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探讨水性丙烯酸聚氨酯氨基烤漆的应用性能及制备方法

2020-09-19 1423 上传者：管理员

摘要：通过选择适合的水性丙烯酸树脂、氨基树脂、水性封闭型异氰酸酯及助剂，为货车车厢或车架设计出一种水性丙烯酸聚氨酯氨基烤漆。在较短的流平和烘烤时间内，该烤漆具有低VOC、高光泽、高硬度、较强的耐盐雾和耐老化性，在电泳基材上有优异的附着力，对焊缝胶道有良好的遮盖效果。

关键词：
VOC
化学工业
有机化工
氨基树脂
水性丙烯酸树脂
水性封闭型异氰酸酯
货车车厢
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在货车车厢涂装领域，目前较多采用配套是，电泳涂料作为底漆和溶剂型烘烤涂料作为面漆。由于人们对安全、健康和环保越来越重视，在生产和生活中广泛使用绿色环保的涂料产品，水性涂料是其中的代表[1,2]。本研究以水性羟基丙烯酸二级分散体为主体树脂，该树脂呈乳白色，固含量40%～45%，含有少量醇醚溶剂，涂料成品的VOC可以低于90g/L。

本配方的货车车厢应用案例中，在已经喷涂好电泳底漆的车厢或车架上喷涂烤漆，静置流平7min，然后进入烘道，从80℃升温到130℃烘烤5～10min，继续升温到140℃烘烤15～20min。该过程是传统的溶剂型烤漆的典型工艺，流平和烘烤时间较短，普通的水性烤漆性能难达到要求。

1、实验部分

1.1实验原料

水性羟基丙烯酸乳液A和B，市售；CYMEL303LF和CYMEL325，氰特；封闭型异氰酸酯A,B和C，市售；正丁醇，二乙二醇丁醚，陶氏化学；润湿剂，毕克化学；流平剂，分散剂，消泡剂，赢创工业；钛白粉，山东东佳；N,N-二甲基乙醇胺，巴斯夫。

1.2水性烤漆的制备

1.2.1浆料的制备

按照表1中浆料的配方(以质量分数表示，下同)，依次加入各物料，高速分散约20min，在研磨机中继续研磨至浆料的细度≤30μm。

1.2.2水性烤漆的制备

按表1中水性烤漆的配方，依次加入各物料，低速搅拌均匀；调整粘度、pH，得到水性烤漆。

表1水性丙烯酸聚氨酯氨基烤漆基础配方

1.3样板制备及主要性能测试方法

样板制备及性能测试方法按照HG/T4758-2014中烘烤交固化型涂料的标准。其中配套一为客户提供的电泳板，电泳底漆膜厚度为25～30μm，配套二为市售PPG电泳板，电泳底漆膜厚度为25～30μm。

2、结果与讨论

2.1涂料的综合性能

涂膜的综合性能测试结果如下表2。

表2性能测试结果

2.2水性羟基丙烯酸树脂的选择

本实验选择了水性羟基丙烯酸乳液A，水性羟基丙烯酸乳液B，其红外图谱如下图1。3633cm-1为醇羟基伸缩震动峰，1083cm-1为C-O的伸缩震动峰，证明了C-OH的存在；1730cm-1为羰基的伸缩震动峰；2872cm-1和2956cm-1分别为CH3对称伸缩震动峰和不对称伸缩震动峰；1455cm-1为CH2伸缩震动峰，703cm-1及762cm-1这两处振动峰为CH2面外变形振动，证明长碳链-(CH2)n-的存在；1233cm-1为C-O-C醚键的伸缩震动峰；3254cm-1和3281cm-1为N-H的伸缩震动峰。树脂A和B的主要官能团相似，其均含有醚键及羧酸官能团，因此具备较好的水溶性和相容性较好。树脂A含有-(CH2)n-脂肪链段结构，因此其可能具有较好的耐黄变性，形成的漆膜会更加规整，具备较高的光泽度。

图1水性羟基丙烯酸树脂A和B的红外光谱图

2.3氨基树脂的选择

本实验选择氰特的CYMEL303LF和CYMEL325氨基树脂作为交联剂，如下图2是其红外光谱图，从图中可以看出3345cm-1为-NH伸缩震动峰，1554cm-1为三聚氰胺树脂中三嗪环内C=N伸缩震动峰，816cm-1为三嗪环的特征吸收峰，912cm-1为氨基树脂中甲氧基(O-CH3)的特征吸收峰[3]。CYMEL303LF和CYMEL325的主要特征官能相似，二者具有较好的相容性，可通过复配使用来调整反应速率，硬度，柔韧性。

图2CYMEL325和CYMEL303LF的红外光谱图

2.4水性封闭型异氰酸酯的选择

本实验测试了水性封闭型异氰酸酯A,B和C与水性羟基丙烯酸树脂在不同温度和时间下的凝胶率，异氰酸根(NCO)：羟基(OH)摩尔比为1∶1。如下图3，可以看出，与B和C相比，A反应活性最佳，在130～140℃区间内20～30min就可以完全交联。另外，A是由六亚甲基二异氰酸酯预聚物封端，耐黄变性能好，优选A为交联剂，提升交联密度和对电泳基材的附着力[4]。

图3封闭型异氰酸酯A,B和C不同温度下完全交联所需时间比较图

2.5颜料的体积浓度(PVC)的影响

PVC对涂膜的性能有重要影响，如光泽，硬度，遮盖力和耐性等[5]。如下表3，通过分析不同PVC浓度下对漆膜的性能的影响发现，PVC在20%时，涂膜有较高的光泽度和硬度，较好的遮盖力，同时，耐水性和耐盐雾性能最佳；当PVC低于20%时，光泽度会略高，但是硬度，遮盖力和耐水性，耐盐雾性能都有下降；当PVC高至30%时，光泽度急剧下降。

表3PVC对漆膜性能的影响

2.6消泡剂的选择及用量

本实验比较了三种类型的消泡剂，矿物油型、聚二甲基硅氧烷和聚醚硅氧烷型。以下三种类型的消泡剂单独使用会有针孔或缩孔或光泽变化等弊病，如下表4。在制备浆料的过程中选择有机硅消泡剂，如消泡剂A或B，这类消泡剂消泡能力强，但不能过量添加，可以通过高速剪切分散，可以减少针孔或缩孔的发生；在调漆阶段，添加矿物油型消泡剂，如消泡剂C，此类消泡剂与水性树脂相容性好，不容易产生缩孔，但是用量也不宜过大，否则会影响漆膜的光泽度。

表4不同消泡剂对涂膜性能的影响

3、结论

采用红外的光谱分析水性羟基丙烯酸树脂和固化剂，对它们的结构进行分析表征，选择了相容性好的两种水性羟基丙烯酸树脂和两种氨基固化剂复配，漆膜耐水性≥480h、耐盐雾≥500h和耐候性≥500h,VOC含量小于90g/L；通过筛选不同品种的水性封闭性异氰酸酯，分析其凝胶率，选择了在130～140℃下反应最快的固化剂，提升漆膜交联密度，在高光泽度的货车车厢电泳板上附着力达到0级，漆膜硬度3H；选择20%PVC含量的钛白粉，光泽度、遮盖力、表面效果、耐水性和耐盐雾性能等综合性能最佳，对焊缝胶道有良好的遮盖效果；在磨浆阶段使用有机硅消泡剂，在调漆阶段采用矿物油消泡剂，可以减少涂膜弊病的发生。

参考文献:

[1]陈剑华,陈中华,陈文君,等.水性氨基烘漆的研制[J].广州化工,2009,37(04):118-121.

[2]于国玲,王学克.水性丙烯酸聚酯氨基烤漆的研制[J].电镀与涂饰,2019,38(02):60-64.

[3]洪婷.耐高温水性金属闪光烘烤漆的制备与性能研究[D].华南理工大学,2013.

[4]谭卉文,张政,陈景豪.封闭型水性聚异氰酸酯的制备及其应用研究[J].广东化工,2020,47(12):51-52.

[5]陈中华,谭健斌,陈文君,等.高光泽深色水性氨基烤漆的研制[J].涂料工业,2009,39(09):47-50.

陈卓,王建川,陈剑华.一种水性丙烯酸聚氨酯氨基烤漆的制备及应用性能研究[J].广东化工,2020,47(18):22-23+34.