帶油低表面處理鋼桶外表面用水性氨基涂料的研制

文/付秋芒

摘要：重點討論了水性樹脂、流平劑和助溶劑對水性涂料的耐油污性的影響，在制備水性鋼桶用涂料過程中，選擇水分散體型樹脂、較低表面張力的流平劑和低極性的助溶劑時會有效改善涂膜耐油污性，同時對其他性能影響較小。

關鍵詞：耐油污性；鋼桶；水性涂料；氨基涂料

 

0 前言

隨著社會的不斷進步，人們對環保的意識不斷提升，全國各地對VOC的排放限量趨嚴，這為水性涂料等環境友好型涂料的發展帶來機遇。在鋼桶行業中，傳統涂料依然占據較大份額。但是隨著環保政策的不斷施壓，鋼桶行業對水性鋼桶用涂料的需求也越來越迫切。

鋼桶在涂裝工藝中可分為兩類，一類是涂裝前進行酸洗磷化進行除油操作；另一類因工藝、工時等需要，沒有酸洗磷化等除油操作。這樣在鋼桶涂裝時，鋼桶常常含有少量防銹油。然而，水性涂料由于施工寬容度低，因此，在含有少量防銹油的底材上施工，水性鋼桶用涂料會存在各種各樣的問題，最主要的便是“抽坑”。為了改善這類問題的發生，本實驗主要對水性鋼桶用涂料基礎配方中的每個組分進行實驗分析，找出了主要影響因素并對主要的影響因素進行定性定量的實驗及討論，并制備了在其他性能保持優異的同時，具有良好耐油性的水性鋼桶用涂料。

1　實驗部分

1.1　主要原材料(見表1)

表1 實驗用原材料

原材料	類型及規格	生產廠家
水性樹脂1	水溶型丙烯酸樹脂	石家莊市油漆廠
水性樹脂2	水分散體型丙烯酸樹脂	石家莊市油漆廠
水性樹脂3	乳液型丙烯酸樹脂	江蘇三木集團有限公司
流平劑1	強降低表面張力有機硅流平劑	德國BYK化學
流平劑2	中等降低表面張力有機硅流平劑	德國BYK化學
流平劑3	氟改性丙烯酸酯流平劑	德國BYK化學
助溶劑1	20%醇和80%醚混合溶劑	石家莊市油漆廠
助溶劑2	50%醇和50%醚混合溶劑	石家莊市油漆廠
助溶劑3	80%醇和20%醚混合溶液	石家莊市油漆廠
分散劑	755W	德國迪高助劑
pH值調節劑	二甲基乙醇胺	濟南世紀通達化工有限公司
消泡劑	SHG-34	德國迪高助劑
炭黑	硬黑霧粉	遼寧丹東雄鷹色素炭黑有限公司
氨基樹脂	部分甲醚化氨基樹脂	江蘇三木集團有限公司
增稠劑	丙烯酸酯增稠劑	德國BYK化學

 

1.2 儀器設備（見表2）

表2 實驗用儀器

儀器名稱	儀器型號	生產廠家
高速攪拌器	高速攪拌器	廣州儀科
砂磨機	實驗室砂磨機	天津永利達
光澤儀	MN型光澤度儀	上海壘固儀器有限公司
膜厚儀	BGD542	標格達
涂膜沖擊器	QCJ型涂膜沖擊器	精科
鉛筆硬度器	鉛筆硬度儀	標格達
劃格器	QFH型劃格器	上海現代環境工程技術研究所
刮板細度計	QXD型	天津材料試驗機廠
柔韌性測定儀	QTX-1	標格達
流掛儀	QAG	科而普

1.3　基礎配方(見表3)

表3 實驗基礎配方

原料名稱	w/%
水性樹脂	40～60
分散劑	1～2
消泡劑	0.2～0.5
pH值調節劑	2～3
炭黑	2～4
混合助溶劑	2～5
氨基樹脂	8～12
流平劑	0.2～0.5
增稠劑	0.2～0.4
去離子水	補足至總量達100

1.4　制備工藝

按配方在容器內加入水性樹脂，在600 r/min下低速攪拌，將分散劑和消泡劑分散在助溶劑中緩慢加入到樹脂里，用pH值調節劑調節清漆的pH值到8～8.5；在清漆中加入炭黑及適量水后攪拌均勻后，用高速研磨到細度≤20 μm，計算得率后加入余下組分。最后調節黏度后制得成品涂料。

1.5　主要性能指標

將調好的涂料噴涂在標準的馬口鐵板上，靜置表干10 min放入烘箱，120 ℃烘烤30 min后檢測性能，主要性能的檢測方法及結果如表4所示。

表4 主要性能檢測方法及結果

檢測項目	檢測方法	控制指標	檢測結果
黏度(涂-4#杯)/s	GB/T 6753.4—1998	70～120	90
細度/μm	GB/T 6753.1—2007	≤20	20
60°光澤/%	GB/T 9754—2007	≥80	90
鉛筆硬度	GB/T 6739—2006	≥H	H
耐沖擊/(kg·cm)	GT/T 1732—1993	≥40	50
柔韌性/mm	GB/T 6742—2007	≤1	1
附著力/級	GB/T 9286—1998	≤2	1
流掛性/μm	GB/T 9264—2012	≥125	175
固含量/%	GB/T 1725—2007	≥35	38.2
VOC含量/(g/L)	GB/T 18582—2008	≤150	144
耐水性/級	常溫水泡24h后直接按GB/T 9286—1998檢測附著力	≤2	0

2　結果與討論

2.1　水性樹脂

通常樹脂對涂膜的影響會很大，用不同的樹脂制備的涂料，其涂膜的性能差異也會很大。水性樹脂按照分散形態可以分為水溶型、水分散體型和水乳型。因此，實驗中選擇了水性樹脂1、水性樹脂2和水性樹脂3，分別對應水溶型、水分散體型和水乳型3種不同分散形態的水性樹脂進行對比。由于成品涂料的固含量≥35%，而3種水性樹脂固含量相差較大，因此水性樹脂1固含量較高，制漆時加量在40%左右；而水性樹脂2和水性樹脂3的固含量較低，因此制漆時加入量在60%左右。將3種水性樹脂制備涂料后分別在含有微量防銹油的底材上噴板測試。結果如圖1所示。

（a）水性樹脂1

（b）水性樹脂2

（c）水性樹脂3

圖1 不同水性樹脂對耐油污性的影響

從圖1來看，水性樹脂1和水性樹脂2實驗效果相近，板面上的狀態略好于水性樹脂3的實驗效果。因此，水溶型樹脂和水分散體型樹脂對油類物質敏感度相對較低，從而有良好的耐油污性。而水乳型水性樹脂對油類物質較為敏感，耐油污性較差。

2.2　流平劑的選擇

為了分析流平劑對涂膜耐油污性的影響，分別選用了流平劑1、流平劑2、流平劑3，其中流平劑1和流平劑2分別是具有強降低表面張力和中強降低表面張力的有機硅流平劑，而流平劑3是氟改性丙烯酸酯流平劑，3種流平劑的降低表面張力的能力依次降低。通過在不含流平劑的成品涂料中加入不同含量的3種流平劑，測試其對耐油污性的影響，實驗方案及結果如表5及圖2～圖4所示。

表5 流平劑對耐油污性的影響

流平劑種類	w/%	耐油污性
流平劑1	0.4	抽坑明顯減少
	0.8	抽坑明顯減少
	1.2	有少量抽坑
	1.6	抽坑明顯增多
流平劑2	0.4	抽坑改善不明顯
	0.8	抽坑明顯減少
	1.2	無抽坑，流平良好
	1.6	無抽坑，流平良好
流平劑3	0.4	抽坑改善不明顯
	0.8	抽坑改善不明顯
	1.2	略有改善
	1.6	抽坑明顯減少

（a)w=0.4%

（b）w=0.8%

（c）w=1.2%

（d）w=1.6%

圖2 流平劑1不同加量對耐油污性的影響

（a）w=0.4%

（b）w=0.8%

（c）w=1.2%

（d）w=1.6%

圖3 流平劑2不同加理對耐油污性的影響

（a）w=0.4%

（b）w=0.8%

（c）w=1.2%

（d）w=1.6%

圖4 流平劑3不同加量對耐油污性的影響

通過對結果進行對比分析，隨著流平劑加量的增加，實驗效果均出現不同程度的改善。其中，流平劑1和流平劑2改善效果最明顯。但是由于流平劑1的降低表面張力能力較強，隨著加量的增大，板面逐漸出現明顯的縮孔現象。因此適當加入降低表面張力能力適中的流平劑可以有效改善涂膜的耐油污性。但當加入強降低表面張力的流平劑較多的時候，表面會出現較為嚴重的縮孔，這是因為強降低表面張力的流平劑在水性鋼桶用涂料中分散較差，用量較大時會在涂膜表面分散不均勻，從而產生縮孔現象。因此，選用中強降低表面張力的流平劑2會有效改善涂膜耐油污性，且最佳加入量在1.2%(質量分數，后同)左右。

2.3　助溶劑的選擇

根據基本配方，選擇了3種混合助溶劑對耐油污性進行測試。其中助溶劑1中含有80%醚和20%醇，其極性較低；助溶劑2中含有醇和醚各50%，其極性適中；而助溶劑3中含有80%醇和20%醚，其極性較高。實驗方案及結果如表6及圖5、圖6所示。

表6 助溶劑對耐油污性的影響

流平劑種類	組成類型	w/%	耐油污性
助溶劑1	80%醚和20%醇	3	僅有少量抽坑
		4	基本無抽坑
		5	基本無抽坑
助溶劑2	50%醚和50%醇	3	抽坑較少
助溶劑3	20%醚和80%醇	3	抽坑較多

（a）助溶劑1

（b）助溶劑2

（c）助溶劑3

圖5 不同種類助溶劑對耐油污性影響

（a）w=3%

（b）w=4%

（c）w=5%

圖6 助溶劑1不同加量對耐油污性影響

通過對實驗結果分析，因為助溶劑1和助溶劑2的極性較低，所以助溶劑1和助溶劑2對耐油污性改善也比較明顯，且隨加入量的增大抽坑得到很大程度的改善；而加入極性較高的助溶劑3效果不佳。這是因為一般防銹油的極性較低，在配方中加入低極性的溶劑可以調整涂膜的極性與防銹油的極性相近，提高涂膜對防銹油的相容性，從而改善涂料在施工過程中的耐油污性。因此，在配方中適當增加低極性的助溶劑如醇類溶劑，會有效改善耐油污性。而助溶劑的加量會影響涂料的VOC，因此助溶劑的加量在3%～4%時最佳。

3　結語

(1) 在設計配方時，選擇水溶型樹脂和水分散體型樹脂可以降低涂膜對底材上油性物質的敏感性，從而提高涂膜的耐油污能力。

(2) 適當加入較低表面張力的流平劑可以顯著提高水性鋼桶用涂料對底材的耐油性，但低表面張力的流平劑加入量過多也會影響涂膜流平。因此，在配方設計時還應注意流平劑的加入量，實驗表明，流平劑加入量在1.2%時，涂膜既能擁有良好的耐油性也不會影響流平。

(3) 調整配方中溶劑的極性，使涂膜的極性與防銹油的極性相近，改善涂膜與防銹油之間的相容性，提高施工時的耐油污性。而且隨著加入量的增大，改善效果越明顯。但這類成分會明顯提高涂料的VOC含量，因此應盡量減少其加入量，使效果改善即可。實驗結果表明，助溶劑加入量在3%～4%時最佳。