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水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆的研制

来源：互联网2024年04月19日

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唐植贤（浙江博星化工涂料有限公司，浙江温岭 317500）

来源：上海涂料

2024 年 2 月第 62 卷第 1 期

摘要

选用了高性能的水性羟基丙烯酸二级分散体和水可分散异氰酸酯固化剂体系为基料，确定了两者的最佳物质的量之比及其对涂层机械性能和化学性能的影响，讨论了增稠剂、锤纹助剂、铝银浆等原材料的品种和用量以及施工黏度对涂层锤纹效果的影响，得出了漆膜具有最佳理化性能和锤纹效果时的涂料配比，制备了环保、性能优异的水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆。

关键词

水性羟基丙烯酸二级分散体；水可分散异氰酸酯固化剂；锤纹漆

引言

锤纹漆是美术漆一种，它能在被涂装的物体表面形成一层类似铁锤敲打铁片后所留下的锤纹花样的漆膜。它既可以弥补和遮盖底材表面的粗糙、不平整等缺陷，又没有桔纹漆的皱纹易积灰尘污垢的缺点，具有优良的防护装饰作用。锤纹漆可广泛应用于仪器仪表、五金零件、医疗器械、金属文件柜、保险柜、防盗门等金属表面的涂饰［1］。近年来，随着全国各地相关政策落地、人们环保意识的逐渐增强，涂料及其下游行业对“油转水”的呼声渐涨，水性工业漆发展十分迅速，应用范围不断扩大，市场份额也在不断增加。其中，水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆具有锤纹效果好，耐冲击性好，附着力优异，光泽度高，耐油性、耐化学品性能好等特点，可替代溶剂型双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆，市场应用前景广阔。

1 实验部分

1.1 原材料

水性羟基丙烯酸二级分散体（2025）、水可分散异氰酸酯固化剂（269），万华化学集团股份有限公司；BYK192 分散剂，昆山玳权精细化工科技有限公司；SN-321C 消泡剂，日本诺普克公司；210 聚氨酯增稠剂，上海鼎和化学科技有限公司；LB 无机凝胶，浙江长安仁恒化工有限公司；非浮型铝粉，苏州博卡金属颜料有限公司；锤纹助剂，杭州欧泊科技有限公司；二甲基乙醇胺（DMEA）、丙二醇甲醚（PM）、二丙二醇丁醚，陶氏化学（中国）投资有限公司；防闪锈剂，青岛恩泽化工有限公司。

1.2 仪器设备

SDF400 实验分散砂磨机，常州市腾蛟机械有限公司；LHS-150SC 恒温恒湿箱，上海一恒科技有限公司；NDJ-1 型旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司；QHQ-A 便携式铅笔法硬度计，天津森日达实验仪器有限公司；附着力测定仪，上海玖纵精密仪器有限公司；耐盐雾试验机，众志检测仪器（东莞）有限公司；冷轧钢板，温岭五金市场。

1.3 水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆的制备

水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆的基本配方见表 1。

水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆A组分的制备工艺：（1）在塑料容器中，依次加入水、BYK192、丙二醇甲醚、水性铝银浆，用调漆刀调和均匀，制得无颗粒的银浆液；（2）在调漆罐中依次加入水性羟基丙烯酸二级分散体、DMEA、润湿剂、二丙二醇丁醚、消泡剂，混合搅拌均匀，加入锤纹助剂、10 % LB 无机凝胶、高速（800~1 200 r/min）分散均匀，然后加入制得的银浆液、防闪锈剂，中速搅拌均匀后加入 210聚氨酯增稠剂，调节黏度，得到水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆 A 组分。

水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆B组分的制备工艺：在塑料容器中依次投入 PGDA、脱水剂、269水可分散异氰酸酯固化剂，搅拌混合均匀，即得水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆 B 组分。

1.4 样板的制备及性能测试

1.4.1 样板的制备

在制板时，将水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆的A组分与B组分按质量比 8︰1 混合均匀，静置熟化 5~10 min，然后按照 GB/T 1727—1992《漆膜一般制备法》的标准制备涂膜，常温静置养护 7 d。该锤纹漆的施工活化期为 2 h。

1.4.2 性能测试方法

参照标准 GB/T 1728—2020《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》进行干燥时间测试，其中表干按乙法，实干按甲法；参照标准 GB/T 9286—1988《色漆和清漆漆膜的划格试验》进行附着力测试；参照标准GB/T 1731—1993《漆膜耐冲击测定法》进行柔韧性测试；参照标准 GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击测定法》进行耐冲击性测试；参照标准 GB/T 9274—1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》中第 5 章的甲法进行耐酸碱性测试；参照标准 GB/T 1771—1991《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》进行耐盐雾性测试；参照标准 HG/T 3343—1985《漆膜耐油性测定法》进行耐油性测试。

2 结果与讨论

2.1 水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆的性能

水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆性能测试结果见表 2。

表 2 水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆性能测试结果

2.2 分析讨论

2.2.1 —NCO与—OH物质的量之比对漆膜性能的影响

水可分散异氰酸酯固化剂（269）是一种经过亲水改性的聚异氰酸酯交联剂，其添加量会直接影响漆膜性能。因此，不同水可分散异氰酸酯固化剂（269）与羟基丙烯酸二级分散体（2025）物质的量之比对涂膜的性能会产生重要影响。表 3 为不同—NCO与—OH 物质的量之比对漆膜性能的影响。

由表 3 可见，随着—NCO 添加量的增加，漆膜的铅笔硬度、耐酸性、耐油性、耐盐雾性等随之提高；当 n（—NCO）∶n（—OH）=1.5∶1 时，冲击强度达到最大值，然后随着—NCO 添加量的继续增加而下降；当 n（—NCO）∶n（ —OH）= 1.3∶1 时，漆膜附着力最好，但是随着—NCO 添加量的继续增加，漆膜附着力开始变差。这是因为当—NCO 的添加量较低时，不能完全与—OH 交联，漆膜的交联密度不够，强度较低，其铅笔硬度、耐酸性、耐油性、耐盐雾性不佳。随着—NCO 官能团的增多，漆膜交联程度的提高，涂层越致密，其铅笔硬度、耐酸性、耐油性、耐盐雾性就越好。但是当—NCO 官能团过量时，漆膜过度交联，强度过高，漆膜变脆，冲击强度和附着力反而变差；当 n（—NCO）∶n（ —OH）=（0.8~1.7）∶1 时，漆膜能通过耐碱性测试。

2.2.2 不同铝银浆的用量对漆膜性能的影响

铝银浆的粒径和用量对漆膜遮盖力和锤纹效果影响较大，选择粒径为 5 µm 的水性非浮型铝银浆为试验样品，研究不同铝银浆用量对漆膜性能的影响，结果如表 4 所示。

由表 4 可见，随着铝银浆用量的增加，漆膜的遮盖力和锤纹效果逐渐变好，立体感增强。当 w（铝银浆）=5 % 时，漆膜的锤纹效果达到最好，立体感最强，但进一步增加铝银浆的用量时，锤纹效果变差。

2.2.3 增稠剂种类对漆膜性能的影响

选择了 5 种增稠剂——210 聚氨酯增稠剂、ASE60碱增稠剂、TT-935 疏水改性碱增稠剂、H250 羟乙基纤维素和 LB 无机凝胶，在增稠剂添加量为 0.5 % 的条件下，研究不同增稠剂种类对漆膜性能的影响，结果如表 5 所示。

由表 5 可见，210 聚氨酯增稠剂和 TT-935 疏水改性碱增稠剂对漆膜的耐水性影响较小，ASE60 碱增稠剂、H250 羟乙基纤维素、LB 无机凝胶对漆膜的耐水性影响较大。就锤纹效果而言，LB 无机凝胶的立体感最强，锤纹效果最好，其次是 ASE60 碱增稠剂，其余 3 款增稠剂的锤纹效果较差，这是因为不同的增稠剂与水的缔合作用不一样，导致漆膜耐水性不一致；另一方面触变指数越大的增稠剂，对稳定锤纹骨架作用越强，花纹越不易流平。

2.2.4 不同锤纹助剂添加量对涂膜锤纹效果的影响

以 210 聚氨脂增稠剂和 LB 无机凝胶为复合增稠剂（添加量为 0.5 %），铝银浆的添加量为 5 %，来制备锤纹漆，将水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆的 A 组分与 B 组分按质量比8∶1 混合均匀，研究不同锤纹助剂添加量对漆膜锤纹效果的影响，结果如表 6 所示。

由表 6 可见，随着配方中锤纹助剂添加量的增加，漆膜锤纹效果开始变得明显且连续。当锤纹助剂的添加量为 1.5 %~2.0 % 时，漆膜的锤纹效果最好，立体感最强。随着锤纹助剂添加量的进一步增加，锤纹花纹会变小，当添加量达到 4.0 % 时，漆膜表面会发黏。这是因为在锤纹助剂添加量较少时，锤纹助剂被配方中的表面活性剂乳化、增溶，无法形成锤纹；但进一步增加锤纹助剂的添加量，其与体系的不相溶性增强，锤纹效果变得明显，当锤纹助剂的添加量为 1.5 % 时，锤纹效果达到最好；继续提高锤纹助剂的添加量，其形成的锤纹骨架的点增多，锤纹点的边界各自向外张，挤压，锤纹变小，同时因为锤纹剂是硅酮类黏性物质，本身不会干燥，其在干燥的过程中，会迁移到漆膜表面，使漆膜的黏性增加。

2.2.5 施工黏度对漆膜锤纹效果的影响

将水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆的A组分与B组分按质量比 8∶1 混合均匀，用水将其稀释成不同的施工黏度（涂 -4 杯），喷枪的口径为 2.5 mm。表7 为不同施工黏度对漆膜锤纹效果的影响。由表 7 可见，随着涂料施工黏度的增加，锤纹效果变好，立体感变强。当施工黏度为 50~60 s 时，漆膜锤纹效果最好。若进一步提高施工黏度，由于湿膜的黏度增加，表干速度提高，其锤纹形成的阻力增加，锤纹效果变小。

此外，影响漆膜锤纹效果的因素还包括助溶剂的挥发速度、乳液和固化剂的种类、喷枪口径、喷涂方法、涂装环境的温湿度等，在此不再一一赘述。

3 结论

以水性羟基丙烯酸二级分散体和水可分散异氰酸酯固化剂体系为基料，以非浮型铝银浆为金属效果颜料，以 210 聚氨酯增稠剂、LB 无机凝胶为复合增稠剂，制备了一种干燥快、锤纹大小均匀、立体感强的水性双组分丙烯酸聚氨酯锤纹漆。该锤纹漆不仅具有普通水性双组分丙烯酸聚氨酯优异的理化性能，而且还能有效地遮蔽金属底材的各种瑕疵和缺陷，提高装饰性能。

研究了不同水性羟基丙烯酸二级分散体和水可分散异氰酸酯固化剂物质的量之比对涂层理化性能和锤纹效果的影响。当n（—NCO）∶n（—OH）= 1.5∶1 时，漆膜的理化性能最好。分别讨论了不同铝银浆用量、不同锤纹助剂用量以及不同增稠剂种类对涂膜锤纹效果的影响，当铝银浆的添加量为 5 %，锤纹助剂的添加量为 1.5 %，以 210 聚氨酯增稠剂和 LB 无机凝胶为复合增稠剂时，涂膜的锤纹效果最好。

分析了不同施工黏度对涂膜锤纹效果的影响，当漆料的施工黏度为 50~60 s 时，涂料的施工性能好，不易流挂，锤纹清晰、立体感强。

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