纳米碳酸钙在抗石击涂料中的应用

汽车在行驶时底盘容易受到撞击和剐蹭，破坏表层涂料从而腐蚀钢板，故需要高效的抗石击涂料喷涂车底。汽车底盘涂料要求特殊的流变性能、力学性能与金属底盘的粘合性能等，且汽车底盘漆在施工喷涂过程中要求做到易喷、粘度低、流动性好，同时在施工后要求粘度大，防止流挂，故对涂料的配方有很高的要求。

近年来，随着新型抗石击涂料的不断研发，纳米碳酸钙作为改性剂与填充剂已应用到不同体系的抗石击涂料中。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，当应用于汽车底盘抗石击涂料中后，使涂料获得补强性、透明性、触变性、流平性等改性性能，可有效提高抗石击涂料的耐冲击性、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。目前抗石击涂料主要分为沥青体系、PVC塑溶胶体系、聚氨酯弹性体系、聚酯体系及丙烯酸体系，纳米碳酸钙在各体系中的应用情况也各不相同。

1.在沥青体系抗石击涂料中的应用

沥青型涂料是最早应用于汽车底盘的抗石击涂料，其主体为石油炼制后的沥青残渣，具有原料来源广、价格低廉的特点。

添加纳米碳酸钙后的基体材料的分子链原有空间被占据，使得相连的链段在某种程度上被固定化，固化后，依靠涂层的粘弹性，将一部分冲击能转换成热能而耗散；依靠涂层的强韧性，使涂膜能经受剩余冲击能的作用可有效抵挡石子对底盘的冲击。

将纳米CaCO3、SBR及沥青基料熔融共混形成有机-无机颗粒网络，纳米碳酸钙在沥青中均匀分散，纳米CaCO3改性沥青性能的影响表现为渗透率降低、软化点增加和延展性降低，低温下的抗形变能力显著提高，这可能归因于填充纳米CaCO3后流变性增强。

但是沥青体系抗石击涂料抗腐蚀、耐水及施工性能优良，但力学性能较差，无法满足高性能抗石击涂料对温域及弹性的要求。改性沥青涂料致密性好，且耐化学腐蚀，多用于工业中，但是由于改性物并未与沥青发生化学反应，只是均匀分散在沥青中，故密度、溶解度等性质差异明显，使得涂料体系并不稳定，且由于沥青是直接从原油中提炼而成的，分解产生大量对人体有害的小分子含硫、氮化合物，如蒽、砜、噻吩、联苯等，汽车报废后还会污染环境，目前应用于抗石击涂料中较少。

2.在PVC体系抗石击涂料中的应用

目前国内汽车抗石击涂料以PVC溶剂体系为主。PVC体系抗石击涂料基料为聚氯乙烯树脂，其是一种固体成分可达95%以上的膏状物质(挥发性物质＜5%)，相比于沥青涂料弹性好、强度高且耐温性更好，是目前技术成熟且使用最广的抗石击涂料。汽车涂装会使用PVC涂料密封，起到减震、抗噪和抗石击的作用，通常将纳米碳酸钙用作高档轿车底盘PVC漆的功能性填料，不仅降低了成本，而且可提高喷漆固化速度和PVC漆的抗冲击强度；另一方面，经表面处理剂处理过的纳米碳酸钙的加入对PVC塑溶胶有较明显的改性作用，改性后的涂料涂膜玻璃化转变区变宽，且损耗因子有所增加，尤其高温区的损耗因子增加较多，使得阻尼性能增强。

有研究表明，添加在涂料中的纳米碳酸钙粒子在静止或低剪切速率下，稳定的网状絮凝结构表现出高粘度；当外力超过涂料屈服值的高剪切力时，网状结构被破坏，纳米碳酸钙聚集体由絮凝状态变成分散状态从而增强流动性，粘度迅速减小；停止剪切后，网状絮凝结构恢复，涂料体系粘度迅速升高，从而实现结构的可逆转化。

将纳米碳酸钙及其他有机改性剂、增塑剂及热稳定剂等经捏合、反应、细辊等工艺后，活性纳米碳酸钙粒子表面的羟基使表面原子的活性增大，并与基体树脂及其它组分产生较强的界面相互作用从而可以提高PVC抗石击涂料的低温柔韧性、触变性和高温抗黄变性，涂料可于210℃下烘烤不起泡、开裂和脱落，可提高涂装效果和使用寿命，同时成分中在二氧化硫发生器也避免了铅盐类热稳定剂，生产过程更加环保。

活性纳米碳酸钙的种类对流挂有很大的影响，触变比越高的纳米碳酸钙其抗流挂性更佳，且提高纳米碳酸钙的含量其抗流挂性更为明显，但是过量的纳米碳酸钙粒子其聚合性太强会影响涂料的粘度，反而不利于喷涂施工。

有研究将19%的纳米活性碳酸钙(SPT)搅拌捏合制备出能适用于普通车辆和坦克的特种PVC抗石击涂料，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，纳米碳酸钙会发生团聚，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，而且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。

由于PVC抗石击涂料涂装过程中需经过高温塑化阶段，存在溶剂挥发损失及能耗高的问题，故应研发低温烘烤的PVC抗石击涂料；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，严重污染环境，因此，研发新型环保抗石击涂料将是今后的趋势。