐雾性可达1000h 2. 泳透力好, 福特钢管法试验一般在25cm～30 cm
适用范围	车架、底盘、零部件	车身

2.4.2.4 溶剂型底漆

客车用溶剂型底漆主要用环氧酯底漆、酚醛底漆、醇酸底漆、硝基底漆和胺固化底漆。由于溶剂型丙烯酸树脂的防腐和附着力达不到底漆所用要求，一般通过环氧改性丙烯酸树脂来提高附着力和防腐性能，主要用于农用车、工程机械等金属底材的一般防腐。客车用溶剂型底漆现在常用双组分环氧聚酰胺底漆，耐盐雾性可达到500小时左右。

2.5 客车用腻子

腻子是用来填补被施工物件的不平整的地方，一般呈厚浆状，颜料含量高，涂层的机械性能强度差，易脱落，所以目前大量流水线生产的新车已不再使用腻子，有时仅用于汽车修补。客车组装受模具精度限制和焊缝等因素,造成表面欠平整,必须靠刮腻子来找平.现在多采用双组分不饱和聚酯腻子(原子灰),它固化速度快,对钢板附着力好，机械强度好,不易开裂和脱落,是客车涂装比较理想的腻子。丙烯酸树脂一般不会应用在腻子中。

2.6 客车用中涂

客车用中涂也称二道浆，就是用于客车底漆（或腻子）和面漆或底色漆之间涂料。

2.6.1 中涂特性

1、能自干、快干并具有良好的填充性。以灰色为主，轿车修补已有与面漆同色中涂。

2、保护底漆层和腻子层，防止被面漆咬起；

3、增加底漆与面漆层间的结合力；

4、提高涂层的装饰性；

5、增加涂层的厚度，提高整个涂层的装饰性防水性；

6、具有良好的打磨性，湿打磨后应得到平滑的表面。

2.6.2 中涂种类

客车用中涂一般有醇酸中涂漆、硝基中涂漆和聚氨酯中涂漆。现代客车的生产量越来越大，这就使客车的涂装工艺完全转向高速率和现代化的流水作业。由于丙烯酸树脂的快干性，并能提高涂层的装饰性及耐化学性，现在常用的客车用中涂为丙烯酸树脂聚氨酯中涂漆。客车用中涂层所用涂料体系发展方向是水性化、高固体化。但在实际实施中 , 若涂装流水线采用水性 , 则所用设备和流水线都要更换 , 实际上在新开辟的流水线上用水性体系完全有可能。然而水性涂料在流水线上运转时 , 常遇到温湿度问题以及一些因水挥发时所带来的漆膜缺陷问题。而高固体分涂料却可以完全采用现有流水线和设备 , 同时也能符合环保要求。
2.7 客车用面漆
    客车用面漆是汽车整个涂层中的最后一层涂料，它在整个涂层中发挥着主要的装饰和保护作用，决定了涂层的耐久性能和外观等。客车面漆可以使客车五颜六色，焕然一新。这里我们主要讨论实色面漆。
    客车面漆是整个漆膜的最外一层，这就要求面漆具有比底层涂料更完善的性能。首先耐候性是面漆的一项重要指标，要求面漆在极端温变湿变、风雪雨雹的气候条件下不变色、不失光、不起泡和不开裂。面漆涂装后的外观更重要，要求漆膜外观丰满、无橘皮、流平性好、鲜映性好，从而使汽车车身具有高质量的协调和外形。另外，面漆还应具有足够的硬度、抗石击性、耐化学品性、耐污性和防腐性等性能，使汽车外观在各种条件下保持不变。
    随着汽车工业的飞速发展，汽车用面漆在近50年来，无论在的所用的基料方面，还是在颜色和施工应用方面，都经历了无数次质的变化。上世纪三四十年代主要采用硝基磁漆、自干型醇酸树脂磁漆和过氯乙烯树脂磁漆，至八九十年代采用氨基醇酸磁漆、中固聚酯磁漆、热塑性丙烯酸树脂磁漆、热固性丙烯酸树脂磁漆和聚氨酯，耐污性等都有了显著的提高，从而大大改善了面漆的保护性能。与此同时汽车面漆在颜色方面也逐渐走向多样化，使汽车外观更丰满、更诱人。进入20世纪90年代以来，为执行全球性和地区环保法，减少汽车面漆挥发分的排放量，开始研究探索和采用水性汽车面漆。目前一些西方发达国家的新建汽车涂装线上，已采用了水性汽车面漆，国内基本上还处于溶剂型汽车面漆阶段。而客车由于自身的体积大，受到了许多限制，环保应用方面比轿车更差。

豪华客车面漆采用耐候性、保光保色性、耐紫外光性良好的溶剂型丙烯酸聚氨酯和丙烯酸为主体的双组分低温烘干涂料（面漆配方见表三）。客车面漆用丙烯酸树脂一般引入叔碳酸缩水甘油酯单体，叔碳酸缩水甘油酯在丙烯酸游离基聚合反应之前、期间或之后，通过极活性的环氧基团与丙烯酸及甲基丙烯酸反应而被引入到丙烯酸聚合物中，在与酸的反应过程中，环氧化物基团的环被打开从而形成羟基。庞大而疏水的叔碳酸结构能对交联提供位阻保护效应，从而防止水解，因而赋予了聚合物优良的性能，如低黏度、耐酸性、高光泽、优异的颜料润湿性、耐候性及良好的漆膜外观。

客车面漆涂装大体分为三种类型。单层面实色面漆涂装：实色面漆涂装约占客车面漆涂装量的50%以上，是面漆的基础涂装；双层面金属漆涂装：金属闪光漆作为豪华客车主体面漆涂装已被广泛采用；三层面珍珠漆涂装：涂装难度较大，客车主色面漆喷涂形式包括：渐变喷涂、色块组合喷涂和主面漆单色喷涂。客车图案喷涂、喷绘制作的几种形式。采用大型电脑写真喷绘贴膜：电脑写真喷绘贴膜工艺适用于复杂的清晰逼真画面图案的制作；采用色漆喷涂图案：色漆喷涂图案，通常以色彩艳丽的实色漆喷涂图案为多，还有用色彩稳重、含蓄的金属漆喷涂图案；采用彩色即时贴贴膜制作图案：用色漆喷在即时贴上形成图案，再转贴于车身上。豪华客车体积大，涂装面积大，喷涂层次多，用料精良，工序严谨，图案考究，涂装精益，所以采用间歇流水的涂装方式。

表三丙烯酸聚氨酯面漆配方

原材料名称质量分数

丙烯酸树脂 5～10

钛白粉 20～25

BYK-110 0.2～0.6

丙烯酸树脂 15～30

聚酯树脂 10～25

BYK-306 0.2

BYK-358 0.3

紫外光吸收剂 1

有机锡 0.01～0.05

二甲苯 5～10

醋酸丁酯 3～5

环己酮 1～5

固化剂 15～20

2.8 客车用金属闪光底色漆
金属闪光底色漆就是作为中涂层和罩光清漆层之间的涂层所用的涂料。它的主要功能是着色、遮盖和装饰作用。金属闪光底漆的涂膜在日光照耀下具有鲜艳的金属光泽和闪光感，给整个汽车添加诱人的色彩。金属闪光底漆之所以具有这种特殊的装饰效果，是因为该涂料中加入了金属铝粉或珠光粉等效应颜料。这种效应颜料在涂膜中定向排列，光线照过来后通过各种有规律的反射、透射或干涉，最后人们就会看到有金属光泽的、随角度变光变色的闪光效果。客车用溶剂型金属闪光底漆的基料有聚酯树脂（或丙烯酸树脂）、蜡液和CAB树脂液。其中聚酯树脂（或丙烯酸树脂）可提供烘干后坚硬的底色漆漆膜，丙烯酸树脂一般为热塑性树脂或含低羟丙烯酸树脂（可加脂肪族多异氰酸酯进行固化提高附着力），蜡液使效应颜料定向排列，CAB树脂液主要是用来提高底色漆的干燥速率、提高体系低固体分下的粘度、阻止铝粉和珠光颜料在湿漆膜中杂乱无章的运动和防止回溶现象。

金属闪光漆能获得闪光效果的主要是在涂料中使用闪光金属铝粉、云母珠光颜料，二者单用、合用或者和其他颜料拼用。

铝粉颜料是近几十年来发展迅速的品种，因为铝粉有独特的防腐和装饰功能，故广泛用于汽车、船舶、家电、轻工。铝粉的颗料呈微小的鳞片状，厚度0.1～2μm，直径为1～200μm，由于铝粉是片状结构，在色漆中会形成十几层的平行排列。这种屏蔽作用对紫外线有良好的反射性，从而延缓紫外光对涂层的老化破坏，良好的屏障性也阻止了水、气体和离子的透过，保护了漆膜，使铝粉漆的耐候性优于一般色漆。汽车漆常用的铝粉形式为非浮型铝粉浆。

使用珠光颜料可获得珍珠光泽、彩虹效应和金属光泽。它是透明的薄片状结晶，这种颜料的直径5～200μm，厚度小于1μm。这种珠光片状结构在树脂和涂膜中以层状平行排列，对入射光部分反射、部分透过，光线在多层薄片上反射、透射后产生一种具有深度的珍珠光泽，大多数的珠光颜料是白色的，把彩色颜料加入珠光颜料中，形成彩色的珠光或金属光泽现象。在涂料中，它就会产生华丽柔和的光泽和梦幻般的色彩。

目前国内汽车涂装线一般采用溶剂型闪光底色漆，而在一些西方发达国家已经大量使用水性底色漆。水性金属闪光漆可大大降低VOC排放。同时,水性金属闪光漆具有特殊的流动性, 有利于铝粉定向, 比溶剂型涂料具有更好的金属效应。所以金属闪光漆水性化是必然趋势,技术也已成熟,能很快推广应用。

典型的水性闪光底色漆配方组成见表四。

表四典型水性闪光底色漆配方

类别	原料	质量分数
基料	丙烯酸乳液	40～60
颜料	铝浆	4～8
溶剂	丙二醇丁醚	5～10
助剂	增稠剂	0.2～0.5
	消泡剂	0.1～0.3
	润湿剂	0.1～0.2
稀释剂	去离子水	25～40
成膜助剂	醇酯12	0.2～0.3
固化剂	水性HDI型异氰酸酯	4～6

2.9 客车用罩光清漆

2.9.1 客车用罩光清漆的特点

1、具有很好的装饰性，如：高光泽、高丰满度、高清晰度等；

2、表干快，不沾尘时间短；

3、优越的户外耐候性和较好的耐化学性，如：耐水、耐汽油、耐机油等。

2.9.2 客车用罩光清漆的品种

客车用罩光清漆的溶剂型品种主要有热塑性丙烯酸清漆、双组分的丙烯酸聚氨酯和聚酯聚氨酯清漆。热塑性丙烯酸清漆现在已基本不用，比较常用的是双组分的丙烯酸聚氨酯清漆。下面是罩光清漆用树脂的对比（表五）

含羟基的丙烯酸树脂或改性树脂与脂肪族多异氰酸酯配合，可制得性能优良的聚氨酯涂料。丙烯酸树脂耐候性优良，干燥快，具有较聚酯树脂好的保光、保色性，因为它不吸收300nm以上的紫外光及可见光，其主链的碳-碳键耐水解。含羟基的丙烯酸树脂与多异氰酸酯交联的漆膜，比单纯的丙烯酸树脂固体含量高，耐溶剂，而且机械性能提高。丙烯酸树脂的羟基含量决定了树脂反应活性及交联密度、耐沾污性、耐溶剂性。丙烯酸树脂的玻璃化温度在20～50℃，羟基含量为3.0%～4.5%左右，分子量大约为8000～15000时（高固体分子量一般在2000～6000），这类丙烯酸树脂与多异氰酸酯交联后，可获得较为理想的性能。

与丙烯酸树脂相比聚酯树脂的分子量低，固体分高，其漆膜的柔韧性好，因为酯键上的氧原子容易旋转，而丙烯酸树脂的碳碳键较不易旋转；同样道理，丙烯酸聚氨酯涂料的硬度比相应的聚酯高，表干也比聚酯好。

表五罩光清漆用树脂的对比

	热塑性丙烯酸树脂	丙烯酸树脂	聚酯树脂
快干性	好	好