纳米碳酸钙 在抗石击汽车底涂料方面应用及研究进展综述

汽车在行驶中，车底和车轮挡泥板等处经常受到泥砂、碎石和污水等的撞击和冲刷。一般的涂料很容易损坏，从而失去防护能力，使这些部位很快腐蚀。因此，在这些部位须采用抗石击涂料。

抗石击车底涂料是具有耐砂石冲击和防腐蚀性能的汽车涂料，其抗冲击性能和防腐蚀性能的形成和放大主要看涂料“配方”有没有“营养”，是否加“钙”。

目前，碳酸钙已经在PVC系列、聚酯系列、丙烯酸系列的抗石击车底涂料中成功应用。纳米碳酸钙具有量子尺寸效应、表面效应、表面原子处于高度活化状态以及与聚合物有很高的界面相互作用等特性，应用于汽车底盘涂料中，使涂料获得补强性、透明性、触变性、流平性等改性性能，可有效提高抗击打涂料的耐冲击性、附着力及其他各项指标，而且纳米碳酸钙作为廉价的填料，大大降低了生产成本。

通常，PVC抗石击车底涂料主要是由PVC树脂、增塑剂、颜料、填料和其他助剂组成，必需具有特殊的流变性能、低温塑化性能、力学性能、与金属底盘的粘合性能等。纳米碳酸钙在PVC抗石击车底涂料中的使用, 不仅作为填料，同时是一种改善流变性能的助剂使用，因此，对碳酸钙提出了如下触变性的要求。

(1)良好的剪切稀化效应。(2)良好的触变性能。(3)具有较高的屈服应力。

01不同的量硬脂酸表面处理对触变性的影响

分析数据得知，加3%、3.5%、4%、5%的硬脂酸处理时，触变环面积、屈服值依次减小，宾汉黏度轻微下降。这是因为随着表面处理剂增加，吸油值降低，多余的硬脂酸起到了润滑和增塑作用，降低了触变性。

02不同的表面处理剂对触变性的影响

分析数据得知，加4%月桂酸、棕榈酸、1801、1899处理的纳米碳酸钙的触变环面积、屈服值依次增大，因为它们C链依次变长，同时绕在粒子之间，形成网状结构能力加强，碳链长与粒子之间的作用力大，所以增加触变性和屈服值。由于C链变长，分子之间的运动阻力变大，所以宾汉黏度变大。

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不同比表面积的碳酸钙对触变性的影响

通过控制碳化温度和浓度，得到几个比表面积，采用1801型硬脂酸(用量4%)对碳酸钙进行表面处理。

分析数据得知，随着粒子的比表面积的增大，纳米PCC的粒径减小，触变环面积、屈服值、宾汉黏度增大。因为比表面积大的碳酸钙，粒子之间的作用力大，可以得到非常大触变环面积、屈服值，所以影响触变性的最大因素是纳米PCC的比表面积大小。

01涂料生产工艺优化

核工业二0三研究所技术开发部发明了一种汽车PVC抗石击车底涂料及其制备方法，得到的碳酸钙表面原子的活性增大，与基体树脂及其它组分产生较强的界面作用，提高了PVC车底盘涂料的低温柔韧性、触变性和高温抗黄变性，涂料可于210℃下烘烤，不起泡，不开裂，不脱落，提高了涂装效果和使用寿命，也可避免添加铅盐类热稳定剂，生产过程更加环保。

02环保型抗石击车底涂料

由于PVC膜基料通常分散于烃类、醇类、酮类等有机溶剂中形成粘稠液体，以便于施工，但喷涂过程中需经高温塑化，溶剂损失和能耗都较大。而且PVC中含有大量的氯，当汽车底盘报废回收时，会产生大量的氯化氢气体，环境污染严重。所以，研发低温烘烤的PVC车底盘涂料和环保型抗石击车底涂料是市场所需。

糜万俊等搅拌捏合19%的纳米活性碳酸钙(SPT)制备出能适用于普通车辆和坦克的特种PVC抗石击车底涂料，克服了PVC涂料需要溶剂的缺点，并起减震、隔热、密封的新功能，涂层厚度可达3mm不流淌。在改性的作用下，因纳米碳酸钙的纳米效应会发生团聚，因而涂料粘度较高，不会产生流挂，利于涂料喷涂，即触变性得到了改善。实际应用中，纳米碳酸钙粒子与涂料界面的弹性过渡层可更好的吸收与分散外界冲击能，完全符合并超过国外标准，可替代进口产品。

01聚酯体系

聚酯是由二元醇或多元醇和二元酸或多元酸缩聚而成的高分子化合物的简称，其树脂作为成膜物质，具有很好的综合性能，其漆膜物化性能优良，具有附着力好、硬度高、耐候性好、耐老化及耐腐蚀等特点。

纳米碳酸钙用在涂料中增加耐摩擦、光泽度和耐候性等性能，同时可适当提高涂料的附着力。Mohammadreza等将硬脂酸改性的纳米碳酸钙填充于聚酯环氧混合物中，制得可替代传统溶剂涂层的粉末涂料，其中纳米碳酸钙对聚酯环氧树脂的固化反应起到催化作用，大大缩短了固化时间。另外，与纯混合树脂涂料相比，填充纳米碳酸钙不仅可扩大基料交互区域，而且颗粒表面亲水结构可促进涂料与基材的粘连，使其硬度和粘附力显著增加，非常适合喷涂于汽车金属。

此外，聚酯涂料以水作溶剂，其表面张力高，蒸发潜热大，施工时对环境湿度要求高，具体应用可从其配方来改进。

02丙烯酸体系

丙烯酸抗石击车底涂料主要是以丙烯酸酯类单体共聚反应得到的丙烯酸树脂为主体，加入填料和助剂配制而成，是一种合成树脂乳液。相比于目前应用最多的PVC塑溶胶体系和聚氨酯弹性体车底涂料，苯丙乳液以水为主要溶剂，VOC(挥发性有机物)含量极低，避免了溶剂易燃、有毒的缺陷，而且耐酸碱、耐水、耐冲击性能好，是—种新型的抗石击车底涂料。

潘峥嵘发明了以聚合度为40~80的丙烯酸树脂为基料的抗石击车底涂料，其中在乳液体系中填充5~15份的纳米碳酸钙，在保证涂料高光性的前提下可使初乳液与基料良好相容，而且涂层具有较好的层间附着力，容易施工成较高厚度的涂层，显著提高了耐刮擦性能，同时燃烧时可形成致密的碳化层，阻燃效果明显。

尾矿中各种重金属的固定效果。

结语
纳米碳酸钙作为相对廉价的填料，大大降低了涂料的生产成本，不过这不是纳米碳酸钙的全部价值。纳米碳酸钙的补强性、透明性、触变性、流平性等改性性能都是涂料可以挖掘的价值点。随着多类汽车涂料的用量也在不断增长，以聚酯、丙烯酸等体系为代表的抗石击，耐擦洗水性涂料迅速发展已成趋势，而纳米碳酸钙作为无机填料可对树脂基料进行填充与改性，具有广阔的高端应用空间。

参考来源：

姚理修，等：纳米碳酸钙在PVC汽车底涂体系触变性的研究，青州宇信钙业股份有限公司

陈坤，等：纳米碳酸钙在汽车抗石击涂料中的应用，湖北工业大学湖北省研究生工作站

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