水性雙組分聚氨酯錘紋漆的研制

宋利強(qiáng)，張戈輝，張 禹 （河北晨陽工貿(mào)集團(tuán)有限公司，河北保定 071000）

0 引言

錘紋漆是一種常用的工業(yè)美術(shù)漆，它能在被涂裝的物體表面形成一層類似鐵錘敲打鐵片后所留下的錘紋花樣的漆膜，故稱之為錘紋漆。它既可以遮蓋底材的不平整或其他缺陷，又沒有桔紋漆的皺紋易積灰塵污垢的缺點，具有優(yōu)良的防護(hù)裝飾作用。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括儀器、儀表、五金零件、醫(yī)療器械、金屬文件柜、保險柜、防盜門等金屬表面的涂飾［1］。

目前，隨著中國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長，環(huán)保壓力也越來越大，尤其是近幾年開始出現(xiàn)的霧霾，使社會各階層都意識到了環(huán)保的重要性，因此，環(huán)境友好型產(chǎn)品越來越受到人們的青睞，水性工業(yè)漆近年來發(fā)展迅速。其中水性聚氨酯錘紋漆具有立體美感，漆膜硬而不脆，光澤度高、豐滿度好，耐油、耐化學(xué)品性能好，耐候性優(yōu)異等特點，因此在眾多類型的錘紋漆中脫穎而出。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與儀器

原材料：水性羥基丙烯酸分散體，常州雨瑞化工；水性聚氨酯分散體，上海源禾化工；鋁銀漿WF967，汕頭宏方科技；錘紋助劑66，浙江臨安福盛涂料；溶劑DPNB（二丙二醇丁醚），陶氏化學(xué)；流變助劑W2N，德國雷孚斯；膨潤土LT，海明斯；增稠劑0620，天津松尾；增稠劑R-299，海明斯。

儀器設(shè)備：YP20002型電子秤、U400/80-220高速分散劑、KU-2斯托默黏度計。

1.2 水性雙組分聚氨酯錘紋漆的制備

水性雙組分聚氨酯錘紋漆的參考配方見表1。

表1 水性雙組分聚氨酯錘紋漆的參考配方Table 1 Reference formulation of waterborne two-component polyurethane hammer paint

續(xù)表1

制備工藝：按表1配方將原料6014、XP27552預(yù)混合均勻，于600～800 r/min攪拌下依次加入去離子水、分散劑、鋁銀漿、觸變劑、膨潤土、溶劑、消泡劑和增稠劑，攪拌20 min，加料間隔2 min，然后緩慢加入錘紋助劑和色漿，于400～600 r/min下攪拌5 min，即得A組分。

將異氰酸酯固化劑N3900和稀釋劑PGDA混合均勻即得B組分，注意混合過程中不可接觸水分。

1.3 施工工藝

將A、B組分按照m（A）∶m（B）∶m（水）=100∶18∶（0～5）混合均勻。施工工藝對涂料的性能有一定影響，尤其是對錘紋漆的影響更大，施工黏度、溫濕度、噴槍、氣壓、噴涂手法等因素對最終漆膜的效果都有很大影響。經(jīng)多次現(xiàn)場試驗，水性雙組分聚氨酯錘紋漆的施工氣壓為0.3～0.4 MPa，噴槍口徑為2.5 mm，施工黏度控制在60 s左右（黏度太高或太低均會影響錘紋的效果），溫度在20～30 ℃，濕度30%～70%，溫濕度的影響可以通過溶劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.4 性能檢測

在70 mm×150 mm的冷軋鋼板上先噴涂1道普通環(huán)氧底漆（干膜厚40～50 mm），自干4 h后，噴涂水性雙組分聚氨酯錘紋漆，室溫下自干7 d后檢測性能，結(jié)果如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 成膜物的影響

成膜物的選擇主要依據(jù)所制備錘紋漆的用途，由于錘紋漆一般用于五金機(jī)械設(shè)備的表面涂飾，因此漆膜需要有一定的抗劃傷性和抗沖擊能力，即硬而不脆，此外漆膜要有一定的耐油、耐水等耐化學(xué)品性。同時，設(shè)備可能兼顧在室內(nèi)或室外，需要有一定的耐候性。通過大量的試驗，最后選擇羥值較高、交聯(lián)密度大，對顏料有良好潤濕分散作用的羥基丙烯酸樹脂6014和聚氨酯樹脂2755作為主要的成膜物。固化劑選擇HDI型的低黏度脂肪族聚異氰酸酯樹脂N3900，其適合高固體分體系，耐候性佳，且反應(yīng)較為柔和。經(jīng)試驗驗證，當(dāng)n（—NCO）/n（—OH）略小于1時（0.95～1），錘紋的表面效果最好，也最易調(diào)整，漆膜硬度高，柔韌性好，耐油、耐化學(xué)品性好。

2.2 錘紋助劑的影響

錘紋助劑是一種高相對分子質(zhì)量的硅酮油樹脂溶液，具有很低的表面張力，目前多以油性為主，本研究采用了國產(chǎn)的油性錘紋助劑66加以乳化后使用，以便與水性體系相溶。

表3是不同錘紋助劑水溶液的添加量對涂膜外觀的影響情況，從中可以看出，隨著錘紋助劑用量的增加，花紋由大到小，錘紋由不明顯到明顯又到不明顯。這主要是因為當(dāng)錘紋助劑用量太少時，單位面積內(nèi)助劑點少，不能互相有效牽制，極低表面張力導(dǎo)致漆膜縮孔并出現(xiàn)露底現(xiàn)象；隨著錘紋助劑用量的增加，錘紋助劑分布趨于連續(xù)，因而立體感變好，花紋逐漸清晰；而當(dāng)其用量繼續(xù)增大時，由于單位面積內(nèi)助劑點的分布過于密集，因此錘紋變得小而不清晰。從表3中可以看出，當(dāng)錘紋助劑水溶液用量為5%時，整體效果最好，當(dāng)然，最重要的還是根據(jù)客戶的需要適時調(diào)整錘紋的效果。

2.3 溶劑的影響

同普通水性雙組分聚氨酯涂料類似，溶劑對最終的漆膜性能影響非常大，必須要考慮到合適的揮發(fā)速率和揮發(fā)梯度，尤其是錘紋漆的花紋骨架膜厚較厚，更容易出現(xiàn)痱子、針孔類的漆膜缺陷。

表3 錘紋助劑水溶液添加量對錘紋效果的影響Table 3 The influence of amount of water solution of hammer paint additives on the hammer effect

不同于桔紋漆的成膜過程，錘紋漆需要足夠快的表干速度，以便將拉出的花紋及時地錨定，如果表干速度太慢，會使漆膜有更多的流平時間，致使漆膜立體感降低或無立體美感。因此，水性錘紋漆中需要加入一定量的酒精以加速其表干。然而雙組分聚氨酯體系又最忌諱這點，因為表干過快是導(dǎo)致出現(xiàn)痱子和針孔的罪魁禍?zhǔn)?，表干后致使其?nèi)部的氣體無法排除。因此，在選用反應(yīng)較為溫和的主體樹脂和固化劑后，選擇了較低的n（—NCO）∶n（—OH）比值，以便減少內(nèi)部的反應(yīng)氣體，同時加入了少量的溶劑二丙二醇丁醚。

2.4 流變助劑的影響

與溶劑型體系相比，水性體系的觸變性較小，致使拉出的錘紋效果很容易流平，因此需要添加一定量的觸變劑以便錨固錘紋的骨架。水性體系常用的流變助劑有硅酸鎂鋁（如RD、W2N等）、膨潤土（如EW、DE、LT等）等，本研究選用了2%的W2N搭配3%的LT，同時采用混合增稠劑（低剪切的0620復(fù)配中低剪切的R-299），在保證錘紋效果的同時，以保證漆液的穩(wěn)定性。

2.5 其他影響因素

錘紋漆中還有一個非常重要的考慮因素是顏料銀粉的選擇，溶劑型涂料常用鋁粉代替銀粉，價格便宜，金屬效果好。根據(jù)綜合試驗和理想的錘紋效果，錘紋漆中應(yīng)選擇非浮型的銀粉，以便其自行下沉。本研究選擇了國產(chǎn)的較為細(xì)膩的非浮型鋁銀漿WF-967。

其次，為使漆膜呈現(xiàn)出更好的錘紋狀態(tài)和貯存穩(wěn)定性，可加入適當(dāng)?shù)姆稚?、消泡劑等?/p>

3 結(jié)語

本研究制得的水性雙組分聚氨酯錘紋漆各項性能優(yōu)良，施工簡單，A、B組分混合均勻后即可施工，在室溫下可自然干燥，所得漆膜錘紋均勻、立體美觀，具有保護(hù)和裝飾的雙重作用。施工時一定要注意攪拌均勻，且依據(jù)施工的溫濕度、施工工具等進(jìn)行調(diào)整，噴涂的手法應(yīng)隨時調(diào)整好，切勿因噴涂不當(dāng)導(dǎo)致返工。