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水溶性丙烯酸氨基烤漆的研究

来源:浙江化工科技集团有限公司 作者:管仲达,姚汉清 时间:2012-09-14 点击:
导读:介绍了一种水溶性丙烯酸氨基烤漆的制备、性能和用途,讨论了氨基树脂的用量对漆膜性能的影响,特别讨论了改进漆膜表面缺陷的方法。
0 前言
随着各国对环保要求的日趋严格,人们对传统涂料中有机挥发物(VOC)的含量越来越关注。传统的溶剂型涂料在应用时有大量溶剂进入大气,不但造成严重的环境污染, 还造成资源的极大浪费。目前,我国政府提出了保护环境,实施可持续发展战略,改善生态环境,节约资源的产业政策。涂料的水性化是实现节约资源,减少污染,减轻对工人的身体危害和落实国家产业政策的有效和现实的途径。为此, 我们开展了水溶性丙烯酸氨基烤漆的研制。特别就水溶性丙烯酸氨基烤漆漆膜表面缺陷的改进进行了重点研究。

1 实验部分
1.1 主要原材料
水溶性丙烯酸树脂、氨基树脂、丙二醇丁醚、异丙醇、附着力增进剂、颜料,工业级,国产;催化剂,美国氰特公司;分散剂、PH 调节剂,德谦公司;流平剂、消泡剂,德国毕克公司。
1.2 制漆配方
水性丙烯酸氨基烤漆配方见表1。
表1 水性丙烯酸氨基烤漆配方

1.3 制漆工艺
先将部分水、分散剂和部分水性丙烯酸树脂充分搅拌后,加入颜料和部分消泡剂,通过砂磨机将细度磨至30μm 以下,制得水性色浆。然后将水溶性丙烯酸树脂、氨基树脂、丙二醇丁醚、异丙醇、催化剂、流平剂、附着力增进剂、余量的水和消泡剂按配方量加入到干净的调漆釜中,用高速分散机分散均匀,调节pH 值至7.5~8.5。最后加入配方量的色浆,高速分散均匀,用200 目滤布过滤后包装。

1.4 施工工艺
底材处理:除油除锈。涂装方法:可喷涂、淋涂、浸涂。施工粘度(涂-4 杯):15~20s。烘烤条件:水溶性丙烯酸氨基烤漆是一种热固型涂料, 需在130~150℃下,烘烤20~30min 固化成膜。

2 结果与讨论
2.1 水溶性丙烯酸树脂与氨基树脂的配比
本研究采用高甲醚化三聚氰胺甲醛树脂为外交联剂,它是一种水溶性树脂,能与水、低级醇以任意比例混溶,存在亚胺基、甲氧基、羟甲基多个交联基团,固化后漆膜硬度高,韧性好。在弱碱条件下贮存稳定。水溶性丙烯酸树脂与氨基树脂的配比会影响漆膜的硬度、耐冲击性、柔韧性、耐水耐醇性等多种性能。我们发现当氨基树脂用量过大时,漆膜的硬度、耐水耐醇性好,但耐冲击性、柔韧性和对底材的附着力降低。用量过小时,漆膜的硬度、耐水耐醇性差,但耐冲击性、柔韧性提高。结果见表2。我们通过实验发现,水溶性丙烯酸树脂与氨基树脂的配比在4.5~7.5:1
之间,漆膜的综合性能均较好。

2.2 提高水溶性丙烯酸氨基烤漆附着力的方法
水溶性丙烯酸树脂是由多种丙烯酸单体共聚而成,分子侧链上有羟基、羧基反应性功能基团。羧基先与胺作用形成胺盐,使树脂具有水溶性。在烘烤时,胺挥发游离出羧基,它和羟基与氨基树脂交联固化成膜,但羧基与氨基树脂反应速率比羟基慢,交联不完全的羧基留在涂层中导致其耐水性下降,同时羧基的存在会加速氨基树脂自身的缩合和交联,结果涂层柔韧性降低、附着力和耐冲击性下降[1]。所以在合成水溶性丙烯酸树脂时,总是在保证水溶性的前提下尽量减少羧基的含量。因此水溶性丙烯酸氨基烤漆与底材的附着力总嫌不足,特别是当它浸于水中时,耐水性较差,我们采用一种复合改性硅烷化合物,它能增进涂料对玻璃及金属底材的附着力, 附着力一级以上。耐水解性非常优良,经80℃热水煮1h 涂膜不脱漆,不起皱。

2.3 水溶性丙烯酸氨基烤漆漆膜表面缺陷的改进。
水性涂料与溶剂型涂料相比,漆膜产生缺陷的几率大,特别是易产生气泡,易产生缩孔、针孔。这是由于水的表面张力大,20℃下, 其表面张力为72.75×10-3N·m-1,水性漆很难润湿金属、玻璃等表面,易产生缩孔。由于水分子间氢键力较强,内聚力强,汽化潜热大,为2.26KJ/g,比一般有机溶剂高出几倍甚至十几倍,水的挥发速度要比沸点相近的溶剂慢得多,造成水溶性丙烯酸氨基烤漆中水的挥发速度远远滞后于成膜速度,引起漆膜起泡。鉴于此,必须重视水性烤漆的缺陷并加以改进。我们采取以下措施取得了较好效果。

2.3.1 加入助溶剂
为提高树脂的水溶性,必须加入少量助溶剂,一般为亲水性醇醚类溶剂和低级的醇[2]。助溶剂能降低涂料的粘度,提高涂料的流平性,能降低水的表面张力,改善与底材的润湿性,提高漆膜的附着力。实验发现碳链长的醇比碳链短的醇助溶效果好,含醚基的醇比不含醚基的醇效果好。我们在配制涂料时选择了异丙醇和丙二醇丁醚的混合溶剂作为助溶剂,效果显著,涂料的固体分高,流平性佳。
2.3.2 加入合适的流平剂
在水性涂料中,必须使漆膜在水全部挥发后仍具有一定的流动性,以自动消除水挥发时留下的微小气孔。我们采用高效流平剂, 如BYK390、EFKA3034,增加了涂料对金属等基材的润湿作用,提高了涂层的流平性。同时加入高沸点溶剂,如丙二醇丁醚,漆膜平整光滑。这可能是由于加入丙二醇丁醚后,延缓了成膜时间,使水在漆膜固化前挥发掉,减少了漆膜的起泡。
2.3.3 加入合适的pH 调节剂
水性涂料中必须加入pH 调节剂, 以保证体系的稳定,常见的有氨水、三乙胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺等。三乙胺碱性强,在漆内不容易迁移,但由于其沸点低(89.5℃),一到表面马上挥发成膜,漆膜表面干燥,但内部还没干燥,引起涂料的烘烤起泡[3]。氨水易挥发,易使涂料的PH 值降低,从而使氨基树脂不稳定,导致涂料的分层、沉淀。氨水黄变指数高,漆膜易泛黄。氨水还会引起颜料附聚,导致漆膜光泽下降。三乙醇胺沸点较高,达360℃,漆膜易泛黄。N,N-二甲基乙醇胺沸点134℃,挥发度适中,从改善涂料的稳定性、固化后漆膜的表面状态来看,N,N-二甲基乙醇胺是最合适的pH 调节剂。

3 涂膜性能测试结果
涂料和漆膜的性能测试结果如表3。

4 结论
水溶性丙烯酸氨基烤漆无毒不燃, 安全环保,不污染环境,是一种资源节约型产品,具有优异的耐候性,耐化学药品性和保光保色性。漆膜光亮丰满,硬而坚韧,装饰性好,附着力优良,现在正越来越受到重视,是一种很有发展前途的品种,具有推广应用价值。适用于金属表面和电器设备的涂饰。
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