高性能水性烤漆的制备及其性能研究

高性能水性烤漆的制备及其性能研究 刘  鹏 (152********) 摘  要：采用水分散型丙烯酸改性聚酯搭配水溶性氨基树脂作为成膜基料，添加水性金属颜料、各种水性涂料添加剂等复合配置成烘烤型高性能水性涂料，本文讨论了不同固化温度、不同树脂比例、不同氨基树脂、不同催化剂等对涂膜性能的影响，并最终筛选出各方面都得到优化的水性烤漆配方体系。此体系不仅兼顾了树脂和助剂的种类及金属颜、填料的定向排列，而且保证了涂膜有着优异的性能。湿膜在160℃×10min的干燥条件下即可超越大部分油性聚酯烤漆性能。同时，对于色漆体系，可以去掉效果颜料直接用水性色浆调色。 关键词：水性；烤漆；水分散性丙烯酸改性聚酯乳液；现有流水线；降低能耗；银粉排列。 Investigation on the Preparation and High Performance of Waterborne Baking Coating 0 引 言 目前，在我国的烤漆涂料体系中，溶剂型仍然占绝对大多数。究其原因，首先，绝大部分应该在于水性烤漆的某些性能与油性烤漆相比较而言有着较大的差距，其中，最主要的性能差异是干膜的耐溶剂（如MEK）性、耐RCA纸带测试性能比油性烤漆相差甚远；另外一个在国内水性烤漆不能普及的原因与客户的现有的生产流水线有着莫大的关系：目前，绝大部分油性烤漆的生产流水线几乎都只能满足160℃×10min，而目前市面上的高性能水性烤漆必须满足170~180℃×30~20min的烘烤条件。为了迎合这个干燥条件，生产商就必须延长产线和提高烘烤温度，这样，无形中就增加了生产商的投资和能耗。即使生产商有足够的兴趣使用高性能水性烤漆，但由于前期投资和能耗的增加，则会导致利润的下降而使生产商望而生畏。 随着人们环保意识的不断提高，社会各界对涂料的环保要求也会越来越高，对涂料VOC的含量也会越来越严格。所以，将油性涂料改为水性涂料将会是大势所趋。 对于水性涂料，铝银粉、珠光粉等金属效果颜料的排列对配方 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 者来说是一个不小的挑战，而水性实色漆相对容易控制。所以，本文主要研究设计出一种高性能的水性银粉烤漆（实色漆或其他颜色均可在此基础上调整，为了使用同一个乳液同时既可以做银粉（或珠光）效果漆，又可以做实色漆，所以所选用乳液均为可高速分散乳液）。使得喷涂厂商在现有生产线即可以得到高性能水性烤漆涂膜，这样，可以既不改变产商现有流水线，也不增大厂商的投资，使水性烤漆涂料的大范围普及存在可能。 1 实验部分 1.1 主要原材料 水分散丙烯酸聚酯乳液A1，广东丁氏化学化学有限公司；进口水性分散体A2；改性聚酯AZ6608W-43WA B，RESYDROL AZ 6608w/43WA C，氰特；封闭型异氰酸酯2076，拜耳；水溶性氨基树脂D、E、F、G；催化剂N2500，Nx49-110，NACURE? 4054J，King公司；消泡剂Tego 902W，迪高；水性铝浆：爱卡；铝浆润湿定向排列剂，美国气体；附着力促进剂，进口；增稠剂：进口。 1.2 主要测试仪器和设备 斯托默粘度计；高速气动搅拌机；漆膜厚度测试仪：法国Elektrophysik 公司；自动定量喷涂机：台湾富全企业有限公司；RCA测试仪：台湾；MEK测试仪：RJCS耐溶剂擦拭仪；耐水性测试选用恒温水浴箱：上海跃进医疗器械厂。 1.3 高性能水性涂料的制备： 1.3.1 水性银粉漆的配方： 经过多次帅选，选用广东丁氏化学化学有限公司的水分散丙烯酸聚酯乳液，搭配进口的丙烯酸水分散乳液，同时，选用进口的水溶性氨基树脂作为交联剂，涂膜经过高温固化后，具有很好的综合性能。水性银粉漆的配方如下表： 编号 原材料 百分比 1 水溶性银粉 5.2 2 BCS 4.5 3 10% AMP-95 in water 3.1 4 Acrylic copolymer dispersion 15.8 5 水分散丙烯酸聚酯乳液 23.1 6 氨基树脂 4~8 7 助剂 适量 8 去离子水 18~20 9 总计 100       1.3.2 水性漆的制备工艺： 首先将水性铝银粉或珠光颜料、分散剂、BCS等低速分散均匀备用；将消泡剂、附着力促进剂、流平剂、防沉剂等加入乳液中，400~600r/min剪切速度下分散15~20分钟，用MF900W-95调节涂料乳液PH值为8~9, 添加备用的铝银浆等效果颜料浆，400r/min剪切速度下分散10~20分钟，加入增稠剂在400r/min剪切速度下分散10~20分钟，去离子水调节粘度为80~120s, 过滤包装备用。 1.4 水性漆的涂装工艺： 本实验所采用的素材为没经过处理的铝板，铝板喷涂前用IPA溶剂擦洗清洁；将涂料粘度用水调整到60~80s左右；喷枪空气压力为400~600Kpa，喷涂枪距为300~500mm，实色漆喷涂时可以降低喷涂压力及减少喷涂枪距，喷涂环境温度为25±2℃，相对湿度50%左右为宜。工件喷涂完成后置于室内闪干10~15分钟，然后放入160度烘箱内烘烤10分钟。取出冷却即得到高性能水性单涂层漆膜。 1.5 漆膜的性能测试： 1.5.1 漆膜的机械性能及耐化性测试： 漆膜厚度测试 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 按照GB/T13452.2-1992；漆膜硬度按照GB/T6739-2006；柔韧性测试采用GB/T6742-2007; 附着力按照1mm百格划格法测定，结果分为0B~5B，5B最好，0B最差，RCA测试选用台湾纸带测试机，耐MEK选用RJCS耐溶剂擦拭仪：上海现代环境工程技术有限公司；卡斯测试，耐水性测试选用恒温水浴箱：上海跃进医疗器械厂 1.5.2 高性能水性银粉烤漆与油性银粉烤漆的性能对比： 为了保证对比的公正性，油性烤漆选用阿克苏用于3C电子产品喷涂的烤漆银白。   油性银粉烤漆 水性银粉烤漆 干燥条件 160℃×10min 160℃×10min 涂膜外观 银粉白度好，排列好，手感细腻 银粉白度好，排列好，手感细腻 膜厚 （um） 20~25 10~15 附着力 5B 5B 硬度 2H无痕 2H无痕 柔韧性 1mm 1mm RCA 负重175g (次) 65次露底 220次不露底 MEK测试（一个来回为一次） 500g负重68次 1000g负重241次 耐水性（40度去离子水） 240小时无变化 240小时无变化 耐盐雾性（用卡斯测试代替） 146小时表面轻微锈迹 228小时无变化       2 实验结果与讨论 2.1 不同水性分散体乳液对涂膜性能及银粉排列的影响： 粒径较粗的金属效果颜料的排列由于颜料的粒径较大而不利于判断，所以，本实验采用的是粒径为8~10um的水性铝银浆，此银浆的特点为细白、闪光效果好。 氰特 VIACRYL VSC6276w-44WA对银粉的排列较差，而且，银粉在这个体系中容易反粗、发黑，而AZ6608W-43WA虽然具有较好的银粉排列，但是，反应活性不够理想，耐RCA测试性能也不是很好，在同等条件下，性能最好的为广东丁氏化学的水分散丙烯酸聚酯乳液A1和进口水性分散体A2。所以，本实验最终选用A1和A2作为主体成膜物。 2.2 水分散乳液不同配比对银粉排列及涂膜性能的影响： 实验得知，不同的乳液配比，对涂膜铝银浆的排列有着较大的影响，具体实验配方如下表： 编号 原材料 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 1 水溶性银粉 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 2 BCS 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 3 10% AMP-95 in water 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 4 Acrylic copolymer dispersion B2 48 42 36 30 24 18 12 6 5 水分散丙烯酸聚酯乳液 A1 6 12 18 24 30 36 42 48 6 氨基树脂 4~8 4~8 4~8 4~8 4~8 4~8 4~8 4~8 7 助剂 适量 适量 适量 适量 适量 适量 适量 适量 8 去离子水 18~20 18~20 18~20 18~20 18~20 18~20 18~20 18~20 9 总计 100 100 100 100 100 100 100 100 测试结果 膜厚（um） 10-12 10-12 11-12 11-12 19-20 24-26 16-17 11-12 RCA Testing 160℃*10min 20 61 72 86 104 119 98 87 160℃*15min 25 80 114 107 141 142 130 119 MEK resistance 160℃*10min 51 42 42 39 65 52 39 18 160℃*15min 141 74 76 69 90 63 58 49                       随着A2数量的减少，效果颜料的排列变得越来越差；同时，从上表中发现： 在160℃*10min条件下，涂膜的耐MEK性能随着A2量的增加首先呈上升趋势，但当增加一定比例后，又开始下降，在配方G5处出现峰值。 在160℃*10min条件下，涂膜的耐RCA性能随着A2量的增加首先呈上升趋势，但当增加一定比例后，又开始下降，在配方G6处出现峰值。 在160℃*15min条件下，涂膜的耐MEK性能随着A2量的增加而下降。 在160℃*10min条件下，涂膜的耐RCA性能随着A2量的增加几乎呈上升趋势， 对比上述实验结果，当A1:A2=1:1左右时，涂膜有着较佳的综合性能和更好的银粉排列。 2.3 不同氨基树脂对涂膜性能的影响： 在氨基树脂方面，几种常用的氨基树脂在水性体系中的反应速度由快到慢依次为：进口氨基树脂D> MF900> Resimene 747> Cymel 303，许多国产水溶性氨基树脂虽然有较好的反应活性，但是，涂料的保质期比较短,涂料储存稳定性差。所以，本实验选用进口氨基树脂D作为固化交联剂，涂料常温下保存1年不变质。 2.4 不同催化剂对涂膜性能的影响： 添加催化剂虽然可以加快反应速度，提高涂膜的交联密度。但是，对涂膜的重涂性（注：本文所说的重涂性是指，原漆膜在不打磨情况下，直接返工喷涂。）有着巨大的负面影响，或者根本就没有重涂性。所以，本实验不采用催化剂。    编号 原材料           1 水溶性银粉 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 2 BCS 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 3 10% AMP-95 in water 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 4 Acrylic copolymer dispersion B2 24 24 24 24 24 5 水分散丙烯酸聚酯乳液 A1 30 30 30 30 30 6 氨基树脂 4~8 4~8 4~8 4~8 4~8 7 助剂 适量 适量 适量 适量 适量 8 催化剂（King） 10% in alcohol NACURE? 155 0 0 0 6 0 NACURE? 2500 0 0 6 0 2.4 NACURE? 4054J 0 6 0 0 0 X49-110 6 0 0 0 3.6 9 去离子水 18~20 18~20 18~20 18~20 18~20 10 总计 100 100 100 100 100 重涂性： 无重涂性 无重涂性 无重涂性 无重涂性 无重涂性                 2.5相同干燥条件下，不同膜厚对涂膜耐MEK测试的影响：   DFT (um) 10-15 15-20 20-25 25-30 MEK resistance 160℃*10min 58 78 83 65 160℃*15min 138 160 220 155   由上表可见：在相同干燥条件下，涂膜的耐MEK性能首先随着膜厚增加而增加，但到一定程度后，反而下降，其原因可能是涂膜太厚，在短时间内反应不充分所致。所以，涂膜的膜厚以15~20um为宜。 3 结束语 1. 用水分散丙烯酸聚酯乳液A1和进口水性分散体A2搭配，当乳液A1:A2=1:1左右时，涂膜有着较佳的综合性能和很好的银粉排列。 2. 选用低醚化的进口氨基树脂D作为固化交联剂，当水性乳液与交联剂的固体含量比值为7:3时，涂膜有着很好的综合性能。 3. 使用催化剂虽然可以降低反应温度，却牺牲了涂膜的重涂性。 4. 对于实色漆体系，可以对此体系直接用水性色浆调色。 5. 水分散丙烯酸聚酯乳液A1具有很好的机械稳定性，可以直接用来磨色浆。 6. 本实验制备的高性能水性烤漆具有很好的储存稳定性，对铝等金属具有良好的附着力。 7. 此体系可以应用于电脑、汽车等高档产品的表面涂饰。 8. 表面可以罩光，层间附着力良好，重涂性好。 9. 本体系不宜用作罩光。