水性丙烯酸氨基烤漆的制备与性能测试

采用水性丙烯酸树脂为成膜物质，高羟甲基型甲醚化三聚氰胺甲醛树脂为固化剂，选用合适的助剂和助溶剂，制备了综合性能优异的水性丙烯酸氨基烤漆。考察了烘烤温度、干燥时间、固化剂的量及催化剂的量等因素对漆膜性能的影响。



　　关键词：丙烯酸树脂；水性丙烯酸树脂氨基烤漆；制备；测试

测试单位：广州市鑫英化工科技有限公司 莫东华

　·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，纷纷出台法规严格限制VOC的排放，如欧盟Directive.99/13/CE法规，德国AT-luft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



　　1.1主要原材料



　　水性丙烯酸树脂，广州鑫英化工；氨基树脂，氰特；乙二醇单丁醚、pH调节剂、蒸馏水，国产；流平剂、消泡剂，BYK公司。



　　1.2制漆配方



　　水性丙烯酸氨基烘烤清漆的基本配方见表，更多详情www.020xj.cn 。

　　2·结果与讨论

　　

　　　　2.1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(water-reducible)，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

　　

2.2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

2.3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30min，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℃,20min的条件下，漆膜不能完全固化，通过延长干燥时间至80min，漆膜同样可以达到完全固化硬度。

由表5可知，当两种树脂的配比为6:1～2:1时，漆膜的附着力、抗冲击性、柔韧性和硬度性能优异，耐水性、耐盐水、耐醇和耐碱均达到168h以上，耐体积浓度为10％的硫酸溶液12h以上。当树脂固体份比增加到1:1时，漆膜的附着力、耐冲击和柔韧性变差，无法达到漆膜的基本性能要求。因此，选定两种树脂的配比为6:1～2:1时为适宜。



3·结语



　　（1）选用水溶性型丙烯酸树脂和高羟甲基型甲醚化氨基树脂，搭配合适的助剂、助溶剂，制备了性能优异的水性丙烯酸氨基烤漆。



　　（2）通过考察烘烤温度和干燥时间对漆膜性能的影响，实验表明，两种树脂的配比为3:1时，烘烤条件为140℃～160℃,30min时，漆膜的综合性能优异。在130℃,20min的条件下，漆膜不能完全固化交联，通过延长干燥时间至80min，漆膜可达到完全固化硬度。



　　（3）通过考察固化剂的量对漆膜性能的影响，实验表明，在150℃,30min的条件下，当两种树脂的配比为6:1～2:1时，漆膜的常规性能优良，其耐水性、耐盐水、耐醇和耐碱均达到168h以上，耐体积浓度为10％的硫酸12h以上。（4）通过考察在不同的烘烤温度下，催化剂的量对漆膜性能的影响，实验表明，当烘烤温度为110℃～120℃时，催化剂的量增加对漆膜性能影响小。当烘烤温度为130℃～140℃时，随着催化剂量的增加，漆膜内应力大，漆膜的柔韧性和耐冲击性能变差。通过比较，选定两种树脂的配比为3:1，催化剂的量为0.2％，烘烤条件为120℃,30min为最优配方设计的工艺条件。