水性丙烯酸氨基烤漆的制备与性能测试

data-full-width-responsive="true"> 0 引言2010 年，我国VOC 的排放量约为1800 万t，其中近1/4 来自涂料涂装行业。传统溶剂型涂料大量VOC 的排放对环境和人类身体健康造成了一定程度上的危害。随着人类对其危害性的认识和对环境保护的重视，世界各国纷纷出台法规严格限制VOC的排放，如欧盟Directive99/13/CE 法规，德国ATluft法规（大气净化法，1992），美国的66 法规，CAA(空气洁净法，1970）、CAAA （空气洁净法修正案，1990）[1]；我国从20 世纪80 年代开始也陆续制定了一些环保法规，目前，我国涂料行业十二五规划明确提出限制规模以下（年销售量2000 吨以下）生产企业的建立，环境友好型涂料的准入门槛可以恰当放低。水性涂料、无溶剂涂料、高固体份涂料、UV光固化涂料和粉末涂料等是未来涂料工业发展的主要方向。水性丙烯酸氨基烤漆由于具有高光泽、硬度、保色保光、耐热等优点成为重要的工业涂料[2-4]，广泛应用于汽车、家电、包装桶、自行车、缝纫机、订书机、书架等制品行业，起到金属装饰和保护作用。然而，机遇和挑战并存， 水性漆主要以水为分散介质，虽然具备低污染、低毒、阻燃和价格低廉等诸多优点。但是其表面张力大、汽化潜热大、溶解力有限、制作工艺、施工工艺、助剂的选择和搭配等诸多直接和间接因素都会造成水性烤漆引起气泡的现象，简称为起泡。气泡大的为巨泡，小的为微气泡，漆膜的表面缺陷主要表现为爆孔、毛刺、痱子和针孔等现象。为此，本文从树脂的特性和选用，消泡剂、流平剂、助溶剂的搭配以及烘烤温度、干燥时间、固化剂和催化剂的量对漆膜性能的影响多角度考察，展开了水性丙烯酸氨基烤漆的实验工作，制备了综合性能优异的水性丙烯酸氨基烤漆。1 试验部分11 主要原材料水性丙烯酸树脂，北京；氨基树脂，韩国；乙二醇单丁醚、pH 调节剂、蒸馏水，国产；流平剂、消泡剂，BYK 公司。12 制漆配方水性丙烯酸氨基烘烤清漆的基本配方见表1。13 清漆制作工艺（1）将所购的固含为72％的水性丙烯酸树脂，加入树脂质量7％～8％的N,N-二甲基乙醇胺， 中和至pH 值为75～85， 然后加少量蒸馏水， 调整固含为60％备用。（2）先将水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂和消泡剂加入调漆釜中，调节转速为800 r/min，分散15min。然后加入流平剂、蒸馏水和乙二醇单丁醚，低速分散15 min，得到透明的清漆。2 结果与讨论21 水性丙烯酸树脂的选用水性树脂是由分子链上含有亲水基团(如羧基、羟基、氨基、醚基、酰胺基等)的聚合物与胺类中和剂成盐而具备水溶性，水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂和水性醇酸树脂均可与水性氨基树脂配合，制备综合性能优异的漆膜。水性丙烯酸树脂依据分散方式的不同， 通常可分为3 类： 水可稀释型(waterreducible)，水乳胶型(1atex)，乳液型( emulsion)[5]。由于水性烤漆的爆孔与成膜物质的玻璃化温度密切相关，高玻璃化温度的树脂较低玻璃化温度的树脂容易爆泡，因此，一般选用低玻璃化温度的水性树脂[6]，本实验选用水溶性丙烯酸树脂，用去离子水无限稀释后呈现透明状态，其玻璃化温度为0 ℃，其各项技术指标见表2。表2 水溶性丙烯酸树脂的技术指标22 固化剂的选择高亚氨基型高甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、高羟甲基型甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和六甲氧基甲基三聚氰胺甲醛树脂是几种常见的水溶性氨基树脂，其中高羟甲基型氨基树脂属于聚合型部分烷基化的氨基树脂，主要含有烷氧基甲基和羟甲基，它含有极少量的亚氨基。由于烷氧基甲基主要是交联反应的基团，需要较高温度才能发生交联反应，而羟甲基的反应活性大于烷氧基甲基，氨基树脂中羟甲基含量的增加，可以提高固化反应速度和降低烘烤温度，同时它含有极少量的亚氨基，可以减少自聚反应。因此，本文选用高羟甲基型的氨基树脂为固化剂。23 烘烤温度和干燥时间的影响选用基体树脂与氨基树脂的配比为3:1， 考察不同的烘烤条件对漆膜固化交联反应的影响，从而选择合适的烘烤温度和干燥时间。表3 和表4 分别示出了烘烤温度和干燥时间对漆膜性能的影响。当烘烤温度由110 ℃上升为140 ℃时， 干燥30 min， 漆膜的硬度由HB 提高到2H，随后继续升高温度，漆膜硬度没有改变。说明成膜物质的羟基与水性氨基树脂的羟甲基、烷氧基甲基化学交联反应完全，形成了附着力、耐冲击和柔韧性优异的三维网络结构的漆膜。由表4 可知，在130 ℃,20 min 的条件下，漆膜不能完全固化，通过延长干燥时间至80 min，漆膜同样可以达到完全固化硬度。