聚氨酯涂料是首选的技术性能、美丽和低温固化的特点在汽车外部应用程序。双组分聚氨酯涂料在本质上是自我修复由于其独特的化学,和他们提供的内在优势,满足客户和市场需求。这些优势包括:
·高反应活性和充分交联,即使在低温固化;
·良好的耐化学性和天气稳定;
·硬度、韧性和弹性聚氨酯和尿素结构;
·氢键,使热塑性流来缓解压力和允许自我修复的缺陷;
·最下面的一层兼容性;
·高固体/低挥发性有机化合物;和
·取悦光学特性——一个高光泽或“湿看。”
的三个主要的司机今天涂料市场的产品开发环境、效率和质量。更严格的环境法规鼓励采用发展与高固体涂料,减少挥发性有机化合物的仪器。来抵消原材料成本的上升,需要更多的油漆过程的效率,导致更快的固化系统和减少漆层。质量是一个重要的需求客户期望高水平的性能,特别是对于划痕和耐化学性。
新一代的聚氨酯原料生产一种灵活的、但高度交联聚氨酯涂料开发满足这些市场驱动。
聚氨酯涂料:实验确定
一个OEM聚氨酯实验是由异氰酸酯与丙烯酸多元醇的反应。OEM烘烤条件130 - 140°C约30分钟,但也反应在较低温度下进行,这意味着涂料underbake条件不敏感。聚氨酯实验可以使用在许多类型的最下面的一层,可以制定高固体和低VOC。聚氨酯结构赋予涂层良好的耐化学性和耐气候性,以及硬度、韧性和弹性。聚氨酯化学的一个独特的方面是,氢键作为一个额外的交联,但是也允许将热塑性流来缓解压力,使自我修复的缺陷。
基本结构软段的聚氨酯涂料特性,基于多元醇,为涂料的灵活性和弹性(图1)。还有一个高密度聚氨酯硬段,使涂层硬度和韧性。聚氨酯涂料的性能取决于所使用的原材料的组合配方。聚异氰酸酯是用于双组分系统或单组分(阻塞)系统。多元醇hydroxy-functional材料,如丙烯酸、聚酯和聚醚。
实现自我修复:理论
有两个主要类别的划痕,破坏变形和断裂划痕(图2)。破坏变形的例子包括洗车划痕或任何其他变形事件,不会导致美白(断裂)的槽,但可塑性变形实验确定。这种类型可以回流加热到足够的温度。一个关键,另一方面,是骨折的一个例子。这不能逆转的损害暴露实验温度升高。创建一个聚氨酯系统恢复的潜力从划痕,交联密度增加,同时保持玻璃转变温度,或Tg,低。(Tg的温度是一个非晶态固体,如聚合物,变得软,开始回流。)由于聚氨酯体系的灵活性,当涂层破坏了债券拉伸——但不是真的坏了。加热时,例如当一辆汽车坐落在阳光下,债券回到原来的形状。
在实践中实现自我修复,
拜耳材料科学发展新原材料灵活,但高度交联聚氨酯涂料的自愈性能。这些自我修复实验测试了福特使用nanoscratch测试仪(望远镜),由一个金刚石触针从左到右与增加负载。力骨折和mar变形值的测量剖面由望远镜。对于这个测试,三聚氰胺丙烯酸硅烷系统是用作控制。望远镜的结果表明,聚氨酯系统需要的部队数量比控制裂缝。福特也使用一个内部宏观抓机配备了四个不同大小的建议从27个微米到460微米。一系列的划痕是用每一个抓提示使用常数负载大小。图4所示的划痕是用460微米划痕提示以恒定负载39牛顿和1毫米/秒速度。想象一个犁槽。槽是清楚地看到在左边的视图,但回流后,槽的深度和能见度显著降低。减少槽深度不那么引人注目的控制样本(图5)。
应用实例
实验室检测是进行汽车整修表面的例子,OEM和塑料实验证明新聚氨酯原材料支持改善耐擦伤性的理论。汽车修补
汽车修补系统完成洗车Amtec基斯特勒公司的10个周期。洗车后的保光性是衡量测试;然后同样的系统被加热了两个小时在60°C和保光性测定。
拜耳整修表面形成基于聚丙烯酸酯多元醇(PAC - 1)和低粘度三聚物被用作控制。这种控制与使用高功能的配方脲基甲酸盐/聚丙烯酸三聚物的反应相同。也与第二个配方基于脲基甲酸盐/聚丙烯酸三聚物和商业(PAC 2)。
脲基甲酸盐/三聚物时代替使用的低粘度三聚物控制配方,改善最初的耐擦伤性是25%以上。PAC 2,随着新的脲基甲酸盐/三聚物,最初的耐擦伤性提高了近40%。虽然有自愈的控制实验,证明了改进的保光性略高于20%的复苏实验确定基于新的交联剂控制多元醇40%以上更好,和商业多元醇50%以上比最初的光泽的控制。
OEM实验确定
3月阻力和自我修复的效果也使用汽车OEM实验进行了测试。在这种情况下,实验使用福特挠crockmeter方法和抛光纸。控制是一个拜耳指南制定基于丙烯酸多元醇(PAC 3)和常规HDI三聚物。
组合测试包括PAC与新脲基甲酸盐3三聚物,一个优化的聚丙烯酸酯多元醇(PAC 4) /聚碳酸酯二醇混合与传统HDI三聚物,脲基甲酸盐/三聚物和高功能。最初的抗划伤改善传统三聚物时,取而代之的是脲基甲酸盐三聚物,进一步提高如果PAC与二醇混合coreactant 3取代。
最好的保光性是实现组合的脲基甲酸盐/三聚物与PAC 4 / PC二醇coreactant。复苏后两个小时60°C几乎100%的pre-abrasion光泽。
塑料实验确定
一个汽车实验制定一个塑料衬底也将通过洗车Amtec基斯特勒公司设备。控制是一个拜耳指南制定基于聚酯多元醇(PES 1)与低粘度随着交联剂三聚物。这些结果与配方相比,低粘度三聚物与脲基甲酸盐/三聚物取代。取代高功能的脲基甲酸盐/三聚物的低粘度三聚物转化为保光性的增加大约20%的初始抓挠后,与复苏回流后大约有95%的原来的光泽。
耐溶剂性对二甲苯、甲基乙酸丙酯、乙酸乙酯和丙酮为这些涂料急剧增加的替换低粘度的脲基甲酸盐/三聚物三聚物。作为参考,一个灵活的聚酯纤维交联与传统的人类发展指数三聚物具有良好的抗划伤,但非常贫穷的耐溶剂性。新配方提供了一个灵活的薄膜,具有优秀的耐擦伤性和优良的耐溶剂性。
结论
而聚氨酯涂料在本质上是自我修复由于独特的化学、新的原材料由拜耳材料科学的提高这个属性。这对汽车整修表面的例子已经证明,OEM和塑料实验确定。例如,福特实验室macro-scratch /轮廓测定法测试的结果表明,聚氨酯系统显示更多的划痕深度恢复与控制OEM实验确定。此外,nanoscratch方法表明,聚氨酯系统需要的部队数量比控制OEM实验确定骨折。
基于这些结果,这显然是一种很有前途的技术,为各种应用程序无论消费者将继续获得动力希望保留初始质量和美容产品的购买。
确认
马克•尼科尔斯(福特汽车公司);帕特里夏·雅各布斯和迈伦。谢弗(拜耳材料科学);马库斯Mechtel和托马斯·Klimmasch(拜耳材料科学AG)。
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