一种新型水性塑胶涂料在彩电机壳上的应用

data-full-width-responsive="true"> 一种新型水性塑胶涂料在彩电机壳上的应用李达信1，廖海达2，许振阳1，严博1，王从国1（1广州擎天实业有限公司、中国电器科学研究院有限公司，广州510530；2广西民族大学化学与生态工程学院，南宁530006）0 引言彩电机壳涂覆是彩电制造流程的重要一环，它具有防止高压漏电，增强塑料材料使用耐久性和提供装饰效果的功能，因此备受行业的关注和重视。在我国，塑料涂装市场规模已达数十亿元，现阶段，还都是采用有毒有害的传统溶剂型涂料，涂装施工中有80％的有机溶剂被排放到大气中，每年排放有机溶剂约10 多万t，造成大量资源浪费和严重的环境污染，不断引发工人中毒、火灾等事故，严重危害人们的身体健康。因此加强水性塑胶涂料研究极为必要。随着人类环保意识的增强，各国对挥发性有机溶剂（VOC）的排放相继制定了环保法规，且限定排放标准日趋严格，水性涂料的发展顺应了环保法规的要求，大量减少了塑胶涂料中VOC 的释放量，正在成为彩电机壳市场的热点。利用自分散型纳米-AlOOH 对水性塑胶涂料进行改性，使一直困惑水性涂料的施工性技术难题得到解决，其施工工艺与溶剂型涂料相当，客户现有涂装设备就可直接使用，其各项性能已达到溶剂型涂料性能。本涂料在彩电机壳上的应用取得了成功，同时本涂料还可应用到其他使用塑料材质的家用电器，如：冰箱、空调、微波炉、DVD、摄像机、手提电脑等产品上。1 试验1．1 主要原料与试验仪器自分散型纳米-AlOOH、水性聚合物树脂（自制）；颜填料（德固萨）；表面助剂（BYK）；搅拌机（JFS-400 型，江苏武进市东方机械厂）；旋转式黏度计（NDJ-1 型，上海跃华仪器厂）；紫外光固化机（3kW 高压汞灯）；涂膜铅笔划痕硬度仪；漆膜附着力试验仪。1．2 自分散型纳米-AlOOH 溶胶的配制称取一定量的自分散型纳米-AlOOH 于蒸馏水中，在高速搅拌下（3 000 r/min）加入适量尿素调节体系的pH，得到纳米-AlOOH 溶胶。13 基础配方131 普通的水性塑胶涂料配方普通的水性塑胶涂料配方见表1。132 自分散型纳米-AlOOH 改性水性塑胶涂料配方自分散型纳米-AlOOH 改性水性塑胶涂料配方见表2。133 水性塑胶涂料的测试方法涂料配制完并静置24 h 后，取样并按GB 1727 制备标准漆膜，按溶剂型涂料喷涂工艺进行喷涂，对固化条件、涂膜硬度、喷涂厚度、表干时间等指标进行测试。2 结果与讨论2．1 自分散型纳米-AlOOH 对涂膜性能的影响将自分散型纳米-AlOOH 溶胶按照一定的质量分数加入到水性塑胶涂料中对水性塑胶涂料进行改性，并与普通的水性塑胶涂料作对比测试，结果见表3。表3 自分散型纳米-AlOOH 添加量对涂膜性能的影响可以看出，加入自分散型纳米-AlOOH 后的水性塑胶涂料的整体性能优于普通的水性塑胶涂料，且添加1%自分散型纳米-AlOOH 复合改性涂膜的综合性能最好。添加2%-AlOOH 的复合改性涂膜，铅笔硬度最大能达到H；添加1%和2%-AlOOH 的改性涂膜，耐老化时间分别提高了112 和132 h；添加1%-AlOOH 时，涂膜干燥性降低了35 min，涂膜抗流挂性能提高了1 倍。在常规有机涂层中，颜填料与成膜物质之间存在许多细微的空隙，而纳米粒子由于其粒径细小能填充空隙，当纳米粒子的加入量较少时，纳米粒子不能有效地填满这些空隙；当纳米粒子加入过量时，就会在涂层中团聚，造成部分的空隙无法被填充，所以合适的加入量能基本填满空隙，能有效地阻止或延长水、氧等腐蚀介质的渗透路线，从而提高耐水性能[1]。由于纳米粒子粒径小、比表面积大、表面原子数多、表面能高、表面原子严重配位不足等特点，将其加入到乳胶漆体系后，极易与树脂中的氧起键合作用，可以提高颜填料粒子与乳液分子间的键合力[2]，从而增加其硬度。试验表明，自分散型纳米-AlOOH 对紫外线有一定的屏蔽作用，从而提高了改性涂膜的耐老化性能。2．2 自分散型纳米-AlOOH 对UV 涂料性能的影响试验结果见表4。可以看出，添加1%自分散型纳米-AlOOH 复合改性的UV 涂料涂膜性能最好，铅笔硬度达到H，附着力从1 级提升为0 级，光泽也有小幅提升。表4 自分散型纳米-AlOOH 添加量对UV 涂料性能的影响2．3 水性塑胶涂料分散体系流变性体现对样品A、B、C、D 4 种水性塑胶涂料分散体系进行流动曲线的绘制。流变性方法是表征分散稳定性的间接法，影响分散体系流变性质的因素较多[3]。分散体系的流变性数据包含着多重信息。对水性塑胶涂料分散体系，也可建立流变性与防流挂性的对立关系。图1 为水性塑胶涂料分散体系的流动曲线。将同一样品的防流挂与流变性质比较分析，发现防流挂性好的体系的流动曲线在试验范围内趋近宾汉流体（图1 曲线C），而防流挂性差的体系的流动曲线形成明显的触变环。在水性塑胶涂料体系中，存在颜料与颜料、颜料与介质及介质与介质间的多种作用力。无自分散型纳米-AlOOH 存在时（A），粒子间的作用力较强，易于絮凝而沉降。要破坏这种絮凝结构，需施加一个大于某一临界值（通常称屈服值）的剪切应力。当剪切速率连续增加然后减小时，絮凝结构的破坏和重建均有滞后现象而形成触变环。添加适量自分散型纳米-AlOOH 后，纳米-AlOOH 分子阻止了颜料粒子间的絮凝，使颜料粒子形成了一种胶体结构。所以，剪切应力与剪切速率变化接近同步，不形成触变环。在实际应用中，如贮存和流平等低剪切应力作用，这种弱接触对于防沉降和防流挂都是有益的[4]。自分散型纳米-AlOOH 除了可以阻止颜料返粗、保持分散体系稳定外，还能够引起分散体系的剪切黏度的大幅度下降，这也是其分散力的实际体现。2．4 在彩电机壳上的应用在某彩电厂小批试用证明，在不改变现有涂装设备和涂装工艺的情况下就可直接使用此种水性塑胶涂料。施工固化条件由普通水性塑胶涂料的65 ~ 75 ℃40 min 缩短到50 ~ 60 ℃ 8 ~ 10 min，固化条件50 ℃ 15 min 硬度达到F，水性塑胶涂料的各项性能已达到溶剂型涂料性能，其喷涂直通率达95%以上。3 结语自分散型纳米-AlOOH 晶体粉末是一种在不经表面修饰、无分散剂以及无其他附加条件的情况下，在水溶液和某些有机溶剂中能自动分散成无明显团聚的单分散状态的无机纳米功能材料[5]。由于自分散型纳米-AlOOH 自身的特性和在涂料基体中具有良好的自分散性, 使自分散型纳米-AlOOH 改性水性塑胶涂料的附着力、硬度、耐水性、干燥性和防流挂均优于普通的水性塑胶涂料。试验证明，加入自分散型纳米-AlOOH 后的水性塑胶涂料的整体性能优于普通的水性塑胶涂料。且添加1%自分散型纳米-AlOOH 复合改性涂膜的综合性能最好。同时，施工固化条件由普通水性塑胶涂料的65 ~ 75 ℃ 40 min 缩短到45 ~ 60 ℃ 10 ~ 15 min；固化条件50 ℃ 15 min 硬度达到F，与溶剂型涂料在同等固化条件下的硬度相当。添加自分散型纳米-AlOOH 的水性塑胶涂料的流动行为趋近宾汉流体，该体系是分散稳定的体系，且具有较小的屈服值，有利于水性塑胶涂料的稳定贮存和防流挂。