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摘要：介绍了随角异色汽车金属闪光涂料的配方设计和产品技术指标。讨论了树脂、铝粉和助剂的选用，纳米二氧化硅对随角异色的影响，纳米陶瓷耐磨剂对涂膜耐磨性能的影响及CAB对涂膜性能的影响，讨论了汽车金属闪光涂料溶剂的选择。

关键词：随角异色；汽车涂料；配方设计；金属闪光涂料

0.引言

金属闪光涂料中铝粉和其他着色颜料一起，构成涂膜体系的着色成分。与其他普通色漆不同的是，金属闪光涂料中因效应颜料的加入而产生随角异色性，即在涂料中能随观察者视角的变化，呈现出不同的明度及彩度。试验中用羟基丙烯酸树脂、氨基树脂、醋酸纤维素和聚酯树脂制备随角异色汽车金属闪光涂料，着重讨论了树脂、铝粉和助剂的选用，纳米二氧化硅对随角异色的影响，纳米陶瓷耐磨剂对涂膜耐磨性能的影响及CAB对涂膜性能的影响，讨论了汽车金属闪光涂料溶剂的选择。

1.试验部分

1.1原材料

树脂：ZJ-221羟基丙烯酸树脂，国产；ZJ-305热固性丙烯酸树脂，国产；582-2氨基树脂，国产；5386-60氨基树脂，国产；670聚酯树脂，Bayer；CAB-551-0.2醋酸纤维素，Eastman；601环氧树脂，国产；AB1热固性丙烯酸树脂，国产。

助剂：56272纳米TiO2，国产；4200-10防沉剂，进口；6900-20X防沉剂，进口；BYK-310流平剂，进口；BYK-358流平剂，进口；BYK-163分散剂，进口；BYK-104S分散剂，进口；98C分散剂，进口；KN改性纳米陶瓷粉，国产。

色粉：6#特黑，进口；L6900铜酞菁蓝，进口；A3B透明红，进口；L9361酞菁绿，进口。银粉：ZX1050，国产；L520，进口。

溶剂：甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、Solvesso100、乙二醇丁醚、异丁醇、异丙醇、二丙酮醇、Solvesso150，国产。

1.2涂料的制备

1.2.1预凝胶的制备(见表1)

表1预凝胶的调配
 

工艺：先将溶剂、树脂、防沉剂投入反应釜中，充分搅匀后分散至细度为10μm即可。

1.2.2CAB的溶解(见表2)

 

表2CAB的溶解

 

工艺：先将溶剂、CAB投入反应釜中，充分搅匀后分散至细度为10μm即可。

1.2.3环氧树脂的溶解(见表3)    

表3环氧树脂的溶解

工艺：先将溶剂、环氧树脂投入反应釜中，充分搅匀后分散至细度为10μm即可。

    1.2.4色浆的制备(见表4)   

表4几种常用色浆的参考配方

 

 工艺：先将溶剂投入反应釜中，加入分散剂，搅拌均匀，然后加入树脂、色粉，充分搅匀后砂磨分散。

    1.2.5汽车金属闪光涂料的制备(见表5)

表5汽车金属闪光涂料的参考配方
 

工艺：先将A组分各原料投入反应釜中分散均匀后，加入B组分搅拌均匀，再加入C组分(银粉用等量二甲苯浸泡)低速缓慢搅拌均匀，最后加入D组分进行调色。

 1.2.6罩光清漆的制备(见表6)

表6罩光清漆的参考配方

 1.2.7稀释剂的配制

    汽车金属闪光涂料用稀释剂的参考配方见表7。

表7稀释剂的参考配方

1.3涂料的施工

    随角异色汽车金属闪光涂料的喷涂施工参数如下：

    施工黏度(涂4杯/25℃)/s14～18

    施工固体分/%18～24

    喷涂次数(湿碰湿)/次2～3

    流平时间/min5～8

    膜厚/μm20～30

    汽车罩光清漆的喷涂施工参数如下：

    施工黏度(涂4杯/25℃)/s16～20

    施工固体分/%38～40

    流平时间/min5～8

    膜厚/μm30～40

    烘烤条件140℃，20min

    1.4涂料技术指标

    涂料的技术指标见表8和表9。

表8汽车金属闪光涂料性能指标

表9汽车罩光清漆性能指标

  2.结果与讨论

    2.1主要树脂的选择

    试验中以羟基丙烯酸树脂、氨基树脂、醋酸纤维素和聚酯树脂为主要成膜物质，制备随角异色汽车金属闪光涂料，它们的性能指标见表10。

表10主要成膜物质性能指标

选用的羟基丙烯酸树脂具有优良的附着力、耐老化及对银粉排列好，其与氨基树脂配合，通过基体树脂上羧酸的催化作用，使所含的官能团与氨基树脂进行共缩聚反应，形成坚韧的三维结构涂层。羟基丙烯酸树脂用量较大，则涂膜的附着力、柔韧性及抗冲击性好，但会降低涂膜的硬度和耐水性。而交联剂氨基树脂的用量增大时，则涂膜硬度、光泽增大，耐水性提高，但会使附着力与柔韧性变差。改变羟基丙烯酸树脂/氨基树脂的配比，会影响涂膜的性能。经过试验，当羟基丙烯酸树脂/氨基树脂的配比为25.7∶12.5时，涂膜各项性能达到最优。配方中，添加少量的聚酯树脂和环氧树脂，主要是为了改善涂膜的耐冲击性和柔韧性。

2.2铝粉的选择

所有的铝颜料可以分为浮型和非浮型两大类。浮型铝颜料中，铝片在近涂膜表面定向排列而形成一层不透明的银色膜。浮型铝颜料的外观可根据颗粒的粗细有所不同，可以从粗糙、白色的外观到灰暗、高度反射或像镜面一样的效果。粗粒级的铝颜料遮盖力最低、结构粗糙，但是能获得最白、最亮的涂层。相反，细粒级的铝颜料具有最大的遮盖力、最光滑的结构和高反射力的涂层。非浮型铝颜料是在整个涂膜里均匀平行地分布，它能与多种颜料混合而适用于多种体系。然而与之一起使用的任何颜料或染料都必须是透明的，只有这样才能达到那种逼真的金属表面效果。非浮型铝颜料种类繁多，着色力从低到高，粒径从粗到细，外观从白、闪亮到较灰，较细腻。汽车金属闪光涂料要达到随角异色的效果可选择非浮型的具有电镀效果的铝银浆。要发挥铝浆的最佳性能，需要注意其分散及随后掺入基料的方法。由于高速搅拌会破坏铝浆表面的包覆物及其本身的完整性，从而导致涂料变黑，遮盖力降低，涂膜上出现粗粒等不良现象，故不可用高剪切力分散设备分散。因此，将铝浆和等同量的溶剂混合，倘若不能单独用溶剂时，可用液体涂料基料代替，不过分散的时间可能要增加。倘若可能，将铝浆在溶剂中浸泡1～8h，以利于分散。铝浆浸泡后，要用低速的搅拌器来分散，等到无任何结块时，即可加入配方中。如果需要高剪切力来分散配方中其他成分，该操作必须在其与铝浆接触之前完成。

2.3助剂的选择

2.3.1防沉剂的选择

防沉剂的使用须根据配方中选择的银粉而定。涂料在储存的过程中银粉会或多或少发生沉降而形成积块，这种情况会在使用时造成不易分散。防沉剂的触变效果可以在一定程度上减轻上述情况的严重性。防沉剂的主要成分是聚乙烯蜡浆或聚酰胺蜡浆，同样的添加量聚酰胺蜡浆的触变效果更明显，但其分散性相对较差一些，而银粉不适合高剪切力分散，所以在生产工艺方面需要作相应的调整。选择4200-10防沉剂与6900-20X防沉剂搭配使用可以比较好地满足这方面的要求。

2.3.2分散剂的选择

为了防止金属闪光涂料中铝粉的沉淀，使涂料具有良好的储存稳定性，也防止铝粉返粗、浮色发花，改善涂膜流平，可在配方中添加适量的分散剂。选择BYK-104S分散剂添加量为0.2％时可达到很好的防浮色、发花的效果。另外，在色浆研磨的过程中，分散剂使用得当，不但能防止颜料的沉淀，使涂料具有良好的储存稳定性，而且能改善流平，防止涂料浮色发花，提高遮盖力、着色力，降低色浆的黏度，提高研磨效率，增加研磨色浆中颜料的含量。试验中选择BYK-163、BYK-104S和98C分散剂可满足色浆研磨的要求。

2.3.3纳米二氧化钛对耐老化性能和随角异色的影响

汽车金属闪光涂料的剥落与老化，是造成汽车美观程度变差的主要因素，其中又以老化为棘手且难以控制的变量。影响烤漆老化的因素很多，但其中最关键的当属太阳光中的紫外线，因为紫外线会引起涂层中主要成膜物质的分子链断裂，形成非常活泼的游离基，这些游离基进一步引起整个主要成膜物质分子链的分解，最后导致涂层老化变质。对有机涂层而言，由于紫外线是所有因素中最具侵蚀性的，因此若能避开紫外线的作用，则可大幅提高烤漆的耐老化性能。目前TiO2纳米粒子是最能有效遮蔽紫外线的材料。其光学效应随粒径而变，尤其是纳米金红石型TiO2具有随角变色效应，是汽车金属闪光涂料中最重要和最有发展前途的改质材料。纳米TiO2对紫外线的屏蔽以散射为主，粒径是影响散射能力的重要因素之一。由理论推导得出，纳米TiO2粒径在65～130nm，其对紫外线的散射效果最佳。

2.3.4纳米陶瓷耐磨剂对涂膜耐磨性能的影响

KN为经过改性的纳米陶瓷粉体，用于涂料中可显著提高涂膜的耐擦洗能力，同时涂膜的硬度、耐磨、抗刮能力可提高1.5～4倍，对于涂料表面光洁度、附着力、耐老化等性能也都有所提高，涂膜光滑细腻，不易起皮，不易脱落，如有沾污只需用水轻轻擦洗即可去除表面上的污渍。其纳米作用原理是：当添加入纳米耐磨助剂后，在涂膜成膜过程中，纳米粒子起到交联点作用，把线性的有机高分子交联成网状结构，提高涂膜表面硬度；通过降低涂膜的孔隙尺寸，提高涂膜平整度；通过降低涂膜静电荷，减少大气灰尘的吸附；以至综合效果使涂膜具备良好的耐磨性能。

2.4CAB对涂膜性能的影响

汽车金属闪光涂料中加入CAB后，由于CAB黏度较大，因此涂料的施工固体分较低。一般而言，闪光涂料的施工固体分在18％～24％，湿涂膜在闪干初期，由于大量溶剂的挥发，引起湿涂膜强烈收缩，从而压迫片状结构的铝粉定向地平行排列。另外CAB能促进溶剂的快速释放，使湿涂膜在闪干中、后期除了由于溶剂的挥发所导致的正常黏度增长外，加入CAB可以产生特殊的黏度增长，黏度的激增防止了铝粉的定向破坏。最后一点，CAB的相对分子量较大，一般在30000～50000，能形成致密的结构，使得CAB有效地起到了金属粉定向作用。同时，CAB还提高了涂膜的附着力、硬度、柔韧性等方面的综合性能。

2.5汽车金属闪光涂料溶剂的选择

溶剂的选择直接关系到涂料用树脂的溶解及其相互间的混溶，选用溶剂时应遵循极性相似原则、溶剂化原则、溶解度参数原则3条通用规律。汽车金属闪光涂料中常用的基料有纤维素树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂和三聚氰胺树脂、聚酯树脂等，特定树脂按以上原则可选择特定溶剂。纤维素树脂是汽车涂料常用的重要树脂，其中用于金属闪光涂料的醋丁纤维素的溶解度取决于醋酸酯与丁酸酯的比例，一般都溶于丙酮、甲乙酮、醋酸乙酯、醋酸甲酯等；热固性丙烯酸树脂，它要经过交联剂或空气干燥，其溶解度很宽，用来溶解该树脂并能使用的溶剂变化范围很广，可以从脂肪烃一直到酮或乙二醇醚类；用于大多数环氧树脂的真溶剂是酮、酯和醇醚类，当树脂的分子量降低时，芳香烃和丁醇在溶剂中的质量分数可以增大一些；氨基树脂几乎总是与二甲苯、正丁醇、异丁醇或异丙醇混合起来使用。汽车涂料一般不是由一种树脂而是几种树脂混合为基料而制成的，所以其所用溶剂一般多采用混合溶剂。采用单一溶剂一般得不到较好的溶解性能、经济效果和施工性能。混合溶剂一般是由真溶剂、助溶剂和冲淡剂三部分组成。配制混合溶剂时，应注意在涂膜干燥过程中混合溶剂的挥发率均匀，混合溶剂应均一、无色透明、无杂质和无水分等。

3.结语

用羟基丙烯酸树脂、氨基树脂、醋酸纤维素和聚酯树脂制备随角异色汽车金属闪光涂料，当添加1％的56272纳米TiO2，6％的醋酸纤维素及选用2％的4200-10防沉剂、2.1％的6900-20X防沉剂可以使铝粉具有很好的排列，涂膜具有美观的随角异色效果。该涂料施工方便，性能优良，应用广泛。