高硬度水性丙烯酸酯/氨基烤漆的研制及其性能测试

*杨凯旋 陶栋梁 金凤 张琳 涂梦

(阜阳师范学院 化学与材料工程学院 安徽 236037)

高硬度水性丙烯酸酯/氨基烤漆的研制及其性能测试

*杨凯旋 陶栋梁 金凤 张琳 涂梦

(阜阳师范学院 化学与材料工程学院 安徽 236037)

随着人们对生活质量越来越高的要求,健康环保的生活理念已经作为装修或者粉饰施工过程中的重要依据.水性涂料以环保、节能、性能稳定等优点得以迅速发展.本文采用高速分散研磨法,以丙烯酸树脂、颜料色浆、去离子水、消泡剂、CaCO3为原料,皓珠为研磨介质研制水性丙烯酸涂料.

水性丙烯酸涂料;影响因素;温度;CaCO3;水性氨基树脂

水性涂料以水作为溶剂,具有健康环保的特性,因此减少了污染物有机溶剂的排放,极大程度上减少了对环境的污染,使用安全、节约能源和减少碳排放等优势,因而水性涂料已经成为当今涂料工业发展的主要方向,有着广泛的应用前景.

1.水性丙烯酸树脂涂料简介

丙烯酸树脂是指由丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类及其他烯类单体共聚制成的树脂.用丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体共聚合成的丙烯酸树脂对光的主吸收峰处于太阳光谱范围内,所制得的丙烯酸树脂漆具有优异的耐光性及耐户外老化性能.

2.实验部分

(1)实验原料

水性丙烯酸树脂(自制)、CaCO3(江苏大瑞有限公司)、涂料色浆(福州金日升工贸有限公司)、消泡剂(合肥新万成环保科技有限公司)、去离子水、水性氨基树脂、皓珠(Ф1.8-2.0mm).

(2)实验步骤

①制漆.在水性漆的制备过程中需要添加一些助剂以提高产品的性能,其配方组成如表2所示,其具体制备过程为:称取一定质量的水性丙烯酸树脂(其总量的1/4左右)、去离子水、消泡剂、CaCO3、适量皓珠,在300rpm转速搅拌条件下预混合分散,搅拌均匀后调整搅拌条件,在1500rpm转速下搅拌2h,停止搅拌后用120目的过滤网滤出皓珠,再加入丙烯酸树脂、涂料色浆,在700rpm转速下搅拌10min,静置一段时间用120目的过滤网滤出单组份水性丙烯酸涂料.

②制板.用去离子水将水性漆稀释至适合喷涂的粘度(用玻璃棒挑起后2s左右不断流)使用F-75型喷枪喷涂,喷涂时空气压力为0.6～0.8MPa,喷枪与物件表面距离为20～30cm,角度为90°,待喷枪稳定出漆后,将水性漆均匀喷涂在试板表面.在自然条件下等试板表干,再放入电热恒温鼓风干燥箱中烘烤30min.

③性能测试

A.耐水性的测定.根据国家标准《GB/T1733-93漆膜耐水性测定法》对漆膜进行耐水性的测定,在达到规定的试验时间后,以漆膜表面变化现象表示其耐水性能.B.硬度的测定.使用中国天津市材料试验机厂生产的QHQ型涂膜划痕硬度仪,按《GB/T6739-1996涂膜铅笔硬度测定法》测试铅笔硬度.C.耐冲击性的测定.使用中国天津材料试验机厂生产的QCJ型漆膜冲击器,参照《GB/T1732-93涂膜耐冲击力测定法》测试漆膜的耐冲击性.D.附着力的测定.采用QFH型漆膜划格仪,按照《GB/T9286-1998漆膜附着力测定法》采用画格实验方法测试漆膜的附着力.E.光泽度的测定.光泽度按《漆膜一般制备法》(GB1727-79)的规定,采用460型光泽度仪(台湾博学光学仪器有限公司)测定.每次测定五块样板后,用标准板校对照一次.标准板应该用擦镜纸或绒布擦,以免损伤镜面.

3.结果与讨论

(1)烘烤温度对漆膜性能的影响

选用③号单组份水性丙烯酸涂料,考察不同的烘烤条件对漆膜性能的影响,从而选择合适的烘烤温度.

由实验结果可知:当烘烤温度由100℃上升为120℃,干燥30min时,漆膜的硬度由B提高到H,随后继续升高温度,漆膜硬度没有改变;当烘烤温度由100℃上升为120℃,干燥30min时,漆膜的抗冲击力逐渐提高,随后继续升高温度,漆膜抗冲击力逐渐降低;当烘烤温度由100℃上升到140℃时,漆膜的附着力下降.由于水沸点高,水蒸发所需的热值高.当固化温度升高,会加速水分挥发,有助于粒子之间相互聚集,但当固化温度过高时,水分挥发过快,容易导致涂膜表面产生大量的气泡、缩孔,影响涂膜的外观和性能.

(2)CaCO3用量对漆膜性能的影响

填料亦称体积颜料,大多是白色或稍有颜色的粉体,不具备着色力和遮盖力,但具有增加漆膜的厚度和附着力、调节流变性能、改善机械强度、改善耐候性、降低光泽和降低成本的作用.由实验结果可知:随CaCO3用量的增加,漆膜的光泽度、耐水性逐渐降低,漆膜的附着力、硬度逐渐提高.

(3)水性氨基树脂用量对漆膜性能的影响

由实验结果可知:同一CaCO3含量系列,水性涂料漆膜的光泽度随配比先增大后减小,在水性丙烯酸树脂:水性氨基树脂=4:1时漆膜的光泽度最大;同一树脂配比系列,光泽度随着CaCO3含量的增加而降低.单组份水性丙烯酸涂料中加入水性氨基树脂后,漆膜的交联程度偏低或过大都会对附着力产生较大影响,使得漆膜的附着力较单组份水性漆的漆膜的附着力小.水性氨基树脂的使用能大幅度提高漆膜硬度,氨基树脂起到交联固化的作用,形成网状立体结构从而提高漆膜硬度.同一CaCO3含量系列,漆膜的耐冲击力随配比的增大而增大;同一配比系列,漆膜的耐冲击力随CaCO3含量先减小再增大.

氨基树脂的用量对漆膜的物理、化学性能有重大的影响,选择合适的配比,既能起到固化交联的作用,又能保证漆膜的各项性能的影响.水性丙烯酸树脂与氨基树脂的配比会影响漆膜的硬度、耐冲击性、耐水性等多种性能.我们通过实验发现,选择水性氨基树脂与水性丙烯酸树脂配比为4/1为宜.

4.结论

在完成以上实验并对制得样品的光泽度、硬度、附着力、抗冲击力、耐水性等性能进行测试.由实验结果可知:

(1)探究了温度对漆膜性能的影响,经分析可知:120℃,30min为最佳烘烤条件;(2)在确定最佳烘烤条件后,研究了CaCO3的合适用量.对CaCO3用量对漆膜性能影响的综合分析可知:CaCO3的最佳加入量为20g(每100g水性丙烯酸树脂).(3)探究了水性丙烯酸树脂与氨基树脂的比率,结合CaCO3不同加入量的影响,经分析确定4/1为最佳比率.(4)通过控制水性丙烯酸涂料的烘烤温度,探索CaCO3加入量、水性丙烯酸树脂与氨基树脂比例,研制了一种综合性能优异的水性烘烤漆.

5.结束语

水性涂料是涂料行业发展的方向,已成为国内外大多数涂料企业的发展趋势,尤其是国外对环境保护越来越重视,水性涂料已成为主力军,而国内的水性涂料发展也取得了明显的飞跃.水性丙烯酸树脂涂料的开发关键取决于各单体、引发剂、助溶剂、中和剂及与水性氨基树脂配比的选择.水性丙烯酸氨基树脂涂料具有色浅、耐光、耐候性佳、耐化学品、耐溶剂性好、光泽好、环保等优点,并在性能、价格方面具有竞争力,可广泛应用于汽车、家电、印铁等工业领域.

[1]张坤,陶栋梁,张宏等.正硅酸四乙酯用量对丙烯酸酯水性分散体和相应水性漆性能的影响[J].应用化工,2015,44(3):411.

[2]高月敏,王赛.水性涂料在汽车修补涂装中的设计以及应用[J].山东工业技术,2016,246.

杨凯旋(1996-),女,阜阳师范学院 化学与材料工程学院;研究方向:高分子材料.

Development and Performance Test of High Hardness Water - borne Acrylate / amino Baking Varnish

Yang Kaixuan, Tao Dongliang, Jin Feng, Zhang Lin, Tu Meng
(School of chemistry and materials engineering, Fuyang teachers college, Anhui, 236037)

With the increasing demand for the quality of life for human, the concept of healthy and environmental life has been used as an important basis for decoration or decoration. Water - borne coatings have been developed rapidly with the advantages of environmental protection,energy saving and stable performance. In this paper, the waterborne acrylic coatings were prepared by high - speed dispersion grinding method with acrylic resin, paint color slurry, deionized water, defoamer and CaCO3as raw materials, and Hao pearl as grinding media.

water - borne acrylic coatings;influence factor;temperature;CaCO3;water - borne amino resin

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