高性能聚酯氨基涂料的制備及性能研究

楊國(guó)輝

(深圳市宏宇輝科技有限公司，廣東 深圳 518000)

近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)環(huán)保監(jiān)管力度加大，在生產(chǎn)施工中如何減少揮發(fā)性有機(jī)化合物排放是涂料生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的問(wèn)題[1-2]。傳統(tǒng)溶劑涂料含有大量的有機(jī)溶劑，施工中會(huì)排放到大氣中污染環(huán)境，而溶劑型涂料難以完全被取代，因此發(fā)展高固體含量涂料成為減少有機(jī)揮發(fā)物的必然選擇[3-5]。氨基樹脂是一種很重要的涂料用合成樹脂[6]。氨基樹脂涂料具有顏色鮮艷、豐滿、漆膜堅(jiān)韌、附著力好，機(jī)械強(qiáng)度高和耐候性好等性能廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器/建筑和機(jī)械等行業(yè)[7]，高固含甲醚化氨基樹脂是氨基烤漆重要的交聯(lián)劑可有效降低VOC排放，因此本文采用全甲醚化氨基樹脂為交聯(lián)劑復(fù)配飽和聚酯、顏填料及助劑等原料合成一種施工工藝簡(jiǎn)單、低VOC排放、可厚涂的高固體份聚酯氨基涂料。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要原材料與測(cè)試儀器

1.1.1 主要原材料

樹脂：飽和聚酯樹脂B-341、全甲醚化氨基樹脂L-98，均來(lái)自實(shí)驗(yàn)室自制；酸催化劑：對(duì)甲苯磺酸AD3302，韓國(guó)一心精密化學(xué)；助劑：消泡劑、分散劑、流平劑，德國(guó)畢克化學(xué)；顏填料：鈦白粉，廣州誠(chéng)彩化工有限公司；3000目碳酸鈣，東莞磐實(shí)新材料有限公司。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

YL-ET25A精密烤箱，廣東越聯(lián)儀器有限公司；QCJ型沖擊試驗(yàn)機(jī)，天津市材料試驗(yàn)機(jī)廠；GFJ-0.4型高速分散機(jī)、PPH-750型鉛筆硬度計(jì)，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)公司；三輥研磨機(jī)，常州市龍?chǎng)位C(jī)械有限公司。

1.2 涂料樣品制備

該涂料由飽和聚酯B-341、氨基樹脂L-98、消泡劑、流平劑、分散劑、顏料、酸催化劑及填料碳酸鈣按一定比例混合均勻，經(jīng)高速分散、三輥研磨制備。具體操作如下：將飽和聚酯B-341和氨基樹脂L-98加入分散缸內(nèi)，高速分散 15 min，將分散劑、消泡劑、流平劑、酸催化劑、鈦白粉和碳酸鈣依次加入分散缸內(nèi)，高速分散20 min，然后用三輥研磨機(jī)研磨至細(xì)度小于5 μm，即得到所需涂料。

1.3 測(cè)試鋁板制備與性能測(cè)試

1.3.1 測(cè)試鋁板制備

將制備好的涂料，攪拌均勻，靜置消泡10 min，取適量涂料置于清理干凈的鋁板上，用刮棒刮涂均勻，稍放置待氣泡完全消失。將刮好制板放置180 ℃烤箱中烘烤3 min后取出冷卻制得涂敷涂層的待測(cè)試鋁板(實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)烘烤溫度高于180 ℃時(shí)，固化時(shí)間縮短，但表面產(chǎn)生大量氣泡)。

1.3.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

涂料與漆膜的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 涂料與漆膜性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 聚酯氨基涂料的基本性能

聚酯氨基涂料的基本性能如表2所示。

表2 漆膜性能測(cè)試結(jié)果

由表2 可以看出，所制得涂料漆膜各項(xiàng)性能均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。涂料在貯存狀態(tài)無(wú)凝固，附著力0級(jí)，漆膜外觀平整光滑，耐沖擊、耐鹽霧和耐水性能優(yōu)良，在中高溫下快速固化干燥，可以在卷鋼、卷鋁涂裝行業(yè)應(yīng)用。

2.2 氨基樹脂和飽和聚酯樹脂質(zhì)量比對(duì)漆膜性能影響

表3 氨基樹脂與飽和聚酯樹脂樹脂質(zhì)量比對(duì)烤漆性能影響

在確定聚酯氨基涂料主體配方的情況下，測(cè)試氨基樹脂與飽和聚酯樹脂質(zhì)量比對(duì)漆膜性能的影響。在180 ℃烘烤3 min中結(jié)果如表3所示。由表3可知當(dāng)氨基樹脂和飽和聚酯質(zhì)量比為1：5、1：4.5時(shí)，漆膜的硬度、耐水和耐鹽霧等性能較差，主要原因是氨基樹脂用量較少導(dǎo)致漆膜交聯(lián)程度差，交聯(lián)密度低，涂層固化不完全所致。進(jìn)一步增加氨基樹脂的量，當(dāng)氨基樹脂與飽和聚酯質(zhì)量比為1：3、1：2.5時(shí)，漆膜固化程度趨于完全固化，漆膜硬度、耐水、耐鹽霧等指標(biāo)顯著提升。當(dāng)當(dāng)氨基樹脂與飽和聚酯質(zhì)量比為1：2時(shí)，氨基樹脂用量增加，漆膜硬度提高，脆性加大，導(dǎo)致耐沖擊性下降，同時(shí)由于交聯(lián)反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致漆膜表面產(chǎn)生氣泡和痱子等缺點(diǎn)使漆膜的耐水和耐鹽霧性能下降。因此綜合考慮，當(dāng)氨基樹脂與飽和聚酯質(zhì)量比為1：3時(shí)漆膜的各項(xiàng)性能最優(yōu)。

2.3 酸催化劑用量對(duì)漆膜性能影響

酸催化劑是一種化學(xué)反應(yīng)助劑，在反應(yīng)中能催化飽和聚酯中羥基與氨基樹脂反應(yīng)，能顯著降低固化反應(yīng)溫度，減少能耗，且對(duì)涂層的致密性、柔韌性和抗沖擊性有很大的影響[8-10]。因此，在優(yōu)選出氨基樹脂與飽和聚酯質(zhì)量比為1：3后，測(cè)試酸催化劑用量對(duì)漆膜性能的影響。在180 ℃烘烤3 min條件下改變酸催化劑用量后漆膜性能如表4所示。由表4可知，在0～1.5%的添加范圍漆膜的硬度、附著力和耐沖擊性能沒(méi)有發(fā)生改變，當(dāng)添加量為2%時(shí)，漆膜的鉛筆測(cè)試硬度為2H，表明增加酸催化用量能夠增加漆膜的硬度，耐水性和耐鹽霧性能也隨酸催化劑用量增加而提高。因此，從成本和使用性能來(lái)看，加入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的酸催化劑聚酯氨基涂料的性能最優(yōu)。

表4 酸催化劑用量對(duì)漆膜性能的影響

2.4 固化溫度變化對(duì)漆膜性能影響

固化溫度對(duì)漆膜性能有重要的影響，固化溫度過(guò)高浪費(fèi)能耗的同時(shí)又會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)反應(yīng)速率過(guò)快，導(dǎo)致涂膜產(chǎn)生裂痕、氣泡和痱子等缺陷降低漆膜的耐水和耐鹽霧等性能。當(dāng)固化溫度過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致漆膜交聯(lián)密度不夠固化不完全，漆膜致密性不好，漆膜表面偏軟，附著力、抗刮耐磨性降低，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致板面發(fā)生回黏漆膜脫落現(xiàn)象造成產(chǎn)品報(bào)廢。因此，選擇適合的固化溫度是制備高性能涂層的重要環(huán)節(jié)。在上述研究的基礎(chǔ)上，研究固化溫度變化對(duì)漆膜性能的影響，進(jìn)而選擇最佳固化溫度。漆膜在不同溫度下的性能見表5。由表5可知，當(dāng)固化溫度從180 ℃降低至150 ℃時(shí)，漆膜性能基本沒(méi)有改變，而當(dāng)固化溫度降低為140 ℃時(shí)，過(guò)低是溫度使得固化不完全，導(dǎo)致漆膜附著力、耐沖擊、耐水和耐鹽霧等性能發(fā)生下降。實(shí)驗(yàn)還證明酸催化劑能顯著降低涂料的固化溫度，固化溫度由180 ℃降低至150 ℃，又不影響漆膜的性能。因此，在酸催化劑作用下最佳的固化溫度為150 ℃。

表5 溫度對(duì)漆膜性能的影響

3 結(jié) 論

利用高固含的全甲醚化氨基樹脂為交聯(lián)劑，復(fù)配以飽和聚酯、顏填料及助劑制備了一種高性能的聚酯氨基樹脂涂料。該涂料制備的涂層對(duì)金屬基材料有著優(yōu)良的附著力、耐水、耐鹽霧等性能。本文重點(diǎn)討論了影響漆膜性能的部分因素，我們發(fā)現(xiàn)氨基樹脂與飽和聚酯樹脂質(zhì)量比為1：3時(shí)，漆膜性能最佳；酸催化劑不僅可以降低固化反應(yīng)溫度，同時(shí)也提高了漆膜的耐水、耐鹽霧等性能，酸催化劑最優(yōu)添加量為1%；在酸性催化劑作用下，涂料的固化溫度大幅下降，固化溫度由180 ℃降低至150 ℃。進(jìn)一步降低固化溫度，過(guò)低是溫度使得固化不完全，導(dǎo)致漆膜附著力、耐沖擊、耐水和耐鹽霧等性能發(fā)生下降。研究結(jié)果表明涂料的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，此配方在適當(dāng)調(diào)整后可以作為卷鋼、卷鋁涂裝行業(yè)的底漆和面漆等，其施工性能好，干性好，在鋁塑板行業(yè)和PCB行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景與良好的經(jīng)濟(jì)效益。