水性车底防护胶的制备与性能研究
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摘要：以水性聚氨酯和水性丙烯酸酯乳液为成膜基料，磷酸锌为防腐剂，云母为阻尼增强材料，重钙为主要填料，另加各种功能性助剂，制备了一款环保型水性车底防护胶。研究了不同乳液、颜填料、分散剂和增稠剂类型对产品性能的影响。结果表明，该款防护胶具有优异的抗石击性、阻尼性、防腐性、耐水性、环保性、施工性等性能，未来将成为机车车底防护的必备佳品。
关键词：水性;车底;抗石击;阻尼;环保
中图分类号：TQ436文献标志码：A 文章编号：1001-5922（2019）00-0057-04
车底防护胶主要应用于汽车底盘、轮罩、后备箱、挡泥板、油箱等部位，不仅能防止车辆在高速行驶过程中受到泥砂、碎石等异物撞击而造成的不可逆损毁和锈蚀，而且能显著降低车身振动噪音，延长车辆的使用寿命。市售车底防护胶主要有沥青系、PVC系、橡胶系、水性高分子系，各类型产品的研究深度不一，但同时具备良好抗石击、优异阻尼、强力防腐等综合性能的水性车底防护胶却少有文献报道。
水性高分子聚合物具有原材料可控，物理、化学性质稳定，对日常酸碱腐蚀物质有较强的抵抗力，不含有毒和有机溶剂、抗石击降噪优良等特点。其制备的产品在喷涂过程中，可实现毒气、“三废”、异味零释放，有效改善了施工环境。
本文所述产品以特定水性聚氨酯和水性丙烯酸酯乳液为主体材料，配合多种阻尼材料、防火材料、补强材料、防腐材料制备而成。该型号水性车底防护胶具备优异的抗石击性能、阻尼降噪性能、防腐性能、室温自干、强力粘接等诸多优势，属于最新型的绿色环保车底防护胶。
1实验部分
1.1水性车底防护胶基础配方（质量百分比）
1.2主要原料
水性聚氨酯乳液，工业级，中大化学科技公司;防腐剂、分散剂，工业级，陶氏化学（中国）;消泡剂，工业级，毕克化学（中国）;色浆，工业级，东莞天翼塑胶原料;阻燃剂，工业级，青岛联美化工;云母，工业级，灵寿县福安云母厂;重质碳酸钙（600目），工业级，广西桂宝粉体有限公司。
1.3仪器与设备
行星搅拌器，2000L，无锡意凯自动化技术有限公司;自清洗过滤器，150L，上海极生环保设备有限公司;万能拉力机，CMT-4204，美特斯工业系统（中国）有限公司;B&K阻尼仪，TRC-1101，丹麦B&K（中国）有限公司;盐雾箱，TRA-8604，上海蓝豹实验设备有限公司;
1.4制备工艺
首先将水性乳液、防腐剂、分散剂和消泡剂等稀料投入釜内预混10min，开启分散机，依次加入云母、重质碳酸钙等固体填料，高速分散一定时间，缓慢添加增稠剂，保证体系混合均匀，检测，过滤包装。
1.5性能测试
固体份测试：参照GB/T1725-2007;固化时间参照GB/T1728-1989规定测试;附着力测试：参照GB/T9286-1998;剪切强度：依据GB/T6328-1999测试;阻尼性能：参照GB/T16406-1996测试;耐水性：依据GB/T9274-1988测试;耐盐雾性：按照GB/T1771-2007;45°角燃烧按照TB/T3138-2006执行;抗石击性：参照ASTM D 3170;VOC含量测试：参照GB/T18582-2008。
2结果与讨论
2.1乳液对水性车底防护胶性能的影响
水性乳液作为车底防护胶成膜的基料，决定了产品的关键性能。新型车底防护胶的设计要求决定了所需乳液必须具备优异阻尼性、良好抗石击性、强耐候性和优良附着力等综合特点。经严格筛选，我们最终选择了水性聚氨酯乳液（PU855）和水性丙烯酸酯乳液（PA8806）两款乳液作为研究对象。
据表2数据可知，水性聚氨酯的抗石击性最为优异，水性丙烯酸酯乳液在20℃阻尼系数最大。两者的共混乳液在抗石击性、耐盐雾性、耐水、热储稳定性等方面都具有较好的表现，20℃阻尼性能处于两者之间，表明所选水性聚氨酯和水性丙烯酸酯在该体系中可以达到功能互补的作用。
这主要是由于：（1）乳液的机械共混过程使两者的乳胶粒分子链间出现了半网络互穿与缠结，此特殊结构促进了体系的混合稳定性，提高了材料的成膜致密性、机械强度和耐候性。（2）两支乳液间尚存在一定程度的相分离，可以提高材料的热稳定性。（3）阻尼峰的位置主要受材料玻璃化转变温度（Tg）的影响，水性丙烯酸酯防护胶的Tg出现在20℃左右，对材料20℃阻尼产生正向作用，水性聚氨酯胶具有的高低温2个Tg均偏离20℃区域，这相应会削弱材料的20℃阻尼。
2.2颜填料对水性车底防护胶性能的影响
颜填料是涂料的重要组成部分，它既可以保证涂料的遮盖力，又可有效提高产品的耐久、耐候性，拓宽产品的阻尼温域，同时还可以起到填充、补强和降本的作用。如表3显示，适量增加云母用量可以显著提高产品的阻尼性能和抗石击等性能，这主要是由于云母的片状硅酸盐结构，增量后致使体系中乳液分子链与填料的摩擦及填料与填料间的摩擦力增大，产品的阻尼降噪功能随之增强。另外，磷酸锌作为体系的防锈防腐填料，能与水性树脂的羧基、羟基等形成高分子络合物，可以有效抑制水、氧等物质的侵蚀。采用的非卤素阻燃剂可充分赋予产品难燃性的功能，有效的阻止、延缓或终止了火焰的传播。重钙具有吸油量低、易分散、性能稳定、价格低廉的特点，可很大程度的减低产品成本、提高机械强度和改善体系储存稳定性。
2.3分散剂对水性车底防护胶性能的影响
高聚物型分散剂是最常用的高效分散剂，可直接吸附在颜填料表面，通过静电效应、空间位阻或者锚定基团来实现黏度和贮存的相对稳定。根据实际需要，我们选择了3种类型的高聚物分散剂做性能比对。根据表4的对比结果，我们最终采用BKTQ308作为本体系的分散剂。
2.4增稠剂对水性车底防护胶性能的影响为了保证产品的施工粘稠度和储存稳定性，增稠剂是水性胶体系必不可少的助剂，同时它与分散剂的搭配也至关重要。
由表5可知，不同类型增稠剂与BKTQ308的搭配对产品的基本物性、储存特性、施工性和材料成本等各方面的影响差异是比较大的。其中碱溶胀类BKK3020的综合性能表现比较优异，既能提高低剪切黏度的抗沉降性和贮存稳定性，也能满足中高剪切黏度下喷涂施工性的要求，因此本体系使用BKK3020和BKTQ308协同构建水性车底防护胶的分散增稠体系。
3水性车底防护胶与市售溶剂防护胶的性能对比
本文研究制备的水性车底防护胶与国内热销的某品牌溶剂型防护胶的性能对比，如表6所示。
据上表数据显示，与市售溶剂型防护胶相比，水性车底防护胶的抗石击性、阻尼性、剪切强度、耐盐雾性、燃烧性、附着力和耐水性等表现优异，在产品的VOC、气味性、安全环保方面，水性车底防护胶更是具有无可比拟的优势。其固体份高、抗流挂性好，能够快速达到施工膜厚要求。同时我们也看到，水性胶的室温固化时间略长，这主要是由于水比一般油性溶剂更难挥发。但实际应用中，水性车底防护胶是在总装车间或者售后4S店使用，室温自干20min后即可不影响车辆正常使用。
4结语
本项目研究的水性车底防护胶是一款多功能复合的绿色环保胶粘剂，其抗石击、阻尼、防腐、耐水、VOC等物性指標均优于市售溶剂型车底防护胶。该产品为单组份体系可直接使用无需复配，施工简单、高效，而且整个过程中没有异味和有毒物质挥发。目前已成功应用于汽车4S店和各大主机厂，深受顾客青睐;随着人们环保意识的增强及对乘车环境要求的提高，水性车底防护胶将成为机车底盘防护的最佳选择之一。
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