高耐候聚氨酯橘纹漆的制备及施工工艺探讨

高耐候聚氨酯橘纹漆的制备及施工工艺探讨

□ 李凤芹1,孙兆祥2
(1.威海市油漆厂,山东威海264200;2.威海市通顺监理公司,山东威海 264205)

0 前 言
橘纹漆作为美术漆的一种,不但具有一般涂料的防腐作用,而且给人以美的效果,并且对缺陷底材有着良好的遮盖装饰作用。主要用在仪器、仪表、机床、电机及其他日用品装饰上,涂装后形成立体感很强橘纹状花纹。但随着国内设备出口数量的日益增加,对橘纹漆的性能也提出了越来越高的要求。所以,制备高耐候型聚氨酯橘纹漆是目前许多涂料厂家研究的重点。本文通过对基料树脂、颜料和助剂的选择,制得了性能满足要求的涂料产品,并经多次实际应用。施工方法由最初的施工控制法发展到依靠助剂来帮助调节,从而大大简化了施工工艺和操作难度,使形成的橘纹更具有立体的美感。

1 橘纹的形成机理
贝纳尔德效应和表面张力作用是促使橘纹形成的两大主要因素。贝纳尔德窝形成主要是由于涂膜表面溶剂挥发的不平衡,使涂膜产生固体含量和温度的不均一分布,因而引起表面张力差和密度差驱动的流动,使涂膜表面形成许多小的旋涡,并逐渐扩展,随着溶剂的蒸发,进一步转变成橘皮状花纹。另外,表面张力作用在橘纹形成的整个过程中起着非常重要的作用,加入橘纹助剂以促进橘纹的形成,充分利用了表面张力效应。由于橘纹助剂的表面张力较低,且与基体树脂间存在一定的不相容性,在涂膜铺展过程中橘纹助剂转移到涂层表面,造成表面张力不平衡,橘纹助剂存在的地方表面张力低。表面张力低的地方向表面张力高的地方流动,低凹陷处表面张力更低,凸起处表面张力更高,漆液从凹陷处被拉至凸起处,因而凹凸更加明显,立体感更强。随着时间延长,溶剂含量下降,黏滞阻力增大,同时涂膜干燥收缩产生内应力,当黏滞阻力、内应力与表面张力平衡时,涂膜被“冻结”形成橘纹。

2 试验部分
2.1 原材料
丙烯酸树脂A760(羟基含量:1.8%;固体分:60%)、H D I三聚体固化剂3390(N C O%:19.6%,固体分:90%),拜耳;紫外光吸收剂1130、292,汽巴;橘纹助剂,国产;醋酸丁酯、醋酸乙酯、二甲苯、甲苯,工业级,国产;催化剂,二月桂酸二丁基锡;触变剂,进口。
2.2 高耐候聚氨酯橘纹漆的配制
2.2.1 A组分即羟基组分配方
表1为通过试验设计所开发的高耐候双组分丙烯酸聚氨酯橘纹漆配方,该涂料耐候性好,花纹清晰,立体感强。

生产工艺:将丙烯酸树脂、颜料、润湿分散剂混合研磨至细度为20μ m以下,然后加入催化剂,并用混合稀释剂调整黏度至100~120 s(25℃,涂-4杯),最后加入触变剂、橘纹助剂,作为A组分。
2.2.2 B组分即固化剂配方
表2为固化剂配方,其生产工艺为:将醋酸丁酯在搅拌状态下逐渐加入到3390固化剂中,搅拌均匀即可。该固化剂与A组分配合制得的涂膜干燥快、硬度好、耐候性好。

A、B组分按照4:1的配比进行施工。可常温干燥,也可80 ℃强制干燥1.5~2 h。
2.3 橘纹漆的技术指标(见表3)

3 施工工艺探讨
橘纹漆在喷涂施工之后能在底材上形成美丽的橘纹型图案,一方面与橘纹漆的配方设计有关,另一方面与相应的施工工艺参数的控制也紧密相关。为了简化施工工艺,降低操作难度,试验中采用有空气喷涂设备,着重对两项工艺参数进行重点控制,即施工黏度和施工压力,而不对喷枪口径进行讨论。
3.1 施工黏度
施工黏度对橘纹形成的影响最为关键。一般来说,涂料的黏度高,橘纹花纹细致且纹路较小;涂料的黏度低,橘纹花纹较粗且纹路较大。这主要是因为黏度高时,漆液流动黏滞阻力大,因而能够较早地“冻结”橘纹,立体感也明显;黏度低时,漆液的黏滞阻力小而易于流动,因而形成的橘纹较粗且纹路较大。但要避免由于黏度过大而造成喷涂困难和漆液铺展不好、涂膜不连续的情况和黏度过小而使形成的橘纹被破坏变形,甚至出现流挂的现象。本涂料在施工时可根据实际情况,采用本公司专用稀释剂进行稀释,稀释比例为0~5%。
3.2 施工压力
施工压力是另一个橘纹表面状态的重要工艺参数。简单说在一定的压力范围内(0.15~0.5 M P a),压力小,橘纹花纹细致且纹路较小;压力大,橘纹花纹较粗且纹路较大。本涂料的施工压力控制在0.4 MPa左右。
3.3 施工温度
施工温度不同,橘纹漆中溶剂的挥发速率也不同,因此,橘纹的大小和形状也不同。因此需适当调整稀释剂的加入比例或根据季节调整混合溶剂中各组分的配比,比如冬季可以适当增加醋酸乙酯的用量,而夏季则可以适当增加醋酸丁酯的用量。
3.4 其他工艺参数
喷枪的距离要控制在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的湿度也会影响该涂料的表面状态。

4 结果与讨论
4.1 成膜物、颜料的选择
考虑到所研制的橘纹漆具有较高的耐候性,且相对来说需要快干,故羟基组分采用羟基丙烯酸树脂(拜耳A760),固化剂部分采用H D I三聚体(3390固化剂)。鉴于该涂料高耐候性的要求,颜料也应采用耐候性级别较高的,如钛白粉采用耐候性较好的金红石型。并在制漆过程中加入适量的紫外光吸收剂,以增加涂膜的耐候性。
4.2 溶剂的选择
稀释剂的挥发速率对橘纹的形成至关重要,应根据实际需要及时调节不同混合溶剂中不同的配比,以控制其挥发速度。在整个过程中其挥发速度必须介于中等较快范围,以便降低涂膜流动性,达到固定橘纹效果。实际施工时,可根据施工环境温度变化加以适当调整,环境温度高时,可选用高沸点溶剂调节,环境温度低时,可选用低沸点溶剂调节。
4.3 触变剂
要使涂膜形成立体感较强的橘纹效果,涂料要有一定的触变性,即涂料在搅拌或喷涂时黏度不太大,一旦去掉外力,涂料就显示出较高的黏度,使橘纹漆不易流平。要具备一定的触变性就要添加触变剂,
一般常用的有气相二氧化硅、有机膨润土、含脲化合物(液态树脂),通过试验发现含脲化合物(液态树脂)在制备橘纹漆过程中比较简单易加,而且制备的橘纹漆既易施工,又能产生好的橘纹效果,因此选其做该涂料的触变剂。
4.4 橘纹助剂
橘纹助剂是一种含有多种特殊官能团的高分子聚合物。表4是橘纹助剂的不同添加量对涂膜外观影响情况,从表4中可以看出,随着橘纹助剂用量的增加,橘纹花纹由大到小,由不明显到明显再到不明显。这主要是因为当橘纹助剂用量太少时,单位面积内助剂点太少,不能互相有效牵制;随着橘纹助剂用量的增加,橘纹助剂分布趋于连续,因而立体感变好,花纹逐渐清晰;而当用量继续增加后由于单位面积内的助剂点分布过于密集,因此花纹变得小而不清晰。从表4中可以看出当橘纹助剂添加质量分数为0.5%时,整体效果较好。但由于客户所需花纹大小不一致,因此加入之前应根据实际情况调整其添加量。

5 结 语
对于高耐候双组分丙烯酸聚氨酯橘纹漆的配方设计,虽然有理论上的指导,但更多的需要实验去验证,而具体的施工工艺则需要反复实验去摸索规律。

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