水性氨基烘漆的研制

水性氨基烘漆的研制

陈剑华，陈中华，陈文君，陈海洪

（1广州安泰化学有限公司，广东广州510665；2华南理工大学科学与工程学院，广东广州510640）

摘要：研制了一种水性烘漆，该烘漆采用低甲醚化氨基树脂为固化剂，烘烤温度低。烘烤（130℃）15min后，漆膜的60°光 泽＞90，铅笔硬度为2H，耐冲击性为50kg·cm，附着力一级，可用于金属的外表面涂装。并对影响水性烘漆性能的多种因素进行了分 析，结果表明：选择合适的乳液、羟基树脂及固化剂是制备高性能水性烘漆的关键。

关键词：水性氨基烤漆；乳液型丙烯酸树脂；三聚氰胺固化剂

氨基烘漆是常用的工业漆，以氨基醇酸烘漆[1-3]为主要品种， 很多烘烤的金属制品都是用氨基烘漆来达到保护和装饰的作用。 传统的氨基烘漆价格便宜、涂膜光亮、坚硬、附着力强，广泛应用 于机械制造、机电和五金等行业，但烘烤温度高、干燥时间长、能 耗大，快干型氨基烘漆虽然有几十年的生产历史，但韧性较差、储 存期短[1]。随着人们生活水平的提高，环境保护意识的加强及有机 挥发物排放量的严格规定，环境友好型的涂料产品也越来越被人 们重视，氨基烘漆的水性化研究及产品也越来越多。本研究通过 选取合适的乳液、羟基树脂及氨基树脂，制备了能用于金属表面 涂装、光泽高、附着力好、机械性能优异的水性氨基烤漆，并对影 响漆膜性能的多种因素进行了探讨。

1实验部分

1.1实验原料

水性羟基丙烯酸乳液A（固含44%，上海），水性羟基丙烯酸 乳液B（固含45%，北京），水性羟基丙烯酸乳液C（固含40%，深 圳），水性羟基丙烯酸乳液D（固含48%，佛山），羟基树脂A（固 含55%，佛山），羟基树脂B（固含55%，顺德），羟基树脂C（固 含55%，广州），羟基树脂D（固含50%，顺德），低甲醚化氨基树 脂A（固含83%，英力士），低甲醚化氨基树脂B（固含74%，巴 斯夫），钛白T1（科美基），钛白T2（KEEMCGEE），消泡剂（德固 赛），增稠剂（德谦），流平剂（埃夫卡），二乙二醇单丁醚（陶氏 化学）。

1.2实验设备及仪器

DSC 204F1，NETZSCH；NDJ-1型旋转粘度计，上海安德仪器 设备有限公司；QBY型计数摆式硬度计，天津市精科材料试验机 厂；QCJ型漆膜冲击器、QTX型漆膜柔韧性测定器、QFH型划格 器，上海现代环境工程技术研究所；WGG60－E3光泽度计，科仕 佳光电仪器研究所；CZ-90A型精密型盐水喷雾实验机，东莞众志 检测设备有限公司。

1.3涂料基本配方

1.4涂料的制备

将部分水性羟基丙烯酸乳液、胺调节剂、防闪锈剂、钛白加入容器内，高速分散至细度达到30微米以下，制成浆料，再将剩余 的水性羟基丙烯酸乳液、水稀释性羟基树脂、甲醚化三聚氰胺树 脂、水、助溶剂及助剂加入浆料中，充分搅拌，最后调节粘度，即得 产品。

1.5主要性能测试方法

涂料及涂层的性能测试方法如表2所示。

2结果与讨论

2.1乳液的选择

由于氨基树脂单独成膜显脆性，不具有实用性，通常需要选 择一个更柔韧的树脂来补偿，特别是用于金属件的涂装，在成膜 树脂的选择上，要求成膜树脂应具有优异的柔韧性和对金属底材 的附着力。对市售的四个厂家的羟基丙烯酸乳液进行了比较，考 察了四种乳液的外观、稳定性和涂膜性能，结果列于表3中。 由表3可知，乳液A效果较好，气味合适，机械稳定性好，漆 膜光泽高，耐冲击性能、柔韧性和附着力好；乳液B机械稳定性 好，漆膜耐冲击性能、柔韧性和附着力好，但气味异常；乳液C气 味合适，机械稳定性好，漆膜耐冲击性能、柔韧性和附着力好，但 光泽较低；乳液D机械稳定性差，不满足制备工艺要求。因此，选 择乳液A作为水性烘漆的主要成膜物质。

对丙烯酸乳液A进行了DSC测试，DSC曲线如下，见图1。 对丙烯酸乳液A进行了

DSC测试，从图1中可以看出玻璃 化转变起始温度Tig为-1.4℃；中点温度Tmg为15.6℃；拐点： 23.4℃；终止温度Teg为32.8℃。该丙烯酸乳液的玻璃化温度在 15℃左右，在不加羟基树脂改性剂及氨基树脂固化剂的情况下，

常温干燥，漆膜能够形成完整连续的涂膜，具有理想的干燥性能。

2.2羟基树脂的选择

要通过不同水性聚合物的共混来改善水性漆的性能，聚合物 之间必须具有良好的相容性。为此，研究了羟基树脂和丙烯酸乳 液的相容性，为获得稳定性好的涂料，羟基树脂与丙烯酸乳液必 需具有良好的相容性，涂膜要完全透明，且长期放置后不能有树 脂析出。选择了市面上几种羟基树脂，与丙烯酸乳液A的相容性 测试结果如下，见表4。

羟基树脂的用量直接影响了漆膜的物理性能和交联密度， 进一步考察了羟基树脂用量对漆膜性能的影响。测试结果列于 表5。

从表5可知，当羟基树脂A占成膜树脂总量的16.7%时，涂 膜具有优异的性能，改性剂的加入提高了漆膜的光泽、硬度、耐乙

醇性和耐水性。随着改性剂的加入，光泽的提高不再明显，甚至产 生下降，可能原因在于过多的改性剂使微观乳胶粒子分布状态发 生变化，导致光泽下降。日本学者认为[4，5]，分子量较小和含有较多 亲水基团的羟基树脂对颜料有较好的分散作用，对乳液有较好的 稳定作用，成膜时能填充乳胶粒之间的空隙，因而提高了涂膜的 致密性和耐水性。由乳液制备的有色涂膜，表面会十分粗糙，平整 性差，加入羟基树脂能够改善涂膜的平整性，同时颜料粒子可以 得到更好的分散，因此可以改善涂膜的平整性和光泽。过多的改 性剂对冲击也产生不良影响，原因可能在于：一方面高羟值的树 脂加入提高了漆膜的交联密度，导致冲击性能下降；另一方面，体 系引入了玻璃化温度相对较高的改性剂，导致冲击性能下降。对 含不同用量的羟基树脂的透明膜进行了DSC测试，结果如图2 所示。

DSC测定结果表明，经高温干燥后，透明膜Tg高于丙烯酸乳 液A的玻璃化温度（15℃），随着羟基树脂用量的增加，透明膜 的玻璃化温度和硬度提高。可能原因在于：①羟基树脂含有的交 联基团-COOH和-OH高于丙烯酸乳液，交联基团含量越高，涂 膜的交联密度越大，因而涂膜的玻璃化温度越高，硬度也越大；②-COOH对交联反应具有催化作用，其含量越高，交联反应越快， 涂膜的交联密度越大，因而涂膜的玻璃化温度越高，硬度也越大； ③羟基树脂属于水稀释性树脂，分子量小，在水中的分散性好，和 固化剂氨基树脂的相容性好，有利于交联。

2.3氨基树脂固化剂的选择

甲醚化三聚氰胺树脂广泛用于水性氨基烤漆的制备[6]，固化 剂的醚化程度和用量对漆膜性能有较大的影响。为获得中低温烘 烤固化的涂层，本文选用低甲醚化氨基树脂固化剂，考察了两种 牌号的低甲醚化氨基树脂固化剂对漆膜性能的影响，并确定了最 佳的用量，结果列于表6和表7。

从表6可以看出用低甲醚化的氨基树脂B固化后的漆膜具 有优异的耐冲击性能和附着力，但光泽不如低甲醚化的氨基树脂 A，同时，氨基树脂固化剂A的固含较高，能够制备固体含量更高 的涂料，且挥发物含量小。因此，选择氨基树脂固化剂A更合适。 由于低甲醚化氨基树脂固化后形成的涂膜具有优异的耐乙醇性 和光泽，进一步考察了固化剂的用量对漆膜性能的影响，从表7 可以看出固化剂与成膜树脂的质量比为1：4时漆膜具有较好的 综合性能，固化剂用量过多，漆膜的耐冲击性能、附着力降低；用 量过少，漆膜的耐乙醇性、光泽、硬度都降低。

2.4颜料的选择及用量的影响

钛白是普遍用到的白色颜料，具有白颜料中最高的折光指 数，用于各种体系中能显示出最佳的遮盖力或不透明度[7]。钛白的 种类和用量直接影响了漆膜的外观、遮盖力和机械性能，要制备 性能优异、遮盖力良好的丙烯酸氨基烘漆，颜料的选用非常重要。 本文考察

了不同厂家不同牌号的金红石型钛白对漆膜性能的影 响，结果列于表8和表9。

结果表明，用钛白粉T1制备的漆膜具有更加优异耐冲击性 和光泽，颜料体积浓度为18%时，漆膜具有合适的光泽、较好的遮 盖力和优异的耐水性；随着颜料体积浓度的增大，光泽明显下降， 但有较好的遮盖力；随着颜料体积浓度的减小，光泽不断上升，但 遮盖力和耐水性明显变差。

2.5助剂的选择

2.5.1消泡剂的选择及用量

在水性涂料的生产和施工中，空气将不可避免地分散在涂料 液体中而形成泡沫，对于容易产生泡沫的体系，要加入泡沫控制 助剂。泡沫控制助剂有消泡剂和抑泡剂，消泡剂可

分为脱泡型和 破泡型两类。脱泡型消泡剂能发挥聚集泡中空气的能效，破泡型 消泡剂能迅速破坏体系中已经产生的气泡，抑泡剂能抑制生产过 程中及涂料产品中的气泡。一般情况下，消泡剂均具有破泡、抑泡 和脱泡的作用，只是不同产品各有侧重而已。

通常，涂料要求光泽越高，消泡剂的选择就越严格，一种消泡 剂必须与涂料具有明显的不相容性，并减少鱼眼、缩孔等副作用， 在水性烘烤涂料中，消泡剂一般选择由二甲基硅氧烷与聚醚改性 的消泡剂，而不能选用影响涂料光泽的矿物油基消泡剂。本实验 选择了两种消泡剂，一种为聚硅氧烷-聚醚共聚物，具有优异的 抑泡性，另一种为非硅类消泡剂，具有优异的破泡性，分别在研磨 前、后加入，加入量分别为体系的1.4‰和0.6‰具有较好的效果。

2.5.2助溶剂的影响

聚合物水溶液粘度往往过高，助溶剂的加入对水稀释性及粘 度起调节作用，并影响漆膜干燥时的溶剂挥发速率和涂料体系的 相容性与润湿性。通常，助溶剂的加入有利于形成平整光滑的漆 膜，得到粘度适中的涂料，但助溶剂的过度加入，不仅会影响漆膜 的光泽，同时还会对环境带来污染，因此，要寻找合适的助溶剂添 加量。本实验以沸点为230.0℃、相对挥发速率为0.3的二乙二醇 丁醚为助溶剂，当其用量大于5%时，漆膜的光泽迅速下降，因此， 助溶剂二乙二醇丁醚的合适用量应在5%以内。

2.5.3流平剂的选择及用量

涂料的流平性是涂料的重要技术指标，添加适合的流平剂能 够明显改善成膜的性能，主要表现在：改进流平性能和均涂性能； 消除缩孔和鱼眼现象；减少桔皮和针孔现象；改善底材润湿性，有 利于空气及溶剂释放；保持或增加底材重涂性和附着力；有助于 颜料的

分散。

流平剂的选择影响涂膜的外观、层间附着和再涂性。作为高 装饰性的氨基烘漆，涂膜必须具有优异的流平性。常规的流平剂 有丙烯酸共聚物、有机硅和氟碳表面活性剂。有机硅类表面张力低、表面活性高，本实验选用短链聚二甲基硅氧烷类流平剂，当添 加量在2‰时，漆膜平整光滑、光泽高，具有较好的流平性。

4结语

（1）根据水性氨基烘漆的特点和制备工艺的要求，选取四种 市售丙烯酸乳液进行对比，丙烯酸乳液A各方面性能优异，综合 性能最佳；

（2）对丙烯酸乳液和羟基树脂的相容性进行了研究，选择了 合适的羟基树脂，羟基树脂改性剂的加入提高了漆膜的光泽、硬 度、耐乙醇性和耐水性，获得的水性丙烯酸氨基涂料具有优异的 综合性能；

（3）选用低甲醚化氨基树脂作为改性水性丙烯酸氨基烘烤 涂料的固化剂，固化剂与成膜树脂的质量比为1:4时，制得的涂 料综合性能较优；

（4）通过对颜料和助剂的选择，制备了遮盖力好，表面效果 好的涂膜，当钛白粉T1用量在颜料体积浓度为18%，消泡剂用量 分别在1.4‰和0.6‰，助溶剂用量低于5%，流平剂用量在2‰ 时，漆膜具有合适的光泽和较好的遮盖力。

参考文献

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