李儒剑 徐祥麟 刘寿兵 杨阳
湘江涂料科技股份有限公司,长沙,410200
摘要：通过添加不同量的消光粉或滑石粉制备出不同配方的丙烯酸聚氨酯半光面漆,并研究其光泽稳定性;采用不同配比的高、低羟值丙烯酸树脂拼用制备了丙烯酸聚氨酯半光漆,并研究其光泽稳定性;研究了流平剂对丙烯酸聚氨酯半光漆漆膜光泽的影响.结果表明:采用消光粉消光的丙烯酸聚氨酯半光漆漆膜光泽不稳定;滑石粉对高羟值丙烯酸聚氨酯面漆漆膜消光效果不好,大量添加会降低漆膜的机械性能和耐候性能;流平剂对丙烯酸聚氨酯半光漆漆膜光泽影响轻微;高、低羟值丙烯酸树脂拼用的半光漆光泽最为稳定,且不牺牲其他性能,配方中填料添加量较少.
关键词：丙烯酸聚氨酯,半光,脉络羟值,面漆,稳定性,
轨道交通车辆用涂料体系产品主要有环氧底漆、丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳聚氨酯面漆等，这些产品的组合使用能够给轨道车辆提供良好的防腐蚀、耐候、防风沙等性能。轨道交通产业的快速发展不但对防腐技术提出了更高的要求，而且涂装个性化需求也逐渐增多，其中丙烯酸聚氨酯半光面漆、氟碳聚氨酯半光面漆是其中的难点且用量非常大。由于聚氨酯半光漆对光泽的特殊要求，干膜60°光泽主要在30～70 之间，且往往要求控制在10～20 单位值范围以内，研发难度较大，市场上大多数厂家的丙烯酸聚氨酯半光面漆的光泽均不太稳定。此类产品主要应用在动车、高铁列车、城轨列车、地铁列车电气柜及车内其他部件中，主要起装饰和防护作用。丙烯酸聚氨酯半光面漆一直是涂料中较难开发的一种产品，采用消光粉消光的丙烯酸聚氨酯面漆其光泽很不稳定; 采用填料消光的溶剂型丙烯酸聚氨酯涂料由于PVC 值太高而使得漆膜变脆，导致力学性能下降、耐候性能变差等多种严重后果。本文研究了高、低羟值树脂拼用、消光粉消光、填料消光3 种方案所研发的丙烯酸聚氨酯半光面漆的性能，考察了高、低羟值树脂比例、滑石粉用量、消光粉用量、流平剂等对丙烯酸聚氨酯面漆光泽、力学性能及耐候性能的影响。
1 实验部分
1. 1 实验原材料及设备
羟基丙烯酸树脂Ⅰ( 固含为60%，固体分羟值为100 mgKOH/g) 、羟基丙烯酸树脂Ⅱ( 固含50%，固体分羟值为66 mgKOH/g) : 长兴化学; N75 脂肪族聚异氰酸酯固化剂: 科思创; 分散剂、流平剂、消泡剂: 毕克化学;防沉剂、有机锡催化剂: 海明斯特殊化学; 气相二氧化硅: 德固赛; 金红石型钛白粉: 杜邦公司; 混合溶剂: 自配; 1250 目滑石粉: 市售; 紫外光吸收剂、光稳定剂: 巴斯夫汽巴精化; 消光粉: 德国德固赛Acmatt OK500。SWFS－400 实验室用高速分散机、SWS 实验室用卧式砂磨机: 上海索维; QUV 紫外加速老化试验机:美国Q－Lab 公司; BGD 512 单角度光泽仪、BGD 503漆膜划格板、BGD 302 型漆膜冲击器、DHG－9070A 精密烘箱: 广州标格达实验室仪器用品有限公司; W－71－3G 手动喷枪: 日本岩田。
1. 2 涂料的制备及涂膜光泽测试方法
实验配方及制备工艺分别见表1 和图1。
漆膜60°角光泽的测试方法如下: 将油漆调整至合适黏度( 23 ℃，涂－4#杯测得黏度20 s) ，喷涂在干净的玻璃板上，漆膜三道厚度控制在50 ～ 60μm，待室温自干48 h后采用BGD 512 单角度光泽仪测试其60°光泽。
2 结果与讨论
2. 1 消光粉含量对漆膜光泽的影响
为了使漆膜获得较好的耐候性、流平性、交联密度、耐丁酮擦拭及耐沾污性能，选用高羟基含量的树脂为成膜物质研究消光粉对其消光性能。消光粉为表面改性的二氧化硅类吸油量较大的填料，添加到漆料中，高速分散至20 μm 以下，能很好地降低丙烯酸聚氨酯面漆的光泽，比填料消光快得多。根据表1 中配方a 制备消光粉含量3%～ 5%的漆料，分别与N75固化剂按n( —NCO) ∶ n( —OH) = 1. 1 ∶1配漆，采用混合溶剂将漆的黏度调整至20 s( 涂4#杯) 的施工黏度，喷涂干膜60 μm 厚的漆膜，考察消光粉含量、施工温度及施工黏度对光泽稳定性的影响。每种消光粉用量的油漆喷涂3 个样板，共9 个样。干燥条件为: 23 ℃晾干1 h， 80 ℃烘烤1 h。结果见表2～4
从表2 ～ 4 可以看出，消光粉含量对漆膜光泽的影响不稳定，没有规律可循，添加消光粉可以降低涂膜的光泽，但施工时光泽波动较大，同一配方的产品或同一片区域施工漆膜光泽无法控制在± 5 内。同时，调整不同的施工温度或施工黏度，丙烯酸聚氨酯半光漆涂膜光泽仍然不太稳定。因此得出，消光粉对丙烯酸聚氨酯面漆有消光效果，但不太稳定，不能满足轨道交通半光漆的要求。
2. 2 高、低羟值树脂比例对漆膜光泽的影响
高、低羟值树脂的相对分子质量及分子结构不同，其相容性、干燥速度、反应活性也大不相同。按表1 中配方b 分别制备10 个样品，考察了羟基丙烯酸树脂Ⅰ与羟基丙烯酸树脂Ⅱ的比例对漆膜光泽的影响，结果如图2 所示。
从图2 可以看出，随着低羟值树脂用量的增多，漆膜的光泽逐渐降低，且比较稳定; 配方中填料滑石粉也起了一定的消光作用，但起关键作用的还是高、低羟值树脂的拼用。高、低羟值树脂混合时局部不相容，相对分子质量相差较大; 高羟值树脂干燥较慢，而低羟值树脂干燥较快，两者干燥速度不一致，这样就导致成膜时表面凹凸不平，漆膜形成了半光表面。高、低羟值树脂混合使用时，高羟值含量树脂给漆膜提供良好的柔韧性和丰满度等力学性能，低羟值含量树脂提供漆膜较低的光泽，高、低羟值树脂拼用较好地综合了两者的优点，比较适合半光漆的技术方案。低羟值树脂用作半光漆，配合滑石粉、消光粉等颜填料消光，本来是比较稳定的，但是其交联密度、耐化学品性及耐候性均受到填料的影响，而且颜填料对低羟值树脂半光面漆影响最大的还是流平性。高低羟值树脂的复配使用很好地降低了填料对半光漆漆膜性能的影响，低羟值树脂的引入稳定了漆膜的光泽。
2. 3 滑石粉用量对漆膜光泽的影响
滑石粉是一种天然硅酸盐类矿物质填料，吸油量比一般颜填料大，且耐酸碱性能较好，但耐候性较差，所以一般用于聚氨酯面漆的消光，但不能大量添加，大量添加会影响漆膜的物理性能和耐候性能。按表1 中配方c 制备12 个样品，考察漆膜光泽随滑石粉用量的变化，结果如图3 所示。
从图3 可以看出，滑石粉可以降低聚氨酯面漆的光泽，但随着滑石粉添加量的增大，降低的幅度不大，如果需要降低到40 ～ 60 单位值之间，则滑石粉的添加量可能要到20%以上，而滑石粉用量过大会大大降低漆膜的耐候性和柔韧性。配方b 中高低羟树脂拼用时，配合6%的滑石粉，漆膜的光泽可以稳定在一定的范围之内。通过实验可以发现，高羟值丙烯酸树脂用颜填料消光比较难，而高、低羟值树脂拼用比例为5 ∶5、4 ∶6、3 ∶7时，再添加6%的滑石粉作为填料，可以在不牺牲漆膜的耐候性和机械性能的同时，将丙烯酸聚氨酯漆膜的光泽稳定在40 ～ 60 之间，而且高羟值树脂还能保证漆膜一定的丰满度。
2. 4 过量的滑石粉对漆膜机械性能、耐化学品性能及耐候性能的影响
使用适量滑石粉，能降低半光面漆的光泽，但过量使用会使得漆膜的机械性能、耐化学品性及耐候性能下降，配方e 中滑石粉用量加大到了总配方量的20%( 质量分数) ，而成膜物质也只有低羟树脂Ⅱ38%( 质量分数) ，所得漆膜的60°光泽约为50，我们将其与配方d 所得漆膜进行机械性能、耐化学品性能及耐候性能对比，结果见表5。
从表5 可以看出，添加过量滑石粉会对漆膜的机械性能、耐化学品性能及耐候性有较大的影响，但添加量较小则不会对漆膜性能产生影响，而且还有消光的作用。
2. 5 流平剂用量对漆膜光泽的影响
流平剂会降低漆膜表面张力，通过填补湿膜表面的不平整处，提高漆膜的光泽。面漆流平剂大多为有机硅类、氟改性有机硅或氟碳改性丙烯酸酯类，添加量太多会影响漆膜的重涂性。按表1 中配方d，分别制备流平剂添加量为0 ～ 0. 5%的丙烯酸聚氨酯半光漆，所得漆膜的光泽变化趋势见图4。
从图4 可以看出，流平剂的添加会稍微提高漆膜的光泽，但影响有限，所以流平剂并不是漆膜光泽的主要影响因素，且在设计配方时，流平剂的添加量不能太多。0. 5%的流平剂能较好地改善漆膜的外观，提高漆膜装饰性， 0. 2%的有机硅流平剂对漆膜的浮色发花性能有很好的改善， 0. 3%的氟碳改性丙烯酸酯流平剂能较好地改善漆膜流平性，且不影响重涂性。
3 结语
本文采用不同技术方案制备丙烯酸聚氨酯半光面漆，并研究了影响丙烯酸半光面漆的光泽的因素。结果发现，高羟值树脂通过消光粉消光非常不稳定，通过填料消光难度较大; 低羟值树脂可通过颜填料消光，但会影响机械性能; 通过高、低羟值树脂拼用并辅助添加少量的颜填料能够较好地稳定漆膜的光泽至半光水平，且不牺牲漆膜的耐化学品性和机械性能; 流平剂能够稍微提高丙烯酸聚氨酯半光面漆的光泽但由于添加量不能太多，影响忽略不计。
文章发表于2019年《涂料工业》第49卷第1期，转载仅供科学普及和知识分享，如有侵权请联系管理员删除。
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