光固化技术在汽车修补漆上的运用(1)

光固化技术在汽车修补漆上的运用
摘要：开发UV光固化体系在修补漆上的运用，减少VOC排放、降低涂装的成本、提高修补的速度。

关键词：UV光固化修补漆
主要内容：
汽车车身的涂料实际是一种艺术品，生产者力求做到令人赏心悦目，美玉无暇。

另一方面，汽车年复一年地要经受日晒雨淋和风刀霜剑的侵蚀，还有酸雨、来自溶雪剂的盐水、石击等侵蚀。

在此情况下，保持美丽外观和防止锈蚀是对涂料提出的严格要求。

因此，汽车涂料被认为是涂料最高水平的体现。

光固化它是一种高效、环保、节能、优质的材料表面处理技术，被公认为环境友好的绿色技术，2004年5月在美国夏洛特市召开的北美辐射固化国际会议上，光固化和电子束固化技术被归纳为具有“5E”特点的工业技术：efficient（高效）；enabling（适应性广）；economical（经济）；energy saving（节能）；environmental friendly（环境友好）。

光固化涂料有种种优点，要使光固化涂料进入汽车涂料行列，除了涂料本身要达到要求外，还需要有合适的涂装和固化设备。

通常光固化涂料一般用于平面和简单形状器物的涂装，由于汽车部件形状各不相同，因此要求有符合三维（3D）涂装和固化的设备，两者结合才有可能完全进入汽车领域。

最近北美光固化会议展出了一辆由多家公司合作研制的示范性辐射固化赛车，该车采用了最先进的各种辐射固化技术，它的壳体由电子束固化的复合材料制备，涂料几乎全部采用光固化涂料，充分展示了光固化技术的巨大潜力。

汽车壳体大部分为钢铁，但塑料也已有广泛使用，涂料因而也有不同要求。

除此之外，汽车的修补漆也是汽车涂料的重要组成部分。

光固化汽车涂料主要品种发展情况
(一)光固化修补底漆。

汽车的金属部件特别是车身的金属底著一般采用阴极电泳漆或其他防锈漆，含有大量颜料和填加剂，光固化涂料难以代替，但是当车身损坏，需予修补时，其底漆不可能使用电泳漆也难予使用热固型涂料，室温固化涂料则需耗费太多时间。

现在ICI发明了一种光固化底漆UVSpeedprime，它采用常用于电子器件的树脂组分，用于低能UV光的引发剂及特殊颜料组成，填加的颜料可满足抗腐
蚀、硬度、消光及填孔等要求，但不影响光固化速度。

和一般不透明的底漆不同，该产品是透明的。

该涂料易于涂布、容易打磨并且使用安一，彩低能手持紫外光灯可在2分钟内固化，经处理和打磨后即可涂布面漆，整个修补过程快捷易行
(二)汽车面漆。

汽车面漆最重要的作用是装饰，除了美丽的外观外，还同时要求抗光氧化、抗水解、抗划伤、抗酸雨和汽油、抗撞击、抗雷雨及曝晒等性能。

现在在漆一般由两层涂料组成，下层（第一道）涂料加有各种颜料如彩色颜料，闪光颜料等（二道浆），上层涂料为清漆，它能赋予涂层高的光泽并满足面漆的各种要求，因此是至关重要的。

光固化涂料难以用在面漆的第一道漆但可用于透明清漆。

光固化透明清漆具有无溶剂、快速固化、耐刻划、耐擦伤、高光泽、高硬度等固有的优点，但它的耐侯性不是很好，这是它较长时间难于被接受的原因。

光固化清漆不仅械性能应达到或超过二罐装聚氨酯清漆，而且耐候性也要达到一定的要求。

尽管可以通过添加光稳定剂等抗老化剂改善涂膜的耐侯性能，但是光稳定剂的加入会影响光固化速度，这是一个难以解决的问题，是阻碍光固化清漆在汽车上使用的关键问题之一。

近年来通过选用合适的引发剂及紫外光吸收剂等防老化剂打开了用于汽车面漆的道路。

汽车透明清漆一般采用丙烯酸化聚氨酯光固化树脂，选用的光引发剂一般为BAPO(bisacylphosphinoxide)或Irgacure118(α-hydroxylketone),同时在配方中加入紫外光吸收剂如HPT(hydroxyphenyl-s-rriazine)及采用受阻胺HALS为自由基除去剂。

实验证明通过合适的组分调节，可以达至满意的固化速度及优良的耐候性。

(三)汽车塑料部件涂料。

汽车的部件很多已采用工程塑料或者聚合物基复合材料，他们不仅需要涂料改善其表面性质，光固化涂料在这方面具有十分突出的优势。

光固化在这一方面的应用已有十余年的历史。

车灯灯罩：聚碳酸酯灯罩早已代替了玻璃灯罩，聚碳酸酯具有易加工成型、重量轻和柔性强不易破碎等优点，但它的表面强度不够，不耐刻划和刮擦而且耐候性差，易变黄，采用光固化涂料可以改善表面性质，因而得到了应用，不仅大大节约了涂装时间而且涂层有很好的光学耐擦性能，并可满足长期耐侯性要求。

(四)漆膜配方的选择
一般漆膜配方的选择都是通过分步法来确定，配方的体系主要有树脂、活性稀释剂、光引发剂、助剂、颜料和填料。

4.1常用的光固化树脂有聚氨酯丙烯酸树脂（PUA）、环氧丙烯酸树脂（EA）、聚硅氧烷丙烯酸树脂等。

下表给出各种常用树脂的性能对比
低聚物固化速率拉伸强度柔韧性硬度耐化学性耐黄变EA 高高不好高极好中
PUA 可调可调好可调好可调
PEA 可调中可调中好不好
聚醚类可调低好低不好好
一般光固化产品中选择低聚物要考虑以下几个因素：
粘度，选用合适粘度的树脂。

低粘度的树脂可以减少稀释剂的用量，但是低粘度的树脂往往分子量太低，会影响成膜后的物理力学性能。

固化速率，选用光固化速率快的树脂可以减少光引发剂的用量，而且可以满足光固化涂装生产线快速固化的要求。

一般来说，官能度越高，光固化速率越快。

物理力学性能，这个性能主要由低聚物固化膜的性能来决定，主要有硬度、柔韧性、耐磨性、拉伸强度、耐冲击性、附着力、耐化学品性、耐黄变和固化膜的光泽等。

低聚物的玻璃化温度Tg，低聚物的Tg高，一般硬度高，光泽好；低聚物的Tg低，柔韧性好，耐冲击性也好。

4.2活性稀释剂
活性稀释剂（reactive diluent）也可以成为单体（monomer）或者功能性单体（functional monomer），因为它一般是含有可聚合官能团的有机小分子。

它在光固化体系中不仅可以调节体系的粘度，还能溶解和稀释低聚物，同样也参与光固化反应的过程，是光固化体系中的一个重要组成部分。

按照活性稀释剂中含有的反应性基团，它可以分为单、双、多官能团活性稀释剂。

含有越多的官能团参与光固化反应，则官能度越大，反应活性也越高，光固化的速率则变得越快。

主要的几种活性稀释剂和光固化反应的各项性能见下表：
活性稀释剂官能度粘度（25℃）mPa/s
苯乙烯（St） 1 0.763 丙烯酸-2-乙基己酯（EHA） 1 1.54 丙烯酸羟乙酯（HEA） 1 5.34 己二醇二丙烯酸酯（HDDA） 2 6.50
新戊二醇二丙烯酸酯（NPGDA） 2 5.50
二缩三乙二醇二丙烯酸酯（TEGDA） 2 17.20
二缩三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA） 2 14.50
邻苯二甲酸二乙醇而丙烯酸（PDDA） 2 150.0
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA） 3 105.0 季戊四醇三丙烯酸酯（PETA） 3 750.0
从光固化活性来对比三种官能度的反应速度：
多官能团活性稀释剂>双官能团活性稀释剂>单官能团活性稀释剂
下表是官能度区别对稀释剂的主要影响：
挥发性粘度固化速率交联密度转化率体积收缩
率
单官能团低慢低高低大
双官能团高较快高较高低较小
多官能团高快高高高小
4.3几种汽车修补漆的配方例子
4.3.1目前比较成熟的UV汽车修补底漆光固化体系配方为：
三官能团脂肪族聚氨酯丙烯酸酯（PUA）：55.17%
POEA：10.98
增强附着力树脂（EB168） 1.65
819 3.29
颜料28.91
4.3.2 UV汽车返修清漆的参考配方为：
PUA：20.6
EA 20.6
附着力增强型三官能团酸酯：12.4
滑石粉：24.5
填料：17.5
颜料：1.7
819: 3.2
结论：
UV光固化体系在整个固化过程中不添加任何溶剂，可以做到无VOC排放、
环保和清洁生产。

随着国内汽车保有量的急剧增长，汽车碰撞事故也呈快速上升趋势，一些汽车快修店如同雨后春笋般发展起来。

如何在众多的修补工艺上脱颖而出，必须满足修补速度快、涂料粘结性能好、外观美丽等。

UV光固化修补漆在各项的工艺流程中都能体现出优越的性能。

参考文献
[1] 金养智. 光固化材料性能及其应用手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2010. 5
[2] 周荣华. 五金底材用UV固化涂料的配方设计[J]. 上海涂料, 2010, 48(6): 21-23
[3] 裴秀君, 张卢青, 张书香, 王仁振. 几种常用涂料配方设计介绍[J]. MPF, 2012, 15(6):
29-32
[4] 钱伯容. 涂料配方设计的要点及方法[J]. 涂料技术与文摘, 2010, 7: 6-14。