新型水性玻璃烤漆的研制

第 47卷第 8期 2009年 8月 上海涂料 SHANGHAI COATINGS Vo1．47No．8 Aug．2009 新型水性玻璃烤漆的研制 张兴桥 庄新民 朱汉良 朱平阳 (汉森(福建 )漆业有限公司，福建福清 350002) 摘 要：讨论了烘烤温度、基体树脂／交联剂配比、／隅联剂种类及用量对漆膜耐水性、耐醇性、耐 磨耗及硬度的影响，结果明：基体树脂／交联剂为j9：(1．5一1)，添加1．0％～1．2％自制偶联剂，在 120 140~C条件下烘烤30 min左右，制得的漆嗅具有良好的耐水、耐磨、耐醇性及高硬度等特性。 关键谲 ：水性涂精；耐承性；耐醇牲 玻璃烤漆 警薯： -- 。。 中图分类号：TQ 633 文献标识码：A 文章编号：m09；I696(2009)o8-oolo一03 0 引言 玻璃及玻璃制品的涂装保护与装饰在工业和民用 领域有着广泛的需求，如灯饰、酒瓶、香水瓶、透镜和 玻璃仪器等都需要在表面涂覆保护层和装饰涂层。 目前，国内应用的玻璃涂料多为溶剂型产品，随 着人们环保意识的提高和环保法律法规的健全，水性 涂料在玻璃上的应用受到极大的重视 ¨。采用聚氨酯 水分散体、水溶性聚丙烯酸树脂、氨酯型及改性的丙 烯酸树脂制备的单组分水性玻璃漆在玻璃底材上存在 附着力 、耐醇性、耐水性、耐磨耗性差及硬度低等缺 点 。水性双组分室温固化玻璃漆在施工过程中过短 的适用期会给施一丁：造成一定的困难 ，同时也引起漆料 的浪费及施T现场混合不均等难题 。 针对市场上现有水性玻璃涂料存在的问题 ，本文 研制出对玻璃底材具有良好干、湿附着力、耐醇性、 耐水性、耐磨性好及高硬度的新型水性玻璃烤漆，并 考察了烘烤温度、基体树脂／交联剂配比、偶联剂种类 及用量对漆膜耐水性 、耐醇性 、耐磨性和硬度的影响。 1 实验部分 1．1原与设备 水性丙烯酸树脂，自制；氨基树脂，江苏三木化 工公司；润湿剂，广州斯洛克化学；流平剂，Ciba； [收稿 日期J 2009—06—01 [作者简介】张兴桥，汉森漆业(福建 )有限公司水性涂料工程师。 偶联剂，自制；消泡剂 1、抗刮剂，深圳海川化工；消 泡剂2，南京四新化学；pH调节剂，自制。 TD6001电子天平，天津天平仪器有限公司；JJ一1 电动搅拌机，江苏金坛仪器有限公司；划格器、湿膜 制备仪，上海现代环境工程技术有限公司；QHQ一型 漆膜铅笔硬度划痕硬度计、磨耗试验机，天津永利达 材料实验机有限公司；XHT一2型高温湿热仪，上海杰 颖电子技术有限公司；101A一1恒温烤箱，上海路康 仪器有限公司。 1．2 基础配方及 水性玻璃烤漆配方见表 1。 表 1 水性玻璃烤漆配方 1．3 水性玻璃烤漆的制备工艺 用电子天平称取定量的原材料，在低速搅拌条件 下依次将原材料 1-9添加到容器中，加入pH调节剂 调整体系pH值为弱酸性。在转速为900 r／rainT搅拌 10 n，均匀混合后，制得成品。 第 8期 张兴桥，等：新型水性玻璃烤漆的研制 1．4 性能测试 漆膜制备及性能参照见表2。 表2 漆膜制备及性能检测参照标准 硕 目 | 参襄 标准 漆膜制备 耐水性 耐醇性 耐磨性 铅笔硬度 GB，r l727— 1992 GB，r 1733— 1993 GB厂r 1763— 1979 CB，r l768— 1979 GB厂l 6739— 1996 2 结果与讨论 2．1烘烤温度对漆膜性能的影响(表3) 表3 烘烤温度对漆膜性能的影响 注：底材：毛玻璃；耐醇性、耐磨性检测以露底为准。 烘烤温度是影响漆膜基本性能的重要因素。丙烯 酸树脂与氨基树脂的交联作用需要在一定温度下才 能进行，且交联固化的完全与否直接影响漆膜物性的 好坏。表 3表明：烘烤温度从90～130℃逐渐升高时， 漆膜的物性随温度的升高明显增强；当烘烤温度超 过 140~C时，随烘烤温度的升高漆膜的物性开始下降， 温度过高时漆膜开始泛黄，同时耐水 、耐醇、耐磨等 性能都会不同程度的下降。从表3可知：烘烤温度在 120～140~C之间为宜 。 烘烤温度过低，交联固化不完全，漆膜中的反应 型基团(如羟基、羧基、氨基等 )未能完全参与固化 反应，导致涂膜的基本物性难以达到使用要求 ；烘烤 温度过高，会导致原已形成致密结构的漆膜发生焦化 或聚合物中部分化学键的高温不稳定性，发生化学键 的断裂，改变了漆膜的致密性所形成的微孔结构，增 加了液相物质在漆膜中向底材的渗透几率，形成的液 相一底材界面取代原有的漆膜一底材界面。基体树脂 与甲醚化氨基树脂的反应过程如下⋯： c cH ／ ∞ ⋯ ，_( c H丝 I 。⋯ u⋯2⋯ ⋯———一 N N cH3OcH2＼＼N／ II ，N,，／＼~ 1 N／ cH2Oc l f CH3OCH2＼N／cH ocH N 叫 H R’coocH2cH20cH ＼ N ．／ ll --．N ~．-' lN N／cH2OcH2cH2。c0R’ I l CH oCH， CH，OCH 弱酸性物质对该反应具有催化作用。过高的烘烤 温度在加速漆膜分解的同时，还加快了酸性物质的挥 发，使有机酸催化剂的利用率降低。因此选择合适的 固化温度是影响漆膜基本物性的关键性因素 。 2．2 交联剂用量对漆膜性能的影响 改变氨基树脂与基体树脂的配比，考察交联剂用 量对漆膜物性的影响，结果见表4。 表4 交联剂用量对漆膜物性的影响 漆膜性能 水性丙烯酸树脂，氨基树脂(质量比 ) 9 ：0．5 9 ：l 9 ：1．5 9 ：2 从表4可知：两者合适的配比为：9：(1～1．5 o 交联剂用量增加，漆膜的耐水、耐醇、硬度及耐磨等 性能均增加。交联剂与基体树脂配比为1：9时，漆膜 的各项性能较好，继续增加交联剂的用量时，漆膜的 各项性能开始呈现降低的趋势。 本文中氨基树脂具有良好的水溶性，其用量低 时，基体树脂不能完全参与固化反应，漆膜中仍然保 留部分未反应的亲水性基团(如 ：羟基 、羧基等 )，基 12 上海涂料 第 47卷 体树脂多以单体形式存在，这些单体发生 自聚时形成 对漆膜具有增塑作用的线型结构，当有外力作用时会 发生分子链的滑动，反而降低了漆膜的机械性能川； 交联剂用量过大，漆膜中的亲水性基团由交联剂引 人，由于这些亲水性基团易与水或醇形成氢键作用， 故表现为漆膜的耐水、耐醇性下降。 2．3 偶联剂种类及用量的选择 本文选用了3种偶联剂，考察其对漆膜耐水性和 耐醇性的影响，结果见表5。 表5 不同偶联剂对漆膜耐水、耐醇性的影响 耐水性 19 h起泡 耐醇性(来回)／次 83，露底 注 ：偶联剂用量为配方总量的 l％。 28 h起泡 >170 h无异常 92，露底 >152，无异常 从表5可知：偶联剂 3能改善漆膜的耐水性及耐 醇性。当添加 1％偶联剂3时，漆膜的耐水性及耐醇性 足以满足涂装表面的使用要求。偶联剂3的具体用量 对漆膜耐水性和耐醇性的影响见图1。 1 1 1 赳 1 霉 1 蟪 偶联剂3用量／％ 1一耐水性曲线；2一耐醇性曲线 图1 偶联剂3对涂膜性能的影响 从图1可知：随偶联剂3用量的增加，漆膜的耐 水性和耐醇性逐渐提高，当其添加量在0．2％～0．8％之 间时，耐水性和耐醇性变化更加明显。当其用量增加 到0．8％以上时，耐水性和耐醇性提高的幅度趋缓。用 量增加到 1．O％～1．2％时，漆膜的耐水性可达 170 h以 上。此时，随偶联剂用量的增加，漆膜的耐水性和耐 醇性趋于稳定，通过增加偶联剂3的用量来提高漆膜 的耐水性和耐醇性已无意义。综合两者的变化情况， 偶联剂3在配方中的用量为1．0％～1．2％。 偶联剂3为硅氧烷偶联剂，其结构式如下： R— SiX3 其中，R为氨基、双氨基、甲基丙烯酸酯基、环氧 基、乙烯基、氯化烷基等； x为可水解的有机官能团，一般为甲基。 涂料中添加硅氧烷偶联剂在涂布施工后，硅氧烷 偶联剂向底材的界面迁移，在无机表面发生水解可生 成硅醇基进而和底材表面上的羟基形成氢键或缩合成 si一0一M(M代表金属、玻璃等 )共价键，而硅烷上的 R有机官能团则与涂料树脂或固化剂(反应型基团为 亲水性的氨基、羟基、羧基等 )进行反应，键合或形成 纠结缠绕，从而达到增进附着、减少水或醇类物质向 底材的渗透及对漆膜的溶解性等作用。同时，硅烷各 分子键的硅醇基也会与漆膜相互缩合形成网状结构。 3 结语 对不同烘烤温度、基体树脂／交联剂配比、偶联 剂种类和用量对漆膜耐水性、耐醇性、硬度及耐磨性 的影响进行讨论，并对其作用机理进行探索。结果表 明：基体树脂／交联剂配比为：9：(1～1．5)，偶联剂 3添加量为配方总量的 1．0％～1．2％，在 120～130℃条件 下烘烤30 min左右制备而成的水性玻璃烤漆漆膜具有 优良的耐水性、耐醇性、耐磨性及高硬度。 参考文献 1 武利民．涂料技术与基础[M]．北京：化学工业出版社，1999： 324—325 2 甘肃油漆厂涂料研究所．国内外水性涂料发展概况[J]．涂料工业， 2006(1O)：48—52 3 大日本涂料株式会社．耐候性优异的水性涂料组成[p]．日本专利公 开 ：平 7-238251，2006 4 洪啸吟，冯汉保．涂料化学[M]．北京：科学出版社，2008：21o一211 5 蒋建平，陈小文，荆红德．影响聚氨酯水性玻璃漆附着力因素的探 讨[J]．聚氨酯工业，2006(6)：42—45 6 刘 国旭 ．水性醇酸氨基 烤漆 的研 制[J]．上海涂料，2006(10)： ll一13 7 郭淑静，张秀梅．国内外涂料助剂品种手册[M]．北京：化学工业出 版社 ．2005：5一lO