低温快干醇酸氨基锤纹漆的制备和施工工艺探讨

0 前言
锤纹漆是美术漆的一种,因其漆膜类似锤击金属表面后产生的花纹而得名。它除具有一般涂料的防锈作用、能给人以美的效果外,还对缺陷底材有着良好的遮盖装饰作用,因此广泛应用于仪器仪表、医疗器械、保险柜、防盗设备等领域的金属表面涂装。目前应用较多的溶剂型锤纹漆是氨基烘烤型锤纹漆和聚氨酯自干型锤纹漆。随着国内许多厂家生产流水线的不断建成和节能以降低生产成本的要求,对氨基烘烤型锤纹漆的烘干温度要求越来越低,固化时间要求越来越短。因此,低温快干氨基烘烤型锤纹漆成为目前研究的重点。本文采用快干醇酸树脂、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和锤纹助剂等制备了低温快干型醇酸氨基锤纹漆。探讨了锤纹漆的施工工艺,并对影响锤纹漆性能和锤纹效果的几个主要因素进行了讨论,制得的锤纹漆综合性能好,施工方便,锤纹效果良好,装饰性强。

1 实验部分
1.1 原料与仪器设备
原料:快干醇酸树脂、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、锤纹助剂,国产;非浮型铝粉,德国;聚酰胺蜡,日本;25%对甲苯磺酸溶液,美国;稀释剂,自制。
仪器设备:VFS-230 高速分散机、303A-2 电热鼓风干燥箱、涂-4 杯,国产。

1.2 醇酸氨基锤纹漆的制备
醇酸氨基锤纹漆制备参考配方见表1。

生产工艺:先将快干醇酸树脂和触变剂在分散机内高速搅拌均匀,再加入氨基树脂和酸性催干剂搅拌均匀,然后在低速搅拌下加入非浮型铝粉和锤纹助剂,搅匀后用稀释剂稀释到粘度为80~100 s(涂-4 杯,25±1℃),过滤、包装。

1.3 性能测试
将以上制备的锤纹漆用稀释剂稀释至粘度为20~25 s(涂-4 杯,25±1℃),施涂于防锈磷化钢板上,烘烤条件:100℃ ×20 min,取出静置冷却后测试涂层性能,结果见表2。

2 施工工艺探讨
锤纹漆在喷涂施工之后能在底材上呈现出美丽的锤纹图案,一方面与该锤纹漆本身的配方设计有关,另一方面与相应的施工工艺参数的控制也紧密相关。为简化施工工艺,降低操作难度,本实验中采用空气喷涂设备,着重对两项工艺参数进行重点控制,即施工粘度和施工压力。
2.1 施工粘度
施工粘度对锤纹形成的影响最为关键。一般来说,漆的粘度高时,锤纹大;漆的粘度低时,锤纹小。这主要是因为粘度高时,漆液流动粘滞阻力大,因而能够较早地“冻结”锤纹,立体感也明显;粘度低时,漆液的粘滞阻力小而易于流动,因此形成的锤纹小。但要避免由于粘度过大而造成的喷涂困难和漆液铺展不好、表面凹凸不平的情况和粘度过小而使形成的锤纹破坏变形,甚至出现流挂的情况。具体施工时,应根据客户的要求调整粘度,以喷涂出合适的锤纹。
2.2 施工压力
施工压力是另一个影响锤纹表面状态的重要工艺参数。在一定的压力范围(0.4~0.7 MPa)内,压力越小,锤纹越大;压力越大,锤纹越小。在本实验中,施工压力控制在0.5 MPa 左右。
2.3 施工温度
施工温度不同,锤纹漆中溶剂的挥发速率不同,因此,锤纹的大小及形态也不同。所以,需适当调整稀释剂的加入比例或根据季节变化调整稀释剂中各组分的配比,比如说在冬春季节可适当增加快干溶剂,如甲苯的用量,在夏秋之际可适当增加慢干溶剂,如乙二醇乙醚醋酸酯(CAC)的用量。
2.4 其它工艺参数
喷距控制在20~30 cm,走枪的速度要均匀,以保证花纹大小一致。喷枪的雾化情况和环境湿度也会影响锤纹漆的表面状态。
2.5 施工注意事项
非浮型铝粉在贮存及运输的过程中容易沉淀,因此,在锤纹漆施工之前要充分搅拌均匀。喷涂时,采取“先高后低,先次后主”的原则,避免补喷。

3 结果与讨论
3.1 成膜树脂的选择
本实验中的锤纹漆要求低温快干,因此选用国产的中油度豆油快干醇酸树脂,该树脂干燥速度快,具有良好的光泽、耐候性和机械性能,它在锤纹漆中用量较多,是主要成膜树脂。作为与主要成膜树脂反应的交联剂氨基树脂,则选用国产高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂,该树脂固体含量高(≥ 98%),在酸性催干剂,如对甲苯磺酸的催化下,干燥速率快,固化时有很好的光泽、硬度、柔韧性和耐候性。

3.2 醇酸/ 氨基树脂配比
快干醇酸树脂所含的官能基为羟基和羧基,它作为主要成膜树脂与氨基树脂配合时,通过羧基和酸性催干剂的催化作用,使其官能基与氨基树脂进行共缩聚反应,形成坚韧的三维结构涂层。快干醇酸树脂用量增大时,能缩短表干时间,漆膜的光泽、附着力、柔韧性和耐冲击性好,但会降低漆膜的耐性和硬度。而交联剂氨基树脂(与酸性催干剂对甲苯磺酸配合使用)的用量增大时,则漆膜硬度提高,耐性变好,但是光泽、附着力、柔韧性和耐冲击性变差。改变醇酸/ 氨基树脂的配比,对漆膜性能影响很大。经过多次试验,当醇酸树脂与氨基树脂的配比为8~9∶1(固体分比例,即氨基比为4.5~5∶1),对甲苯磺酸(25%含量)用量为0.8%~1.2%时,漆膜各项性能达到最佳。
3.3 铝粉
铝粉分为浮型和非浮型2 种。由于非浮型铝粉在漆膜中不会迁移到漆膜表面,且可以随意分布,在干燥过程中,随着稀释剂的挥发、树脂的上升而下降,加上锤纹助剂的共同作用而形成明显的锤纹图案,因此锤纹漆中均采用非浮型铝粉。另外,非浮型铝粉在涂料中还起着色的作用。本实验中采用德国进口的非浮型铝粉,其用量以5%~8%为宜。

3.4 锤纹助剂
锤纹助剂是一种高分子硅酮化合物,具有很低的表面张力。锤纹助剂的不同用量对漆膜外观的影响如表3 所示。

从表3 可以看出:随着锤纹助剂用量的增加,花纹由大到小,锤纹由不明显到明显又到不明显。这主要是因为当锤纹助剂用量太少时,单位面积内分布极少,不能互相有效牵制,易造成漆膜缩孔并出现露底现象;随其用量的增加,锤纹助剂分布趋于连续,因而立体感变好,花纹逐渐清晰;而当其用量继续增加时,由于单位面积内助剂点的分布过于密集,因此锤纹变得小而不清晰。比较看来,当锤纹助剂用量为0.3%~0.5%时,整体效果较好。
此外,锤纹助剂批次间经常会有差异,因此加入之前要试喷,并根据实际情况调整其添加量。

3.5 触变剂
要使漆膜形成立体感较强的锤纹效果,涂料要有一定的触变性,即涂料在搅拌或喷涂时粘度不太大,一旦去掉外力,涂料就显示出较高的粘度,使锤纹漆不易流平。要具备一定的触变性就要添加触变剂,常用的触变剂有气相二氧化硅、氢化蓖麻油、有机膨润土、聚乙烯蜡和聚酰胺蜡等。触变剂还可起到防止非浮型铝粉沉淀的作用,增加涂料的贮存稳定性。本实验中选用日本进口的触变性优良的聚酰胺蜡触变剂,其添加量为1% 时,制备的锤纹漆贮存稳定性好,容易施工,又能产生较好的锤纹效果。

3.6 有机溶剂
在设计锤纹漆的稀释剂配方时,除了考虑溶剂要具有良好的溶解能力和中到较高的挥发速率外,更重要的是要形成挥发梯度。另外,锤纹漆属于氨基烘漆,可适当多加些醇类溶剂以利于贮存稳定性。经多次试验,调配出用于锤纹漆的稀释剂。其参考配方和溶剂的物理参数见表4。

4 结语
采用快干醇酸树脂、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和锤纹助剂等制备低温快干型醇酸氨基锤纹漆。通过试验调整施工工艺,选择合适的醇酸树脂、氨基树脂、铝粉、锤纹助剂、触变剂和有机溶剂等,制得可低温快干、机械性能好、防锈性好、耐化学品性好、耐候性好、施工方便和锤纹效果良好的锤纹漆,美观大方,装饰性强,应用广泛。

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