双组分客运火车内室用聚氨酯涂料的配方设计
□ 王 君
(中远关西涂料化工有很公司,天津 300457)
摘要:介绍了火车客车车厢内室用修补涂料的设计与研制,讨论了影响涂膜性能的因素,并且对涂层性能进行了介绍和评价。
关键词:火车客车内室;双组分;聚氨酯涂料
中图分类号:TQ630.7+1 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2014)04-0041-04
0 前 言
客运火车内室一般选用ABS、FRP、PP、PE、PVC 等有机合成塑料,在使用一段时间后,内室塑料通常 会出现不同程度的变色、污损,每运行一段时间后, 铁路局对所辖车辆都要进行一次返厂维修。而如果 大面积更换内饰板的话,成本较高,通常做法是选用 双组分聚氨酯涂料进行修补翻新,这样维修成本较 低,工作效率也比较高。
1 涂料性能分析
为了保护内饰板材,延长内饰板材的使用寿命, 需要在内饰板材表面涂装色漆,并应具有如下要求:
(1)干燥速度快。为了满足客车维修快节奏的生 产特点,修补涂料就具有快干性的特点,半硬干燥时 间就小于30 min,并可进行覆涂。
(2)涂膜表面状态好。涂膜应具有良好的外观,表 面光滑平整,无气泡、针孔等漆病等的存在。
(3)硬度高,耐磨性好。为了保证在客运火车运行 过程中,在人为的磕、碰和磨擦时涂膜完好,不开裂 不脱落,涂膜必须具有良好的耐磨性和耐擦洗性。
(4)与内饰板的附着力和封闭性好。涂膜对内饰 板应具有良好附着力,同时涂膜还应对木地板具有 良好的封闭性,能有效防止水蒸气等的渗入导致木 地板膨胀变形,对木地板和集装箱外板造成损伤。
(5)施工适应性广。活化期(Pot Life)长(3~5 h), 同时还应满足在全国各地客车厂、不同的施工环境 (湿度、温度)下,涂膜无异常。 客运火车内室修补漆必须同时满足以上5点要 求。
2 试验部分
2.1 试验原料及仪器
2.1.1 试验原料
羟基丙烯酸树脂(进口);热塑性丙烯酸树脂(进口);消光粉(AZ-360);钛白粉(进口金红石型);分散剂 (BYK);流变助剂;流平助剂(进口);HDI三聚体固化 剂N3390(Bayer);二甲苯;醋酸丁酯;催化剂(国产)。
2.1.2 主要试验仪器
研磨分散机、高速搅拌机、电子分析天平、光泽 仪、涂膜制备器、附着力测试仪、秒表。
2.2 原材料的选择
2.2.1 多异氰酸酯组分(固化剂) 聚氨酯固化剂为多异氰酸酯和含活泼氢的化合
物反应制成的含端—NCO基的加成物或预聚物,脂 肪族多异氰酸酯。HDI缩二脲及HDI三聚体的特性列 于表1。
干燥速度是修补涂料中最重要的性能指标,因 此,针对不同种类多异氰酸酯树脂的干燥时间,做如 下试验,以长兴某羟基丙烯酸树脂为主剂作固定要 素,变化固化剂类型,考察干燥时间,其试验结果如 图1所示,其中N75为缩二脲,N3390为HDI三聚体。
由图1可以看出,缩二脲产品的干燥时间均要大 于HDI三聚体,因为HDI三聚体的分子链上有更多 的—NCO基团,所以HDI三聚体的反应速率更快,干 燥时间更短。综合成本、硬度等其他因素,选择N3390 HDI三聚体作为修补涂料的固化剂树脂,n(—NCO)/n(—OH)=1.0~1.1时最佳。
2.2.2 多羟基组分(主剂)
含羟基组分树脂繁多,性能上差异甚大,并非所 有的羟基组分均能与多异氰酸酯组分相匹配,而必 须满足制备双组分聚氨酯涂料的特定条件,否则不 能获得良好的效果,对于多羟基组分的基本要求是:
(1)和多异氰酸酯树脂及助剂,溶剂有很好的互 溶性;
(2)有足够的—OH,和—NCO达到充分交联成 膜;
(3)要有合适的玻璃化温度,满足快干要求。
(4)不含水分和低分子单体,酸值尽可能低,不影 响涂膜性能。 选取了市场上两家树脂供应商的树脂产品,分 别测试对比相关数据。在这些树脂中7237树脂指触 时间非常短,说明初期干燥速度较快;4365A产品羟 基值非常高。
根据公式:
其中:A——固化剂—NCO值;
B——主剂—OH值;
MHardener,MBase——固化剂与主剂的固体分;
n—— 主剂与固化剂的混合比,即Base/ Hardener(B/H)值。
在混合比n固定的情况下,需要更多的固化剂与 之反应,这样n(—NCO)/n(—OH)的交联密度就会升 高,涂膜硬度也会变高,同时也会增加涂膜的抗渗透 及耐沾污能力。
2.2.3 助剂的选择
修补涂料的表面状态是除干燥速度以外最重要 的考核指标,异氰酸酯易与空气中的水反应而使涂 膜中出现暗泡,影响涂膜表面状态的因素。同时涂膜 表面的平整滑爽也是客车所必需的,因此流平剂和 消泡剂是双组分聚氨酯涂料中最重要的两种助剂。 为加快涂料干燥的整体进程,同时也加入有机催干 剂进行调整。
2.3 配方设计(见表3)
4 结果与讨论
4.1 温度对涂膜干燥时间的影响
由于火车客车维修厂遍布全国各地,不同季节 各地温差很大,温度的高低会对涂膜的干燥时间有 很大的影响,因此测定温度对干燥时间的影响是非 常必要的。 由图2可以看出随着温度的升高,干燥时间直线 下降,温度35 ℃时涂膜在10 min内半硬干燥,而当温度下降至0 ℃时,半硬干燥时间约为40 min。
4.2 凝胶分率曲线
凝胶分率是双组分涂料一个非常重要的参数, 它决定了涂料的干燥时间、活化期和施工间隔等,对 双组分涂料的设计有非常重要的参考价值,涂装时 间与凝胶分率关系见图3。
5 结 语
通过严格筛选原料以HDI三聚体作为固化剂,多 种树脂配合制备的双组分聚氨酯配方。所制聚氨酯 涂料适应范围广,有良好的涂膜装饰性、干燥性、耐 污性,适用于ABS、FRP、PP、PE、PVC等塑料底材,附 着力性能优异,在客运火车车厢内饰修补中有良好 的实用价值。
参考文献
[1] FANG R.,GENG Z. Y.,ZHANG X. H.,et al.. Synthesis of high-solid two-component acrylic polyurethane coatings[J]. Paint & Coatings Industry, 2005(1):7-11
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[4] 张振,何国.聚氨酯耐沾污性涂料的研制[J].涂料技术与 文摘,2011(11):35-37
收稿日期 2014-01-15
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