Guangzhou Fenhong Chemical Industry Co., Ltd.
PVC防石擊涂料及其性能特點汽車在高速行駛過程中，公路上的碎石泥沙會因為車輪的高速轉(zhuǎn)動作用而以較大的速度沖擊車輛的底盤、擋泥板等部位，造成受沖擊部位底漆的漆膜成碎片脫落，脫落漆策的金屬會由此而發(fā)生腐蝕，整個車體也會因此從底部開始發(fā)生嚴重的銹蝕而破壞。以往我國汽車涂裝業(yè)用廉價的瀝青類涂料作車底涂料，因此，發(fā)生車身早期腐蝕的現(xiàn)象十分嚴重。80年代初，上海汽車工業(yè)與西德大眾公司合資引進了桑塔納牌轎車生產(chǎn)技術(shù)，同時也使用了從西德進口的PVC防石擊涂料。PVC防石擊涂料主要是通過涂膜的緩沖作用、內(nèi)耗作用和耐沖作用來達到抗石擊目的。即：依靠涂膜的厚度及彈性，延長沖擊力的作用時間，減少沖擊力；依靠涂膜的粘彈性，將一部分沖擊能轉(zhuǎn)換成熱能而消散；依靠涂膜的強韌性，使涂膜能經(jīng)受剩余沖擊能的作用而難以破壞，但涂膜要達到上述作用必須符合以下幾個條件：涂膜玻璃化溫度轉(zhuǎn)變區(qū)和使用溫度范圍（即石擊時的材料溫度）要盡可能一致。
在使用溫度范圍內(nèi)涂膜有較高的阻尼值。
涂膜有較大的抗張強度和斷裂伸長率。
涂膜應(yīng)能容易施工成較厚的涂層。
要滿足以上條件，僅依靠PVC糊本身所具備的優(yōu)良性能還是遠遠不夠的，必須通過改性。在引進的PVC防石擊涂料的配方中，添加了英國ICI公司生產(chǎn)的WirmofilSPT粉料助劑，該助劑對于PVC防石擊涂料的改性具有十分重要的作用。SPT粉料助劑其實是粒徑為50~90mn，晶形呈球狀或立方體狀的納米級活性碳酸鈣。這一重要發(fā)現(xiàn)，使科研人員認識到納米級活性碳酸鈣具有賦予PVC防石擊涂料特殊性能的功能。
納米碳酸鈣在PVC防石擊涂料中的功能納米碳酸鈣由于其納米尺寸效應(yīng)，大的比表面積，表面原子處于高度活化狀態(tài)以及與聚合物有很高的界面相互作用，當添加于PVC防石擊涂料中后，使涂料獲得特殊的改性功能。
展寬玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)范圍，呈現(xiàn)較高阻尼值涂料是一種具有粘彈性應(yīng)力一應(yīng)變行為的物質(zhì)，從涂料動態(tài)力學性能曲線中，可以得到材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg*Tg表明粘彈性物質(zhì)從高模量、高抗張強度、低伸長率的玻璃態(tài)向低模量、低抗張強度、高伸長率的橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。在低于Tg時，熱能不足以使聚合物鏈段作整體運動，只允許原子在平衡位置附近運動，呈現(xiàn)了高模量和低阻尼，任何形變都有可能引起化學鍵的扭曲和斷裂，因此抗石擊性差；當溫度逐漸升高時，鏈段運動逐漸解凍，當溫度接近Tg時，模量迅速減小，阻尼增加，沖擊能可以轉(zhuǎn)化成熱能而消散，此時涂料有較好的抗石擊性；當溫度超過Tg時，鏈段可自由運動，此時模量減小，阻尼也減小，低模量的材料強度降低，石擊時就出現(xiàn)在沖擊點直接穿透涂膜的現(xiàn)象。因此，通常希望石擊時的材料溫度與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg―致或接近，但出現(xiàn)這樣機率的范圍較窄。如果設(shè)想將玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)的溫度范圍拓寬，那么呈現(xiàn)較好抗石擊性的溫度范圍也就擴大，抗石擊性能也就會越好。人們將加有大量納米碳酸鈣和未加納米碳酸鈣的增塑PVC材料的動態(tài)力學性能進行比較研究，發(fā)現(xiàn)納米碳酸鈣的加人使模量和玻璃化溫度提高，并大大展寬了玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)的范圍，同時使材料在很寬的溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)較高的阻尼值（見）。這是由于分散于涂料中納米碳酸鈣顆粒極其細小，在一定體積分率下，粒子數(shù)急劇增加，粒子間平均距離縮小，任何兩個粒子進人相互吸引區(qū)的機會迅速增加，導(dǎo)致粘度增加。當材料受到外力沖擊作用時，大量顆粒質(zhì)點之間的滑動增加了材料的內(nèi)摩擦（阻尼），這種內(nèi)摩擦將吸收較多的沖擊能使之轉(zhuǎn)化為熱能而消散，體現(xiàn)在較大的溫度范圍內(nèi)有較高的阻尼值。
增塑pvc材料的動態(tài)力學曲線賦予可觀的觸變性PVC防石擊涂料為了適應(yīng)抗石擊、防腐蝕的需求，涂膜希望具有柔性和厚度，因為柔性的厚涂膜有緩沖作用，能延長石擊的作用時間，即降低涂膜的應(yīng)變速率，減少石擊的作用力，但厚涂膜需要厚漿涂料，厚漿涂料的粘度往往比較大，造成涂裝施工困難，這在轎車生產(chǎn)涂裝線上矛盾更為突出，不僅要求厚涂，還要求做到易噴、不沉底、流平性好、不流掛等。這些要求近乎苛刻又互為矛盾。但如果能做到涂料在低剪切速率或靜止狀態(tài)下具有高粘度，即可防止涂料沉底和流掛；而在高剪切速率下，粘度能明顯變低，就能易于噴涂流平。涂料的這種性能稱為觸變性，而采用納米碳酸鈣可以很好地滿足這一性能要求。
納米碳酸鈣具有巨大的比表面積，且經(jīng)過了特殊的表面處理，當添加量達到一定用量之后，分散于涂料中的納米碳酸鈣粒子會由于范德華力作用形成一種絮凝結(jié)構(gòu)（一種疏松的、粒子相互連結(jié)而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）。這種絮凝狀態(tài)是可逆的。當涂料處于靜止狀態(tài)時，可以保持這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，涂料的粘度較大，形成抵抗外力破壞的能力；當外界的攪動力超過了涂料的屈服值后，攪動力破壞了粒子間的結(jié)合力，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)便遭到破壞，納米碳酸鈣粒子成分散狀態(tài)，粘度突降；在外部則表現(xiàn)為流體內(nèi)部相互間的滑動，使得涂料的流動性增強。當外力消失后，絮凝狀態(tài)重新恢復(fù)，粘度又突增。這一特性，使PVC防石擊涂料具有了明顯的觸變性，而采用普通輕質(zhì)碳酸鈣則難以達到……
提高抗張強度、斷裂伸長率以及屈服應(yīng)力普通碳酸鈣的表面性質(zhì)是親水疏油，在高聚物內(nèi)部分散性極差，另外它不能與高聚物產(chǎn)生化學結(jié)合，不能起補強作用，只能起填充增容的作用，所以它的添加或多或少地降低涂膜的抗張強度，使斷裂伸長率減少，而納米碳酸鈣由于其納米尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、體積效應(yīng)以及表面的活化改性，使其與高聚物的接觸界面大大擴大，表面活性更加顯著，與高聚物間的結(jié)合力進一步增強，同時改善了納米碳酸鈣在涂料中的分散和流動性。納米碳酸鈣經(jīng)表面活化處理，使粒子與涂料界面之間形成一個彈性過渡層，可有效地在高模量無機填料和低模量有機基料的界面區(qū)間傳遞和松弛界面上的應(yīng)力，更好地吸收與分散外界沖擊能，避免因應(yīng)力集中而導(dǎo)致的破壞，該彈性過渡層還具有可撓性，從而提篼了涂膜的抗張強度、斷裂伸長率以及屈服應(yīng)力。此外，納米碳酸鈣對提高PVC防石擊涂料的熱穩(wěn)定性、耐老化性、光澤度以及涂膜的表面硬度等同樣具有不容忽視的作用。
結(jié)束語進人二十一世紀以來，納米材料的開發(fā)與應(yīng)用已成為科技工作者的研究熱點，其中在涂料中的應(yīng)用就是眾多研究方向之一。納米材料是一種高科技產(chǎn)品，納米材料在涂料中的改性也不同于一般材料在涂料中的應(yīng)用，是一項高新技術(shù)，還有許多未知的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域需要我們?nèi)ヌ剿?，還有許多應(yīng)用技術(shù)難關(guān)需要我們?nèi)スタ耍蝗葜靡傻氖侵灰茖W地應(yīng)用納米材料，肯定能提篼涂料性能和賦予涂料特殊的功能，納米碳酸鈣材料在涂料改性中的應(yīng)用前景將是燦爛輝煌的。
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