关于工艺品花盆用漆的探讨

1 前言
随着社会的向前发展,人们环保意识的增强,国外一些公司对工艺品花盆用漆提出了更高要求。众所周知,工艺品花盆很多放置于室外日晒雨淋,所以其表面油漆的保护效果显得尤为重要。相比各种油漆,丙烯酸聚氨酯漆具有优越的丰满度、光泽、硬度、耐溶剂性、耐水性和耐侯性,其主要性能能满足工艺品花盆用漆要求,但一个关键问题就是附着力问题。以下针对丙烯酸聚氨酯漆在工艺品花盆上应用配方设计展开具体讨论。

2 工艺品花盆底材组成
我公司工艺品花盆底材主要有以下两种:
1) 由改性不饱和聚酯树脂作为花盆底材;
2) 由PE 为主的混合性塑料作为花盆底材。

3 丙烯酸聚氨酯漆配方设计
3.1 成膜物的选择
3.1.1 热固性丙烯酸树脂
工艺品花盆涂膜受日光、风吹雨淋,高低温的影响,热胀冷缩交替出现,再加上外界风沙的磨损作用,促使其老化破坏进程加快。因此选择耐候性和耐水性好的涂料是关键。我们知道,成膜物的玻璃化温度应低于涂膜实际使用温度,若成膜物的玻璃化温度比涂膜实际使用温度要高得多,其体积收缩张力的降低就会变慢,以至慢慢消失,对漆膜老化有不良影响。考虑到漆膜的硬度、柔韧性、冲击性等性能的平衡,树脂的Tg 一般在30℃以下;树脂的羟基含量一般在1.0%~5.0%左右,酸值一般在2~15mgKOH 左右。酸值高可提高漆膜的附着力、树脂的颜料润湿分散性、树脂与多异氰酸酯的混溶性以及加快固化反应速度。
3.1.2 线性树脂
线性树脂因分子结构中含有强极性的羟基和难水解的醚键,又兼有刚性的芳核和柔性的烃链,固能使涂层对基体附着牢固且强韧。在丙烯酸聚氨酯漆加入1%~8%的线性树脂能提高涂膜与工艺品花盆底材的黏附力,为采用一次性喷涂成型工艺打下基础。
3.1.3 改性特种硬树脂
改性特种硬树脂产品软化点在80℃~130℃以内,高软化点特种硬树脂通常具有更高的硬度、耐水性,黏度、抗回粘性,耐热性、打磨性,主要用于油漆涂料;低软化点特种树脂通常具有更高的光泽度、溶解性、羟基值、柔韧性等,广泛用于油墨类产品,因此选用高软化点的改性特种硬树脂树脂。在配方中加入2%~6%的改性特种硬树脂,提高了颜料润湿分散性,其分子结构中含有的强极性羟基又能提高涂膜对基层的附着。当然,线性树脂和改性特种硬树脂加入量也要综合考虑到其对总体性能的影响,经过大量实验证明利大于弊,且因这两种树脂均参于聚合反应,对耐侯性并无副面影响。

3.2 颜料与填料的选择
上半年我公司接美国南方公司通知,自2009年4 月1 号起,工艺品花盆上用漆开始执行以下标准:
1) 油漆的含铅量从原来的600ppm 调整到90ppm;
2) 油漆中不能含有邻苯二甲酸盐(或酯),英文为phthalate;
3) 色牢度一定要达到4 以上。
本配方设计以白色颜料为例,选用进口金红石型钛白粉为原料,不仅保证了油漆中含铅量低于标准值,在耐候性方面也优于国内其他产品。其他着色颜料亦均选择耐光性7 级以上、耐候性4 级以上
产品。
在选择填料方面,以滑石粉(3MgO·4SiO2·H2O)为主,该粉料耐碱性耐酸性稳定,耐光性良好,用在底漆中还能降低成本。

3.3 溶剂选择
在本实验配方中主要是考虑成膜物质与塑料表面的溶解度参数关系。这就涉及到溶解度参数与附着的关系。涂料中的溶剂在对塑料的溶解过程中,如果成膜物与塑料的溶解度参数相近,那么涂膜与塑料表面可形成一个微溶互混层,这个互混层有助于附着。尤其是涂料的成膜聚合物中有些链段能够与塑料中的相近,这些链段可以互相缠绕,那附着就更好了。如果溶剂的溶解力过强,就会溶蚀塑料表面,引起涂膜弊病,出现咬起等现象;反之溶解力过弱,就不能在塑料表面形成微溶互混层,就不利于涂膜与底材的附着。下面是一些主要溶剂的溶解度参数表:

因不饱和聚酯树脂的溶解度参数是9.3,因此选择苯类溶剂、酯类溶剂和少量酮类、酯醚类溶剂,以一定比例混合组成与底材溶解度参数相近的溶剂。

3.4 助剂选择
为改善色漆的加工性能、贮存性能、施工性能和涂膜性能,在油漆配方中要加入各种助剂。针对工艺品花盆用漆的性能要求,本配方选择了以下几种助剂:
1) 紫外线吸收剂,该助剂能增强涂膜抵抗紫外线能力,提高保光保色性,延长工艺品花盆使用寿命。
2) 颜料分散剂,该助剂能提高颜料润湿分散性能,缩短研磨时间。
3) 附着力促进剂。

3.5 固化剂选择
本实验配方选用多异氰酸酯固化剂,一般在制造丙烯酸聚氨酯漆时,固化剂应稍稍过量,抵消可能与空气中水分及颜料中微量水分反应而造成的损失。
一般羟基丙烯酸树脂与固化剂官能团摩尔数之比为:
NCO:OH=1.05~1.2:1
即固化剂量×NCO 量/42:树脂量×固体份×羟基含量(以固体计)/17=1.05~1.2:1

4 实验部分
4.1 原材料及配方比例
表2 丙烯酸聚氨酯漆组成

按上述配方比例将金红石型钛白粉、滑石粉、颜料分散剂和部分溶剂加入到热固性丙烯酸树脂中,搅拌均匀,研磨至一定细度后加入剩余溶剂、附着力促进剂、紫外线吸收剂,搅拌分散至合格为A 组分;将异氰酸酯固化剂用醋酸丁酯(无水)和二甲苯(无水)稀释至合格固含为B 组分,根据A组分:B 组分=3:1 比例混合后涂板测试性能。以下是性能测试表:
表3 丙烯酸聚氨酯漆性能测试结果

5 结论
本实验通过分析工艺品花盆底材,设计了耐光性耐侯性优良、不含重金属、符合环保要求的丙烯酸聚氨酯涂料。该配方较好地解决了工艺品花盆用漆的一大难题——附着力问题。由于工艺品花盆底材由改性不饱和聚酯树脂和以PE 为主的混合性塑料组成,涂料附着比较困难。很多人采取了碱洗火燎等办法来提高涂料与底材的附着力,但这很大程度上降低了生产效率,提高了生产成本。本配方涂料可采用一次性喷涂,无需前处理,简化了生产工艺,保证了经济效益。2008 年下半年开始已在上海百年大师试用,反应良好,现已扩大生产。本产品亦可用于底材相同的其它产品上,可推广使用。

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