新癸酸縮水甘油酯在金屬電鍍件使用的水性防護(hù)封閉劑中的應(yīng)用研究

周樂(lè)奮

(廣州福誠(chéng)美化工有限公司，廣東 廣州 510000)

近年來(lái)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)安全和環(huán)保越來(lái)越重視，國(guó)家職能部門的監(jiān)管力度不斷加大。為此，開(kāi)發(fā)低污染，安全性能高的水性涂料已是大勢(shì)所趨。

電鍍行業(yè)與我們的日常生活息息相關(guān)，在燈飾、家俱、汽車、電子產(chǎn)品、門鎖、衛(wèi)浴、衣服等方面都可以看到電鍍產(chǎn)品的身影。電鍍產(chǎn)品由于使用范圍廣，對(duì)使用環(huán)境的適應(yīng)性要求更高，對(duì)所使用的封閉劑性能要求也就更高，例如硬度、鹽霧、耐酸堿、耐老化等?，F(xiàn)在有相當(dāng)部分的封閉劑已轉(zhuǎn)向水性，其中以水性丙烯酸涂料為主。

水性涂料目前以水溶性、分散體、乳液三大系列為主，與溶劑型涂料相比，水性涂料的優(yōu)缺點(diǎn)都相當(dāng)突出。優(yōu)點(diǎn)是安全、環(huán)保、對(duì)人體健康影響?。蝗秉c(diǎn)是綜合性能還有差距，在施工性、外觀方面尤為明顯[1]。其中乳液型是相差最大的，分散體其次，水溶性最接近。電鍍產(chǎn)品在使用封閉劑時(shí)經(jīng)常要加入染料對(duì)工件進(jìn)行修色，調(diào)色時(shí)要求封閉劑要透明，這樣才方便對(duì)色，及時(shí)調(diào)整染料的用量。乳液和分散體都是乳白半透明，會(huì)影響調(diào)色。目前電鍍行業(yè)使用的水性封閉劑基本都是水溶性的，本文亦以水溶性封閉劑進(jìn)行探討。

水溶性丙烯酸涂料保持了丙烯酸涂料優(yōu)異的耐候性、保光保色性、耐腐蝕性等性能，但總體性能仍達(dá)不到溶劑型的效果。要不斷提高性能，常用的方法是在成漆中通過(guò)助劑或加入其它樹(shù)脂進(jìn)行調(diào)整，以及在樹(shù)脂合成時(shí)引入改性單體(中間體)，在試驗(yàn)中我們通過(guò)在樹(shù)脂接入新癸酸縮水甘油酯(E10P)，從而使封閉劑的性能得到了較大的提高[2-3]。

新癸酸縮水甘油酯是∝-碳上高度支鏈化的飽和一元脂肪酸縮水甘油酯，結(jié)構(gòu)式如下：

其中環(huán)氧基團(tuán)有極高的反應(yīng)活性，可以和羧基、羥基、氨基反應(yīng)，反應(yīng)后還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)羥基，提高了交聯(lián)密度。較長(zhǎng)的碳鏈可以提高柔韌性、潤(rùn)濕性，∝碳上的支鏈如同傘狀，可以提供空間位阻效應(yīng)，有效提高耐水、耐腐蝕、耐老化性能，這些作用正是電鍍產(chǎn)品所需要的。將環(huán)氧基與(甲基)丙烯酸的羧基進(jìn)行酯化反應(yīng)，通過(guò)丙烯酸的雙鍵將新癸酸縮水甘油酯引入到丙烯酸樹(shù)脂的分子鏈中，從而達(dá)到改性的目的[4-5]。

1 實(shí) 驗(yàn)

本文只研究新癸酸縮水甘油酯對(duì)水性封閉劑基本性能的影響，為減少其他參數(shù)的影響，將丙烯酸樹(shù)脂設(shè)計(jì)Tg為20～ 30 ℃，酸值40～50 mgKOH/g，固體含量60%，在此基礎(chǔ)上通過(guò)加入不同量的E10P以觀察其效果。

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

新癸酸縮水甘油酯(E10P)、(甲基)丙烯酸、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸羥乙(丙)酯、苯乙烯、過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯，乙二醇單丁醚、二甲基乙醇胺(DMEA)、去離子水、潤(rùn)濕劑、流平劑、消泡劑、部分甲醚化氨基樹(shù)脂、附著力助劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

BGD852 UV老化機(jī)，廣州標(biāo)格達(dá)；BSD3009A靜電噴槍，廈門博士達(dá)；鹽水腐蝕試驗(yàn)箱，廣州標(biāo)格達(dá)；WGG60-E4光澤度計(jì)，天津科仕佳；NK-2稠度杯，日本巖田。

1.3 樹(shù)脂的合成

新癸酸縮水甘油酯(E10P)與(甲基)丙烯酸等當(dāng)量反應(yīng)，E10P用量為單體量的5%(試樣1)、10%(試樣2)、15%(試樣3)、20%(試樣4)。

(1)將E10P、單體、引發(fā)劑配成混合單體。

(2)在裝有攪拌器，溫度計(jì)和冷凝管的四口燒杯中加入一定量的乙二醇單丁醚，升溫至120～125 ℃，滴加混合單體，在3～3.5 h內(nèi)滴完，補(bǔ)加一次引發(fā)劑，保溫1 h，再補(bǔ)加一次引發(fā)劑，繼續(xù)保溫1 h，檢轉(zhuǎn)化率，當(dāng)轉(zhuǎn)化率>99%時(shí)降溫出料。

1.4 封閉劑的制備

1.4.1 配 比

a.改性樹(shù)脂：50；

b.部分甲醚化氨基樹(shù)脂：16；

c.二甲基乙醇胺：2.5；

d.附著力助劑：3；

e.潤(rùn)濕劑：0.5；

f.流平劑：0.2；

g.消泡劑：0.2；

h.乙二醇單丁醚：5；

i.去離子水：22.6。

1.4.2 工 藝

將a、b、h加入攪拌缸中，開(kāi)攪拌轉(zhuǎn)速600～800 r/min攪拌均勻，然后加入d、e、f、g攪拌15～20 min，再加入c、i攪拌均勻即可。

1.5 性能測(cè)試

電鍍產(chǎn)品的材質(zhì)常用的有碳鋼、鋅合金、鋁合金、鎂合金、不銹鋼、塑料等，這里選用打磨的馬口鐵片和鋅合金件進(jìn)行測(cè)試，鍍層有掃砂鎳、黑鎳、掃砂鍍銅、仿金等。

由于鋅合金的成分和壓鑄密度在不同的產(chǎn)地會(huì)有比較大的差異，導(dǎo)致能承受的溫度相差也較大，因而將封閉劑干燥條件定為110 ℃/45 min，用去離子水按1∶0.8稀釋，施工粘度13～14 s(巖田2﹟杯)，采用靜電噴涂，電壓40 kV，干膜厚度12～15 μm。

1.5.1 改性樹(shù)脂水稀釋穩(wěn)定性(目測(cè))

改性樹(shù)脂∶二甲基乙醇胺∶水=1∶0.07∶3。

分別做加速貯存(60 ℃/21天)和常溫貯存三個(gè)月對(duì)比外觀變化。

表1 改性樹(shù)脂貯存測(cè)試結(jié)果Table 1 Storage test results of modified resin

1.5.2 封閉劑性能測(cè)試

(1)光澤(60°)(GB/T 9754-2007)

噴涂于黑片上檢測(cè)。

表2 封閉劑光澤測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of sealant gloss

(2)透明性(目測(cè))

將封閉劑用去離子水1∶0.5稀釋，滴在仿金件上130 ℃/30 min干燥，在陽(yáng)光下觀察。

表3 封閉劑透明性測(cè)試結(jié)果Table 3 Results of sealant transparency test

(3)耐沖擊性(GB/T 1732-1993)

用不打磨馬口鐵片測(cè)試，封閉劑∶去離子水=1∶0.8，在110 ℃/45 min干燥。

表4 封閉劑耐沖擊性測(cè)試結(jié)果Table 4 Impact resistance test results of sealant

(4)耐中性鹽霧(GB/T 1771-2007)

用鋅合金工件和打磨的馬口鐵片，在110 ℃/45分干燥，干膜厚度12～15 μm如工件出現(xiàn)繡點(diǎn)、白點(diǎn)、黑點(diǎn)即不通過(guò)，每12 h觀察一次。

表5 封閉劑耐鹽霧測(cè)試結(jié)果Table 5 Salt spray resistance test results of sealant

(5)耐酸性(GB/T 9274-1988丙法)

用仿金件做底材在110 ℃/45 min干燥，干膜厚度12～15 μm，用50%硝酸滴在工件表面，出現(xiàn)白印即不通過(guò)。

表6 封閉劑耐酸性測(cè)試結(jié)果Table 6 Acid resistance test results of sealant

(6)耐堿性(GB/T 9274-1988甲法)

用未打磨的馬口鐵片，110 ℃/45 min干燥，干膜厚度12～15 μm，浸泡10%NaOH溶液，如涂膜出現(xiàn)起泡，溶脹、發(fā)白、發(fā)黑即不通過(guò)。

表7 封閉劑耐堿性測(cè)試結(jié)果Table 7 Test results of alkaline resistance of sealant

(7)耐UV老化(GB/T 23987-2009)

采用UVA-340燈管，底材為鈍化后的鋁板，在110 ℃/45 min干燥，干膜厚度12～15 μm，測(cè)試時(shí)間1000 h，檢失光率和顏色變化。

表8 封閉劑耐UV老化測(cè)試結(jié)果Table 8 UV aging resistance test results of sealant

2 討 論

(1)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，新癸酸縮水甘油酯的引入，使封閉劑的各項(xiàng)性能有了較大的提高，尤其在光澤、耐鹽霧、耐酸堿方面，說(shuō)明E10P的支鏈對(duì)漆膜起到了良好的保護(hù)。

(2)由于其支鏈具有疏水性，所以隨著用量的增加，亦會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂的水稀釋穩(wěn)定性下降，從表1可以看出，當(dāng)用量>15%時(shí)，樹(shù)脂的水溶液已處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)從表8可以看出E10P的引入對(duì)老化性能幫助不大，這是由于丙烯酸樹(shù)脂本身已具有優(yōu)異的耐老化和保光保色性。

3 結(jié) 論

當(dāng)新癸酸縮水甘油酯的用量為單體量的10%～15%，通過(guò)與(甲基)丙烯酸反應(yīng)被引入到丙烯酸樹(shù)脂分子鏈中，從而使封閉劑的性能得到了較大的提高，并且性能和穩(wěn)定性取得了一個(gè)平衡點(diǎn)，基本能滿足電鍍產(chǎn)品的要求。