Создание более качественных лакокрасочных покрытий для автомобилей с помощью бутират ацетата целлюлозы (CAB)
В настоящее время в США зарегистрировано около 280 миллионов транспортных средств, и, по оценкам, это число будет продолжать расти. По мере того, как на дорогах появляется все больше транспортных средств, неизбежно будет появляться и больше транспортных средств, требующих ремонта из-за износа и столкновений. Таким образом, современные лакокрасочные материалы для ремонтной окраски автомобилей разработаны таким образом, чтобы безупречно восстанавливать визуальную эстетику и как можно быстрее затвердевать, обеспечивая быстрое выполнение работ. Как и многие другие составы для покрытий, составы для автомобильных лакокрасочных покрытий с годами эволюционировали и стали изготавливаться в основном на водной основе с низким содержанием ЛОС в связи с сокращением экологического вреда природе и здоровью населения.
В таблице приведены некоторые распространенные на сегодняшний день на рынке системы лакокрасочных покрытий для автомобилей, а также основные требования к эксплуатационным характеристикам, предъявляемые рынком. CAB = бутират ацетата целлюлозы, TPA = термопластичный акрил, HDI = гексаметилендиизоцианат.
Многие из перечисленных выше требований к эксплуатационным характеристикам покрытий вытекают из процесса покраски автомобилей. Например, поскольку большинство автомобильных лакокрасочных покрытий наносятся автомастерскими и ремонтными центрами, которые не располагают заводским сушильным оборудованием, доступным производителям, состав лакокрасочных покрытий должен обеспечивать более быстрое испарение растворителя или повышение твердости при относительно низких температурах. Это также необходимо, поскольку детали могут содержать термочувствительные узлы и нагрев кузова автомобиля более 80 градусов очень опасен.
Бутират ацетата целлюлозы (CAB) — ключевой ингредиент, который в приведенных выше рецептурах используется в качестве связующего или добавки для улучшения производительности и внешнего вида, а также для обеспечения совместимости с системами с низким содержанием ЛОС. Впервые разработанные в 1930-х годах, эти продукты на растительной основе (целлюлоза-древесина) стали неотъемлемой частью многих составов покрытий, в которых приоритетное внимание уделяется производительности, внешнему виду и экологичности.
Как используются CAB (целлюлоза) в рецептурах для покрытий рефиниша?
CAB обогащают рецептуры автомобильных лакокрасочных покрытий за счет изменения реологических свойств, снижения поверхностного натяжения, относительно высокого Tg и быстрого увеличения вязкости после отверждения. Эти свойства помогают формировать более гладкие пленки с улучшенным временем высыхания на ощупь, улучшенным визуальным качеством и более высокой прочностью.
Улучшающие реологические свойства CAB и их относительно высокая Tg ускоряют высыхание базовых и финишных покрытий на ощупь за счет эффективного утолщения пленки и придания ей более высокой видимой твердости. Это ускоряет процесс покраски и позволяет покрытию быстрее высыхать и снижает вероятность образования пыли и грязи при испарении растворителя. В базовых покрытиях CAB помогают изменять реологические свойства, что позволяет металлическим пигментам ориентироваться таким образом, чтобы обеспечить максимальную отражательную способность и улучшить внешний вид металла. Как в базовых, так и в финишных покрытиях САВ улучшают визуальное качество за счет улучшения текучести и выравнивания поверхности, а также снижения поверхностного натяжения, устраняя тем самым дефекты поверхности. Они также повышают долговечность, благодаря химической структуре полимера CAB, который обеспечивает высокую устойчивость к атмосферным воздействиям и пожелтению. CAB также предотвращают миграцию растворителя и его повторное растворение из верхнего слоя, лучше сохраняя цвет и внешний вид базового покрытия. Для современных составов покрытий, основанных на использовании воды и технологии с низким содержанием ЛОС, были разработаны специальные составы CAB, которые обеспечивают растворимость в смесях вода/растворители и в растворителях с низким содержанием ЛОС и без него.
Подводя итог, можно сказать, что кузовные мастерские и составы ЛКМ получают следующие преимущества от Целлюлозы:
— Более быстрое высыхание за счет уменьшения времени высыхания на ощупь
— Улучшенный внешний вид и уменьшение дефектов поверхности
— Более высокая стойкость цвета базового покрытия благодаря стойкости к повторному растворению базового покрытия
— Совместимость с составами с низким содержанием ЛОС.
— Более быстрое высыхание на ощупь и более высокая первоначальная твердость
Как уже упоминалось, процесс отверждения лакокрасочных покрытий относительно ограничен по сравнению с оригинальными покрытиями, поскольку кузовные мастерские не могут использовать высокую температуру для ускорения испарительного отверждения. Таким образом, лакокрасочные покрытия должны быть разработаны таким образом, чтобы они быстрее высыхали, что позволяет выполнять больше работ по отделке в день. CAB способствуют быстрому повышению вязкости при отверждении системы покрытия, обеспечивая быстрое высыхание на ощупь, что позволяет быстрее выполнять покраску. Данные на фото показывают, что нанесение верхнего слоя на основе акрилового полиола сократило время высыхания на отлип на 25 % по сравнению с аналогичной системой без CAB. Время высыхания, установленное с помощью CAB, также на 33 % превысило отраслевые стандарты.
CAB также способствуют повышению твердости на ранних стадиях отверждения, что обеспечивает лучшую стойкость к повреждениям. На фото приведены данные для сравнения предыдущих систем акрилполиоловых покрытий, одна из которых содержала 10 % CAB, а другая — нет. В данном случае верхний слой, содержащий CAB, приобрел более высокую твердость сразу после выпекания при температуре 60 °C в течение 30 минут, чем верхний слой без CAB, даже через восемь часов. Добавление CAB также увеличило срок жизнеспособности готовой смеси.
Улучшенный внешний вид
Помимо защиты материалов, из которых изготовлен автомобиль, одной из основных функций автомобильных лакокрасочных материалов является восстановление или улучшение эстетического вида автомобиля. CAB используются в качестве текучих и выравнивающих добавок в базовых и финишных покрытиях для автомобильных лакокрасочных покрытий, чтобы уменьшить дефекты и неровности поверхности, одновременно увеличивая блеск и четкость изображения. Тестовые образцы составов верхнего слоя были изготовлены с CAB и без CAB, как показано на фото.
При макроскопическом исследовании верхние слои, содержащие CAB, имели гораздо более гладкий внешний вид. Тестовые панели продемонстрировали повышение четкости изображения, которое обеспечивает лаковое покрытие, — важное визуальное качество, связанное с внешним видом автомобиля.
Визуальное качество также обусловлено эффектом, который обеспечивают металлические пигменты в базовых покрытиях для автомобилей. Металлические пигменты отвечают за изменение цвета в зависимости от угла обзора, известное как эффект блика (флоп-эффект). Они также максимизируют отражение света, повышая блеск и привлекательность покрытия. Когда в состав базового покрытия входит Целлюлоза, она помогает ориентировать чешуйки металлического пигмента под углами, соответствующими более высокому коэффициенту рассеивания, и оптимизированы для отражения большего количества света. Данные на фото представляют собой микроскопические изображения тестовых панелей, содержащих базовые покрытия и прозрачные покрытия с CAB и без CAB.
Анализ показал значительное улучшение ориентации частиц и флоп эффекта в базовом покрытии и прозрачном покрытии, содержащем CAB. Оптимизированная ориентация пигмента и улучшение ФИ также могут привести к снижению стоимости пигмента в рецептурах, обеспечивая тот же металлический эффект при меньшем количестве пигмента.
При нанесении верхнего слоя на базовый слой всегда существует риск повторного растворения базового слоя под действием верхнего слоя, что негативно сказывается на внешнем виде, а именно из-за дезориентации пигментов базового слоя. CAB обеспечивают устойчивость к повторному растворению, предотвращая миграцию растворителя из верхнего слоя в базовый. На фото показаны СЭМ-изображения, полученные на границе раздела образцов верхнего слоя и базового покрытия, где один образец верхнего слоя и базового покрытия содержал CAB, а другой — нет.
Поверхность образца без CAB выглядит заметно более размытой и имеет более нарушенное распределение пигмента из-за миграции растворителя из верхнего слоя в базовый.
На макроскопическом уровне влияние CAB на стойкость к повторному растворению более наглядно видно на фото.
Здесь испытуемые панели были покрыты базовым покрытием зеленого цвета с металлическим отливом и финишным покрытием, приготовленным с использованием CAB и без его использования. Базовое и финишное покрытие без CAB имело плохую консистенцию и проявление цвета, а также неоптимальную ориентацию чешуек из-за разбавления и дезориентации пигментов в базовом покрытии.
Резюме
Современные автомобильные лакокрасочные покрытия должны быть разработаны таким образом, чтобы свести к минимуму время простоя во время отверждения, обеспечить максимальное визуальное качество и соответствовать требованиям экологичности. Когда бутираты ацетата целлюлозы добавляют в составы базовых и финишных покрытий для автомобилей, они значительно сокращают время высыхания на ощупь и улучшают выравнивание, ориентацию пигмента и стойкость к повторному растворению базового покрытия. Некоторые CAB также изготавливаются с высоким уровнем биосодержания и обеспечивают совместимость с системами на водной основе и с низким содержанием ЛОС.
И напоследок вопрос от Секретов тем, кто дочитал эту статью до конца. Не замечаете ли вы некоторые противоречия в утверждениях автора по поводу свойств Целлюлозы CAB?