采用水性丙烯酸樹脂為成膜物質(zhì)，高羥甲基型甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂為固化劑，選用合適的助劑和助溶劑，制備了綜合性能優(yōu)異的水性丙烯酸氨基烤漆。考察了烘烤溫度、干燥時(shí)間、固化劑的量及催化劑的量等因素對(duì)漆膜性能的影響。
關(guān)鍵詞：丙烯酸樹脂；水性丙烯酸樹脂氨基烤漆；制備；測(cè)試
測(cè)試單位：廣州市鑫英化工科技有限公司 莫東華
·引言
2010年，我國(guó)VOC的排放量約為1800萬(wàn)t，其中近1/4來(lái)自涂料涂裝行業(yè)。傳統(tǒng)溶劑型涂料大量VOC的排放對(duì)環(huán)境和人類身體健康造成了一定程度上的危害。隨著人類對(duì)其危害性的認(rèn)識(shí)和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，世界各國(guó)紛紛出臺(tái)法規(guī)嚴(yán)格限制VOC的排放，如歐盟Directive.99/13/CE法規(guī)，德國(guó)AT-luft法規(guī)（大氣凈化法，1992），美國(guó)的66法規(guī)，CAA(空氣潔凈法，1970）、CAAA（空氣潔凈法修正案，1990）[1]；我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始也陸續(xù)制定了一些環(huán)保法規(guī)，目前，我國(guó)涂料行業(yè)"十二五"規(guī)劃明確提出"限制規(guī)模以下（年銷售量2000噸以下）生產(chǎn)企業(yè)的建立，環(huán)境友好型涂料的準(zhǔn)入門檻可以恰當(dāng)放低"。水性涂料、無(wú)溶劑涂料、高固體份涂料、UV光固化涂料和粉末涂料等是未來(lái)涂料工業(yè)發(fā)展的主要方向。
水性丙烯酸氨基烤漆由于具有高光澤、硬度、保色保光、耐熱等優(yōu)點(diǎn)成為重要的工業(yè)涂料[2-4]，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、包裝桶、自行車、縫紉機(jī)、訂書機(jī)、書架等制品行業(yè)，起到金屬裝飾和保護(hù)作用。然而，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，水性漆主要以水為分散介質(zhì)，雖然具備低污染、低毒、阻燃和價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是其表面張力大、汽化潛熱大、溶解力有限、制作工藝、施工工藝、助劑的選擇和搭配等諸多直接和間接因素都會(huì)造成水性烤漆引起氣泡的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱為起泡。氣泡大的為巨泡，小的為微氣泡，漆膜的表面缺陷主要表現(xiàn)為爆孔、毛刺、痱子和針孔等現(xiàn)象。為此，本文從樹脂的特性和選用，消泡劑、流平劑、助溶劑的搭配以及烘烤溫度、干燥時(shí)間、固化劑和催化劑的量對(duì)漆膜性能的影響多角度考察，展開了水性丙烯酸氨基烤漆的實(shí)驗(yàn)工作，制備了綜合性能優(yōu)異的水性丙烯酸氨基烤漆。
1·試驗(yàn)部分
1.1主要原材料
水性丙烯酸樹脂，廣州鑫英化工；氨基樹脂，氰特；乙二醇單丁醚、pH調(diào)節(jié)劑、蒸餾水，國(guó)產(chǎn)；流平劑、消泡劑，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見表，更多詳情www.020j.cn 。
2·結(jié)果與討論
2.1水性丙烯酸樹脂的選用
水性樹脂是由分子鏈上含有親水基團(tuán)(如羧基、羥基、氨基、醚基、酰胺基等)的聚合物與胺類中和劑成鹽而具備水溶性，水性丙烯酸樹脂、水性聚酯樹脂和水性醇酸樹脂均可與水性氨基樹脂配合，制備綜合性能優(yōu)異的漆膜。水性丙烯酸樹脂依據(jù)分散方式的不同，通常可分為3類：水可稀釋型(water-reducible)，水乳膠型(1atex)，乳液型(emulsion)[5]。由于水性烤漆的爆孔與成膜物質(zhì)的玻璃化溫度密切相關(guān)，高玻璃化溫度的樹脂較低玻璃化溫度的樹脂容易爆泡，因此，一般選用低玻璃化溫度的水性樹脂[6]，本實(shí)驗(yàn)選用水溶性丙烯酸樹脂，用去離子水無(wú)限稀釋后呈現(xiàn)透明狀態(tài)，其玻璃化溫度為0℃，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表
2.2固化劑的選擇
高亞氨基型高甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂、高羥甲基型甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂和六甲氧基甲基三聚氰胺甲醛樹脂是幾種常見的水溶性氨基樹脂，其中高羥甲基型氨基樹脂屬于聚合型部分烷基化的氨基樹脂，主要含有烷氧基甲基和羥甲基，它含有極少量的亞氨基。由于烷氧基甲基主要是交聯(lián)反應(yīng)的基團(tuán)，需要較高溫度才能發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，而羥甲基的反應(yīng)活性大于烷氧基甲基，氨基樹脂中羥甲基含量的增加，可以提高固化反應(yīng)速度和降低烘烤溫度，同時(shí)它含有極少量的亞氨基，可以減少自聚反應(yīng)。因此，本文選用高羥甲基型的氨基樹脂為固化劑
2.3烘烤溫度和干燥時(shí)間的影響
選用基體樹脂與氨基樹脂的配比為3:1，考察不同的烘烤條件對(duì)漆膜固化交聯(lián)反應(yīng)的影響，從而選擇合適的烘烤溫度和干燥時(shí)間。
表3和表4分別示出了烘烤溫度和干燥時(shí)間對(duì)漆膜性能的影響。當(dāng)烘烤溫度由110℃上升為140℃時(shí)，干燥30min，漆膜的硬度由HB提高到2H，隨后繼續(xù)升高溫度，漆膜硬度沒(méi)有改變。說(shuō)明成膜物質(zhì)的羥基與水性氨基樹脂的羥甲基、烷氧基甲基化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)完全，形成了附著力、耐沖擊和柔韌性優(yōu)異的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的漆膜。由表4可知，在130℃,20min的條件下，漆膜不能完全固化，通過(guò)延長(zhǎng)干燥時(shí)間至80min，漆膜同樣可以達(dá)到完全固化硬度。
由表5可知，當(dāng)兩種樹脂的配比為6:1～2:1時(shí)，漆膜的附著力、抗沖擊性、柔韌性和硬度性能優(yōu)異，耐水性、耐鹽水、耐醇和耐堿均達(dá)到168h以上，耐體積濃度為10％的硫酸溶液12h以上。當(dāng)樹脂固體份比增加到1:1時(shí)，漆膜的附著力、耐沖擊和柔韌性變差，無(wú)法達(dá)到漆膜的基本性能要求。因此，選定兩種樹脂的配比為6:1～2:1時(shí)為適宜。
3·結(jié)語(yǔ)
?。?font face="Times New Roman">1）選用水溶性型丙烯酸樹脂和高羥甲基型甲醚化氨基樹脂，搭配合適的助劑、助溶劑，制備了性能優(yōu)異的水性丙烯酸氨基烤漆。
?。?font face="Times New Roman">2）通過(guò)考察烘烤溫度和干燥時(shí)間對(duì)漆膜性能的影響，實(shí)驗(yàn)表明，兩種樹脂的配比為3:1時(shí)，烘烤條件為140℃～160℃,30min時(shí)，漆膜的綜合性能優(yōu)異。在130℃,20min的條件下，漆膜不能完全固化交聯(lián)，通過(guò)延長(zhǎng)干燥時(shí)間至80min，漆膜可達(dá)到完全固化硬度。
（3）通過(guò)考察固化劑的量對(duì)漆膜性能的影響，實(shí)驗(yàn)表明，在150℃,30min的條件下，當(dāng)兩種樹脂的配比為6:1～2:1時(shí)，漆膜的常規(guī)性能優(yōu)良，其耐水性、耐鹽水、耐醇和耐堿均達(dá)到168h以上，耐體積濃度為10％的硫酸12h以上。（4）通過(guò)考察在不同的烘烤溫度下，催化劑的量對(duì)漆膜性能的影響，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)烘烤溫度為110℃～120℃時(shí)，催化劑的量增加對(duì)漆膜性能影響小。當(dāng)烘烤溫度為130℃～140℃時(shí)，隨著催化劑量的增加，漆膜內(nèi)應(yīng)力大，漆膜的柔韌性和耐沖擊性能變差。通過(guò)比較，選定兩種樹脂的配比為3:1，催化劑的量為0.2％，烘烤條件為120℃,30min為最優(yōu)配方設(shè)計(jì)的工藝條件。