低成本高性能醇酸氨基机壳漆的制备

0 前言
机壳漆是指应用于电脑机箱,VCD、DVD 播放器机壳,收音机机壳,冰箱底壳等表面涂饰的涂料,这些机箱机壳多用铝合金、马口铁等金属制作,具有施工时单个工件喷涂面积较大,用漆量大,性能上要求硬度高、重涂性好、耐水性和耐溶剂性好,而价格上要求相对较低等特点,市场上一般选用丙烯酸氨基烘烤型机壳漆。本文尝试用大豆油醇酸树脂和异丁醇醚化三聚氰胺树脂制备醇酸氨基机壳漆,并对两种树脂的比例、助剂、填料和烘烤温度等影响性能的几个主要因素进行讨论,所得机壳漆成本低廉且施工性能好。

1 实验部分
1.1 原料与仪器设备
原料:大豆油醇酸树脂,固含量(70±2)%、异丁醇醚化三聚氰胺树脂,固含量(60±2)%、金红石钛白粉、超细改性沉淀硫酸钡、有机膨润土、S-100 高沸点溶剂、二甲苯、丙酮、工业乙醇、自来水、丙烯酸类流平剂、分散剂1、分散剂2、附着力促进剂、25%对甲苯磺酸溶液、稀释剂、5% NaCl 水溶液。
仪器设备:SK-2 立式砂磨机、303A-2 电热鼓风干燥箱、涂-4 杯、刮板细度计,国产。

1.2 有机膨润土的活化
有机膨润土在配方中起防沉作用,将其预先活化(制成10%含量)后再用于制备填料浆,这样较易分散,防沉效果也很好。有机膨润土活化参考配方见表1。

生产工艺:先把有机膨润土加入二甲苯中,高速分散约30 min,再在搅拌过程中缓慢滴加工业乙醇和自来水的混合物,滴加完毕后继续分散至细度≤ 25 μm。

1.3 钛白色浆和沉淀硫酸钡填料浆的制备
钛白色浆和沉淀硫酸钡填料浆制备参考配方见表2。
表2 钛白色浆和沉淀硫酸钡填料浆制备参考配方

生产工艺:先把分散剂加入S-100 高沸点溶剂中溶解,再加入颜填料高速分散,最后加入大豆油醇酸树脂、有机膨润土搅拌均匀,静置24 h 后用砂磨机研磨至细度≤ 25 μm。

1.4 醇酸氨基机壳漆的制备
醇酸氨基机壳漆制备参考配方见表3。

生产工艺:先把两个树脂混合搅拌均匀,再加入颜填料浆、助剂高速分散,最后用稀释剂调配粘度至80~100 s[涂-4 杯,(25±1)℃]。

1.5 醇酸氨基机壳漆性能测试结果
将醇酸氨基机壳漆用稀释剂稀释至粘度18~22 s[涂-4 杯,(25±1)℃],用空气喷枪喷涂,流平10 min后放入烘箱烘烤(150℃ ×20 min),取出静置,冷却后测试性能,结果见表4。

2 结果与讨论
2.1 醇酸树脂和氨基树脂比例对机壳漆性能的影响
该机壳漆中醇酸树脂作为主要成膜物与氨基树脂匹配,以其官能基(羟基、羧基)与氨基树脂进行缩聚反应,这是固化时的主反应。羧基主要起催化作用,它催化交联反应,同时也催化氨基树脂的自缩聚反应。异丁醇醚化三聚氰胺树脂属于聚合型部分烷基化的氨基树脂,主要含有丁氧基甲基( N—CH2OC4H9)和羟甲基( N—CH2OH),其中前者主要是交联反应的基团,需要较高的温度才能发生交联反应,后者既是交联反应的基团,也是自缩聚的基团,其反应能力比前者大。
两种树脂主要的交联反应式如下:

式中,R 为醇酸树脂的主链。
氨基树脂的自缩聚反应式如下:

显然,该机壳漆中大豆油醇酸树脂和异丁醇醚化三聚氰胺树脂的比例对其性能的影响很显著。二者比例对机壳漆性能的影响见表5。
表5 大豆油醇酸树脂和异丁醇醚化三聚氰胺树脂比例对机壳漆性能的影响

从表5 可以看出:随着配方中大豆油醇酸树脂添加量的增加,机壳漆的光泽和耐冲击性均有所提高,但是铅笔硬度、耐溶剂性和耐盐水性却变差了。比较来看,当大豆油醇酸树脂和异丁醇醚化三聚氰胺树脂比例为22∶20 时,机壳漆的综合性能最佳,也满足技术指标的要求。

2.2 助剂对机壳漆性能的影响
2.2.1 流平剂对机壳漆性能的影响
流平剂一般是通过与涂料体系的一种可控不相容性来降低涂料体系的表面张力,促使漆膜流平,消除漆膜的表面缺陷。常用的流平剂有两类:丙烯酸类流平剂和有机硅类流平剂。流平剂对机壳漆性能的影响见表6。

从表6 可以看出:添加流平剂后机壳漆的流平性有所改善,使用有机硅类流平剂制备的机壳漆重涂后层间附着力较差。这是因为有机硅类流平剂里含有硅油,硅油在漆膜干燥时会迁移到漆膜表面,影响了机壳漆重涂后的层间附着力。机壳漆涂装时经常需要重涂或返工,为了不影响层间附着力,应选用丙烯酸类流平剂。目前市面上也有少量有机硅类流平剂不影响层间附着力,当然还需通过实验仔细鉴别。

2.2.2 酸性催干剂对机壳漆性能的影响
在醇酸氨基涂料中,经常加入少量酸性催干剂以加快漆膜的固化,提高漆膜硬度。常用的催干剂是对甲苯磺酸、磷酸二氢丁酯等。在该醇酸氨基机壳漆中添加对甲苯磺酸,除2.1 中的反应外,还可能发生其它交联反应,如羟甲基、丁氧基甲基与醇酸树脂羧基的反应:

为此,添加酸性催干剂对涂料的贮存稳定性经常有不利影响,因此其用量必须恰当。对甲苯磺酸用量对机壳漆性能的影响见表7。贮存稳定性测试方法:将添加不等量对甲苯磺酸的机壳漆用稀释剂调配到相近的粘度70~80 s[涂-4 杯,(25±1)℃],放入(50±1)℃烘箱中贮存15 d,取出后再测试粘度,前后粘度变化越小,贮存稳定性越好。
表7 酸性催干剂对甲苯磺酸用量对机壳漆性能的影响

从表7 可以看出:随着对甲苯磺酸添加量的增加,机壳漆的贮存稳定性和耐冲击性变差,但硬度、耐溶剂性和耐盐水性变好。比较来看,当对甲苯磺酸添加量为0.25% 时,机壳漆的综合性能最佳,且满足技术指标的要求。

2.3 填料对机壳漆性能的影响
填料通常是白色或稍带颜色的、折射率小于1.7的一类颜料,具有涂料用颜料的基本的物理性质和化学性质,由于折射率和成膜物质相近,因而在涂料中是透明的,不具有着色颜料的着色能力和遮盖能力。沉淀硫酸钡,化学式为BaSO4,是一种惰性物质。它耐酸、耐碱、耐光、耐热,熔点可达1 580℃,不溶于水,吸油量低(10%~15%),价格低廉。用它制备的涂料具有填充性能好、流平性能好、不渗透性好等特点,还可以增加漆膜硬度和耐磨性;缺点是密度大,制漆易沉淀,但它易研磨,易与其它颜料、漆料混合。因此在该机壳漆中选用超细改性沉淀硫酸钡作为填料,以
增加漆膜硬度、流平性、耐性、降低成本等,由于其易沉淀,故加入有机膨润土防沉。超细改性沉淀硫酸钡用量对机壳漆性能的影响见表8。

从表8 可以看出:随着超细改性沉淀硫酸钡添加量的增加,机壳漆光泽下降,硬度提高,耐冲击性变差,耐溶剂性和耐盐水性变好;另外由于沉淀硫酸钡是研磨成填料浆后再添加,因此对机壳漆的沉淀性无影响。比较看来,要满足技术指标的要求,超细改性沉淀硫酸钡添加量为14.4%~18%时较为合适,考虑到多加可以降低成本,故该机壳漆中其添加量为18%(填料浆添加量为30%)。

2.4 烘烤条件对机壳漆性能的影响
由2.1、2.2.2 部分可知,在酸的催化作用下,该醇酸氨基机壳漆中各种反应是很复杂的。不同烘烤条件对机壳漆性能的影响见表9。

从表9 可以看出:随着烘烤温度的升高,机壳漆光泽下降,硬度提高,耐冲击性变差,耐溶剂性和耐盐水性提高。
综合来看,要满足技术指标的要求,把烘烤条件控制在150℃ ×20 min 较为合适。

3 结语
用大豆油醇酸树脂和异丁醇醚化三聚氰胺树脂制备醇酸氨基机壳漆,当两种树脂的比例为22∶20,采用丙烯酸类流平剂,对甲苯磺酸添加量为0.25%,超细改性沉淀硫酸钡添加量为18%,烘烤条件为150℃×20 min 时,制得的机壳漆成本低廉、硬度高、重涂性好、施工性能好、耐溶剂性和耐盐水性好。

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