水性丙烯酸烤漆的研究

水性丙烯酸烤漆的研究

  随着人们物质生活水平的提高,人们对生存环境、食品安全的要求也越来越高,作为与环境污染息息相关的化工行业,有责任多开发一些高固体分、水性树脂、水性涂料等环境友好的产品,减少VOC和有毒污染物的排放。本文将对水性氨基烤漆的配方及制备工艺、漆膜弊病的解决措施、漆膜性能的影响因素等进行研究。

1、水性丙烯酸氨基烤漆的配方及工艺

1.1水性丙烯酸氨基烤漆的配方

1.2制漆工艺

先将水性丙烯酸树脂加入分散缸,加入一半的二甲基乙醇胺中和剂搅匀,加入部分助溶剂、水、分散剂充分搅拌后,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、助溶剂、流平剂、硅烷偶联剂、剩余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7.5~9。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。

1.3 施工工艺

底材处理:除油除锈,必要时喷砂或者打磨。涂装方法:可喷涂、淋涂、浸涂。施工粘度(涂-4 杯):20~30s。烘烤条件: 120~150℃下,烘烤20~30min 交联成膜。

2 结果与讨论

2.1 水溶性丙烯酸树脂与氨基树脂比例对水性漆性能的影响

本文提到的氨基树脂均为部分甲醚化水性氨基树脂,实验通过调整树脂/氨基比例考察其对油漆性能的影响,结果如表1:

水性丙烯酸树脂与氨基树脂固体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、柔韧性变差。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3~5:1之间,漆膜的综合性能均较好。

2.2 硅烷偶联剂在改善水性丙烯酸氨基烤漆湿态附着力的作用

水溶性丙烯酸氨基烤漆在交联成膜过程中,可能有部分羧基或者羟基没有参与反应,导致漆膜浸在水中时间长了可能会使附着力变差,如果在涂料配方中加入1%左右的环氧硅烷偶联剂,一方面偶联剂中的环氧基可以与羧基继续反应,另一方面烷氧基硅氧烷对底材有更强的锚定作用,从而使得其附着力更好,经80℃热水煮2h 涂膜不脱漆,不起皱。

2.3 水性丙烯酸氨基烤漆漆膜表面缺陷的改进。

水性漆与溶剂型油漆相比,由于水的表面张力更大,水性漆的表面活性及潜热更大,因此更容易产生气泡,易产生缩孔、针孔。因此该节主要针对出现的弊病,采取措施改进。

2.3.1 气泡的消除

油漆易产生泡沫及泡沫难消:针对该问题,可以选择合适的消泡剂及抑泡剂,防止及消除气泡产生,部分溶剂也有消泡的作用,如酒精、丁醇等,加大这些溶剂也有利于消除泡沫产生。

漆膜烘烤过程出现气泡:(1)可能是由于表面干燥较快,表干后漆膜内部溶剂挥发,破坏原有表面产生气泡。(2)可能漆膜没有经过低温烘烤,直接进入高温烘烤大量溶剂快速挥发,导致大量气泡产生。(3)溶剂中低沸点的溶剂太多,高沸点溶剂偏少也可能产生气泡产生。

针对漆膜烘烤过程出现气泡可以在水性漆中加入高沸点的助溶剂例如DPnB,延长漆膜的开放时间,可减少气泡产生的概率,采用高低温两段烘烤,现在低温烘烤几分钟,在进入要求烘烤温度进行强行干燥,既保证漆膜性能也有利于减少气泡产生。必要时可以加入适当的破泡剂。

气泡产生有时原因比较多,单单采用一种方法很难有效的消除,有时必须多种办法一起进行才能有效解决该问题。

2.3.2 流平问题的解决

在水性体系中,由于水的表面张力比溶剂大很多,因此水性漆较溶剂型涂料润湿底材的能力差很多,因此可通过加入流平剂BYK346等有助于流平,如果橘皮或者润湿更困难时可采用高效流平剂, 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。这是由于丙二醇丁醚加入降低了水性漆整体的表面张力,另外与水相比丙二醇丁醚对水性树脂具有更强的溶解力,因此水性漆的流动性更好,更有利于流平。

2.3.3 中和剂的选择

水性树脂必须中和后才具有一定的水溶性,因此选择合适的中和剂是非常重要的,在阴离子体系的水性漆中,常见的中和剂有氨水、三乙胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺等。三乙胺、氨水由于沸点低,烘烤过程容易快速挥发产生气泡,另外氨水易挥发,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,在烤漆体系中是较合适的中和剂。

4 结论

水性丙烯酸氨基烤漆VOC含量较低, 安全环保,不易燃易爆,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、电器设备和玻璃表面的涂饰。