廣州產協水性飽和聚酯在黑板涂料中的應用
涂料原料網訊摘要本論文將水性丙烯酸樹脂水性飽和聚酯樹脂部分甲醚化及全甲醚化氨基樹脂各種水性色漿和各類助劑按一定比例配制成可涂布于彩涂鋼板上的黑板油漆并探究了水性丙烯酸樹脂水性飽和聚酯樹脂氨基樹脂的比例對涂料性能的影響
關鍵詞水性丙烯酸樹脂水性飽和聚酯樹脂水性黑板漆
0前言
傳統油性黑板漆用有機溶劑來稀釋具有強烈刺激性氣味對人體健康及環境污染性極大屬于被淘汰的一種產品隨著科學發展人類生活質量日益提高無毒無味綠色環保水性黑板涂料成為了人們的追求水性黑板漆不易燃易爆并具有對人體健康及環境無損害的特點[1]正在逐步替代油性產品
進入21世紀我國首鋼大連浦金青島海爾等超過30家大型企業已建成10萬噸以上規模的彩涂板生產線機組產能高到2012年全國彩鋼板產能規模已經超過2200萬噸行業發展迅速2014年6月份全國鍍層板產量為448.3萬噸上年同月產量為403.9萬噸同比增長達11.0%[2]2014年7月份全國鍍層板產量則為425.9萬噸上年同月鍍層板全國總產量為363.5萬噸同比增長幅度高達17.2%可見鍍層板的需求量仍保持著較高的增長幅度同時中國也是涂料生產大國根據國家統計局發布的最新數據2013年中國涂料工業總產量達1303.349萬噸同比增長3.58%以教育行業的發展為依托[3]在經歷了長時間的實踐發展中黑板企業的技術及產品質量趨于同質化缺乏創新性這就要求黑板企業尋求新的發展之路在金屬黑板漆方面水性漆必將大有所為
1試驗部分
1.1主要材料
水性丙烯酸樹脂水性飽和聚酯樹脂自制水性白色漿自制氨基樹脂R717及R747英力士消泡劑潤濕劑流平劑抑泡劑均為進口助劑甲乙酮（MEK）乙二醇單丁醚（BCS）均為市售工業品去離子水自制
1.2涂料主要成分技術指標
1水性飽和聚酯樹脂（WP-530）
外觀淺黃色透明液體
固含量50%
PH7-8.5
酸價50mgKOH/g
2水性丙烯酸樹脂（WA-370）
外觀棕黃色透明液體
固含量50%
PH7-9
酸價50mgKOH/g
3717氨基樹脂
外觀無色透明液體
固含量85%
游離甲醛0.80%
反應特性無催化劑時120℃固化有催化劑時93℃固化硬度高
4747氨基樹脂
外觀無色透明液體
固含量>97%
游離甲醛0.10%
反應特性160℃固化較完全韌性好
1.3水性黑板漆參考配方
表1水性黑板漆參考配方
備注
1水性樹脂/氨基樹脂=70/30（固體分比）
2水性飽和聚酯樹脂/水性丙烯酸樹脂=50/50（固體分比）
3R717氨基樹脂/R747氨基樹脂=55/45
4PH=7.5~8.5（DMEAorAMP-95調整）
1.4水性黑板漆的制備
步驟一制備金油按照設計配方將水性丙烯酸樹脂水性飽和聚酯樹脂于電子天平稱量使用試驗用高速分散器攪拌邊攪拌邊加入氨基樹脂觀察容器內混合物若過于黏稠則要加入適量去離子水使其粘度降低后續消泡劑抑泡劑潤濕劑流平劑等助劑按順序依照配方量嚴格加入同時攪拌器轉速升至1000r/min最后加入BCS時應注意將杯壁上殘留的助劑沖洗至混合物內攪拌時可適當加水調稀便于助劑分散
步驟二調色按比例加入自研磨水性白色漿分散器轉速維持較高值注意控制轉盤在混合物中的攪拌深度以免帶入較多氣泡攪拌5-10min
1.5水性烤漆的制備
步驟一原漆加純凈水開稀1:0.4至施工粘度（60-80s,巖田2號杯）過濾靜置
步驟二用乙醇擦拭馬口鐵采用20#或26#線棒刮涂多個樣板
步驟三烤箱160℃烘烤15min秒表計時完畢即刻取出冷卻在室溫下測定漆膜性能
1.6性能測試
根據GB9286-1998采用劃格法測試漆膜附著力根據GB/T6739-1996測定漆膜硬度根據ECCA-T11.1999測試漆膜耐MEK擦拭性能根據ECCA-T5測試漆膜耐沖擊性
2結果與討論
2.1水性飽和聚酯混合水性丙烯酸樹脂氨基樹脂涂料性能試驗結果如下表
表2樹脂/氨基樹脂=80/20測試結果
備注1所有表格530/370=50/50代表530:370=30:70比例為固體分比含相似字樣代表類似含義以下不再贅述2耐水性白板筆擦拭測試以東洋和真彩黑色筆為準
根據聚酯（530）丙烯酸樹脂（370）及氨基樹脂（717和747）的產品特性得到性能概況示意圖
備注箭頭方向代表性能由弱到強
基于530370717747的性能特點我們首先考慮從黑板漆的硬度（>3H）進行實驗組的設計因為在相同條件下加入717制得的漆膜硬度更高所以在設計實驗組時我們首先通過樹脂搭配717來探究漆膜的性能表3是在樹脂/氨基樹脂=80/20時的性能測試結果
組別1-5顯示530樹脂搭配氨基樹脂717顯得硬度不足而370樹脂搭717由于交聯內應力很大制成的漆膜雖然硬度達標但耐沖擊性較差基于上述結果在保證漆膜硬度的前提下我們采用了530混合370以提升漆膜柔韌性結果顯示混合樹脂中530比例提升至50%漆膜耐沖擊性依舊不理想
結合表3耐MEK擦拭結果分析得出造成實驗組1-5整體性能不佳的可能原因是體系中氨基樹脂比例偏低造成樹脂交聯固化不完全因為氨基樹脂747活化能更高在相同烘烤條件下交聯程度及硬度均較717低故表3的實驗組別并沒有考慮樹脂搭配747
因此實驗組進一步提高了體系氨基比例以提升漆膜交聯程度測試結果見表4
表4樹脂/氨基樹脂=75/25測試結果
備注:字樣（717/747=50/50）代表717:747=50:50以下相同
在實驗時我們依循表3的思路先從黑板漆要求的高硬度出發考慮由純717與樹脂進行不同的組合得到了表4中的實驗組別6-10對比表3發現提高氨基樹脂比例后漆膜在硬度和耐MEK（丁酮）擦拭方面的表現均顯得更加優秀這也驗證了前文氨基樹脂比例偏低造成漆膜整體性能不佳的觀點
分析組別6-10發現搭配了370制得的漆膜硬度都達到了黑板漆3H的高硬度其耐MEK擦拭次數更是高達480次但同其他幾組實驗一樣依然存在柔韌性不足的問題受實驗組10的啟發我們之后按不同比例搭配主要提供柔韌性的530和主要提供硬度的370與純的氨基樹脂747進行實驗測試結果顯示硬度稍有下降耐MEK（丁酮）擦拭稍有降低但耐沖擊性卻有了非常明顯的提高
通過搭配530和370組成的混合樹脂與717和747組成的混合氨基樹脂進行試驗,以圖能夠制備出各項性能優異的適合做黑板漆的漆膜測試發現試驗組別較之前面并沒有明顯改進其耐MEK（丁酮）擦拭次數整體維持在25-60的較低水平造成這種現象的原因仍然是氨基樹脂在體系占比不足故繼續提升氨基樹脂在整個實驗組中的占比調整為樹脂/氨基樹脂=70/30實驗測試結果列于表5
表5 樹脂/氨基樹脂=70/30測試結果
顯然氨基樹脂比例為30%的漆膜交聯度發生了突躍
相對于表4漆膜在保持高硬度的前提下耐MEK（丁酮）擦拭次數有了更進一步的改善但與表4一樣高含量370的實驗組別如組別17-21仍顯得硬度有余柔韌性不足純氨基樹脂747組合下的實驗組普遍硬度不足耐擦拭性能不佳這樣的實驗結果無疑驗證了氨基樹脂747活化能更高的論點而混合樹脂搭配混合氨基樹脂的組別整體表現優于其它實驗組組別25制得的漆膜除硬度稍顯不足之外其它各項性能整體表現最佳高程度契合了黑板漆高硬度耐擦拭及便于加工的要求實驗表明在樹脂/氨基樹脂=70/30漆膜的表現得到了更好的優化這主要得益于氨基樹脂在體系中占比的增加提高了交聯固化的水平
綜上可知水性飽和聚酯混合水性丙烯酸樹脂氨基樹脂涂料對于馬口鐵鍍鋅鋼板等基材具有相當穩定的附著性由于水性飽和聚酯（530）酸價較高羧基對固化有良好催化作用使得固化反應能在較低溫度短時間（15min）內進行
隨著漆料中氨基樹脂比例的增加漆膜交聯更加完全耐MEK擦拭性能更優異筆者研究發現樹脂中隨著370或是717比例增加漆膜硬度也會提高但隨著交聯內應力增大漆膜抗沖擊及耐彎曲性能會變差而530與747在其中主要通過架橋反應提供韌性故通過試驗確定出530/370=50/50,717/747=50/50,樹脂/氨基樹脂=70/30作為最佳方案組黑板漆要求具有高硬度良好的抗沖擊性能及優異耐擦拭性能且彎曲性能良好由于氨基樹脂在整個漆料中相對于樹脂的占比較少并考慮到實驗的可操作性在整個實驗中混合氨基樹脂的比為717/747=50/50,這樣能盡大可能的讓氨基樹脂717提供高硬度與氨基樹脂747提供柔韌性及附著力兼顧在確定出組別25為較佳實驗組后我們固定530和370的配比通過對717與747的配比進行細微調整發現調整氨基比例至717/747=55/45,得到了硬度>3H耐MEK擦拭160-170次耐沖擊100cm彎曲180°的優異漆膜相比于調整前耐MEK性能雖有下降但仍維持在較高水平調整后漆膜硬度以及抗沖擊性能得到提高實驗證明該涂料可用于彩涂鋼板適用于卷材加工其中組別25配比通過計算VOC176g/L按1:0.4開稀后VOC126g/L.從VOC可以看出水性聚酯體系VOC遠遠小于溶劑型體系約VOC>400g/L,所以使用水性聚酯涂料可以大幅減少揮發有機物的排放符合國家限制有機物排放的要求
目前我國有多家黑板生產廠家黑板漆日漸走上水性化道路產品質量尚待完善優異的水性黑板漆還是以韓國北歐美洲等地進口為主且多以自干型為主因此急需自主研發高性能水性黑板漆來彌補這一不足
以下是市面上某公司產品的技術指標對比
表6 某國產烘烤型水性黑板漆技術指標
注耐水性白板擦拭測試以真彩黑色筆為準
通過與表6的烤漆產品對比本司飽和聚酯產品比市面競爭水性產品具有更優異的附著力而且沖擊強度也這競爭產品大這得益于飽和聚酯樹脂的柔韌性好而且在硬度測試項目通過合理配比丙烯酸樹脂整體硬度也比同類產品要好因為我司產品硬度更高所以也提供了良好的擦拭性能黑色白板筆書寫后非常容易擦拭而不留筆痕因為我司飽和聚酯的分子量大所以賦予了涂料很優異的耐溶劑性可以用強溶劑MEK擦拭上百次這說明了飽和聚酯交聯程度非常高因此我司開發出的飽和聚酯烤漆與同類型產品對比具有明顯優勢
3結語
采用較高活性的水性飽和聚酯樹脂與水性丙烯酸樹脂搭配水性氨基樹脂可以制備出環保的高性能耐加工黑板漆并且采用水性色漿可調配多種顏色可以滿足人們的差異化需求隨著人類環保意識增強以及法律對VOC排放的限制日益嚴格高性能的水性黑板漆必將取代傳統溶劑型的黑板漆為人類提供更優質的生活具有較為廣闊的市場
參考文獻
[1]洪嘯吟,馮漢保.《涂料化學》（第二版）[M].北京科學出版社2010年1月
[2]我的鋼鐵網.2014年6月份全國鍍層板產量統計.http://help.gtxh.com/Steel Know Details.aspx?newsId=41&id=25&typeId=24
[3]錢鳳.黑板教學一種逐漸被淡忘的教學方式[J].教學論壇2011（1）:13-14
