高鋁粉定向水性浸水烤漆是在制備過程中使用鋁粉代替無機顏料和填料，鋁粉能夠在涂裝后的漆膜中定向排列，使入射光線有規(guī)律的反射回去，這樣在不同角度觀察時會有很大的明暗變化，造成躍變效果^[1]，從而展現(xiàn)出高裝飾效果的一類涂料。鋁粉的定向排列水平是影響漆膜外觀質(zhì)感和金屬漆效果的重要因素^[2]，為了使涂層擁有金屬裝飾效果，往往在制漆過程中加入有機定向劑或無機定向劑，如比克公司的BYK8421和BYK-RD、纖維素改性產(chǎn)品、無機膨潤土等，在貯存過程中可防止顏料沉淀和成膜過程中賦予鋁粉定向，但這類定向劑往往以助劑的形式參與成膜，對提升漆膜的強度沒有幫助，而且嚴重影漆膜的各項耐性^[3-4]。因此從產(chǎn)品的性能，施工性，成本以及環(huán)保要求等角度入手，本研究采用具有觸變效果的羥基丙烯酸乳膠與水性二級分散體搭配，不添加定向劑，利用羥基丙烯酸乳膠的觸變效果和分子量高的特點，結(jié)合水性羥基二級分散體的高裝飾性來制備高鋁粉定向的水性金屬烤漆，并考察了兩者搭配的觸變效果、施工性能和漆膜層間配套的性能。

1. 試驗部分

1.1主要原料及儀器

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸羥乙酯（HEA）、甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MAA）、氨水、過硫酸鉀（KPS）、N-N二甲基乙醇胺（DMEA）：化學(xué)純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；甲基丙烯酸異丙片酯（IBOMA）：工業(yè)級，武漢賽迪新材料有限公司；叔碳酸縮水甘油酯（EIOP）：工業(yè)級，瀚森；烯丙基氧基壬基酚聚氧乙烯（10）醚（ANPEO10）、烯丙基氧基壬基酚聚氧乙烯（10）醚硫酸銨（DNS-86）:工業(yè)級，廣州雙鍵貿(mào)易有限公司；乙二醇丁醚（BCS）、二丙二醇丁醚（DPNB）、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚：工業(yè)級，潤泰化學(xué)；異丙醇、100#溶劑油：工業(yè)級，吉化公司二叔戊基過氧化物（DTAP）:工業(yè)級，阿克蘇（天津）過氧化物有限公司；氨基樹脂（CYMEL325）：工業(yè)級，湛新公司；潤濕劑（Dyno1607）:工業(yè)級，贏創(chuàng)工業(yè)集團；BYK8421，BYK-RD:工業(yè)級，比克化學(xué)；鋁粉：工業(yè)級，廣州創(chuàng)嶸化工科技有限公司；水溶性聚酯罩光清漆：實驗室自制。

SWFS高速分散機：上海眾時機械有限公司；NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計：常州德普紡織科技有限公司；DHG-9070電熱鼓風(fēng)干燥箱；上海一恒科學(xué)儀器有限公司；QFH-HG600百格刀漆膜劃格器；珠海天創(chuàng)儀器有限公司；QHQ-A便攜式鉛筆硬度計：深圳市森宇儀器設(shè)備有限公司；BGD-560柔韌性測定儀：表格達精密儀器（廣州）有限公司。

1.2自制觸變羥基丙烯酸乳膠

參照文獻[5]制備觸變性乳膠WPAO，所得觸變?nèi)槟z的羥基含量為1%，固體含量23%。

1.3自制羥基二級分散體

參照文獻[6]分別制備羥基含量是1%、2%、3%的水性二級分散體，固體含量均為45%，分別編號WPA1、WPA2、WPA3。

1.4水性金屬烤漆的制備

表1為水性金屬烤漆配方。

表1 水性金屬烤漆配方

Table 1 Formula of waterborne metal baking paint

按照配方量在分散罐內(nèi)現(xiàn)將成膜助劑、異丙醇、潤濕劑和水，600r/min的轉(zhuǎn)速分散5min，再加入鋁粉低速分散至均勻后得到鋁銀漿。

在攪拌乳液的同時加入中和劑DMEA，將pH調(diào)至8~9，然后依次加入消泡劑、潤濕劑、流平劑、氨基樹脂，再加入鋁銀漿分散均勻后得到水性金屬烤漆。

因觸變?nèi)槟z和二級分散體的固含相差較大，固體含量對黏度影響也較大，試驗配方中固定配漆的固體含量為30%，混拼后樹脂與氨基樹脂的質(zhì)量比列為4：1。

1.5水性涂料的施工

將打磨過的馬口鐵用酒精擦拭干凈，在原漆內(nèi)加入適量的去離子水調(diào)節(jié)黏度至55~60ku，在溫度22~25℃下，噴距約30cm，常規(guī)噴涂，金屬漆厚度約15um，流平10min，在60℃下預(yù)烘烤20min，冷卻后噴涂罩光清漆，流平10min，在60℃下預(yù)烘烤5min，接著在140℃下烘烤20min。

1.6性能測試

漆膜常規(guī)性能測試：按照GB/T1732-1993測試漆膜耐沖擊性；按照GB/T9286-1998測試漆膜附著力；按照GB/T1731-1993測試漆膜柔韌性；按照GB/T6739-2006測試漆膜鉛筆硬度；按照GB/T9274-1988測試漆膜耐液體介質(zhì)性；按照GB/T1733-1993中甲法測試耐水性；霧化效果測試：目測。

按照GB/T1723-1993測試黏度，以旋轉(zhuǎn)黏度計6r/min和60r/min的黏度比值為觸變指數(shù)。

2結(jié)果與討論

2.1觸變?nèi)槟z與二級分散體樹脂的搭配

在制備水性鋁粉烤漆時，往往需要較好的觸變性，這不僅能夠防止成品漆在貯存時鋁粉沉淀和結(jié)塊，從而影響霧化效果，而且在噴涂施工時能夠很好地防止流掛，避免漆膜弊病，因此實驗設(shè)計中把混拼樹脂的固體含量固定為30%，樹脂與氨基樹脂的質(zhì)量比例為4:1，成品漆的觸變指數(shù)控制在3~4，考察觸變?nèi)槟z與不同羥值的二級分散體的搭配比例對水性金屬烤漆觸變指數(shù)的影響。

將觸變?nèi)槟zWPAO與二級分散體WPA1、WPA2、WPA3分別按照質(zhì)量比1:1、2:1、3:1進行復(fù)配，測試混拼后水性金屬烤漆的觸變指數(shù)，結(jié)果如表2所示。

表2觸變?nèi)槟z與二級分散體的質(zhì)量比對比水性金屬烤漆觸變指數(shù)的影響

Table 2 Effect of the mass ratio of thixotropic latex and the waterborne secondary dispersion on thixotropic index of waterborne metal baking paint

從表2可以看出，觸變?nèi)槟zWPAO具有較高的觸變指數(shù)，觸變指數(shù)可以很好地幫助鋁粉定向，當其與不同羥基含量的水性二級分散體復(fù)配時，在同樣質(zhì)量比條件下配置的水性金屬烤漆，與高羥基含量的WPA3復(fù)配時，觸變指數(shù)高，與低羥基的水性二級WPA1復(fù)配時，觸變指數(shù)低，這是因為WPA3羥基含量高，羥基分布密度高，與觸變?nèi)槟z形成氫鍵的數(shù)量多，因此觸變指數(shù)提高明顯，而WPA1羥基含量低，所以觸變指數(shù)相對小，WPA2居于中間。從鋁粉定向效果和施工性方面考慮，根據(jù)經(jīng)驗水性金屬烤漆的觸變指數(shù)在3~4之間較合適，因此確定觸變?nèi)槟zWP0分別與WPA1、WPA2、WPA3質(zhì)量比為3:1、2:1、1:1，所制備的水性金屬烤漆具有較佳的觸變指數(shù)，觸變曲線（圖1）展現(xiàn)的3種復(fù)配的流變曲線

2.2烘烤溫度和烘烤時間對層間附著力的影響

在烤漆使用過程中，往往需要使用罩光清漆來提高表面裝飾性，在使用清漆罩光時，罩光清漆與下層金屬烤漆涂層的層間附著力必須考慮的要素，影響層間附著力的因素包括樹脂、烘烤溫度造成的過渡交聯(lián)、中涂層的表面張力、外加助劑等，在不考慮樹脂的條件下，烘烤溫度和時間對附著力的影響.大。以表1配方為基礎(chǔ)，分別按觸變?nèi)槟zWP0與WPA1質(zhì)量比為3:1，WPA0與WPA2的質(zhì)量比為2:1，WPA0與WPA3的質(zhì)量比為1:1；樹脂與氨基樹脂的質(zhì)量比為4:1，研究制備的水性金屬烤漆在不同烘烤溫度下（結(jié)果如表3所示）和不同烘烤時間（結(jié)果如表4所示）的層間附著力，同時對比高羥分散體WPA3分別加觸變助劑BYK-8421和BYK-RD(BYK-8421和BYK-RD的添加量為樹脂總量的1.5%）后的層間附著力。

表3 烘烤溫度對層間附著力的影響

Table 3 The effect of baking temperature on the adhesion between layers

注：烘烤時間為20min；金屬漆表觀裝飾效果以漆膜外觀光澤度來評價。

表4 烘烤時間對層間附著力的影響

Table 4 The effect of baking time on the adhesion between layers

注：烘烤溫度140℃。

從表3可以看出，烘烤溫度過高，都會對金屬漆的銀排效果造成負面的影響，因此該水性金屬漆在120~140℃較合適，在此溫度下烘烤，金屬漆的鋁粉定向效果好，觸變?nèi)槟z與分散體混拼展現(xiàn)出與分散體加觸變助劑相同的效果；在柔韌性方面，二級分散體WPA3加觸變助劑BYK-8421和BYK-RD的柔韌性隨著烘烤溫度提高而下降，而觸變?nèi)槟z與二級分散體展現(xiàn)出較好的柔韌性，這是因為WPA3是高羥基含量的二級分散體，烘烤溫度過高，交聯(lián)密度提高，造成漆膜柔韌性下降，而觸變?nèi)槟z與分散體搭配，觸變?nèi)槟z羥基含量低，降低了整體的羥基含量，同時觸變?nèi)槟z不僅能夠參與交聯(lián)，而且分子量大，從而還起到內(nèi)增韌的作用，所以漆膜的柔韌性表現(xiàn)突出；在硬度方面，WPA3加觸變助劑都表現(xiàn)出較高的硬度，而觸變?nèi)槟z與二級分散體混拼由于降低了整體的羥基含量，因此硬度表現(xiàn)沒有加觸變助劑的好，但是在硬度方面，WPA0/WPA3組合.好，其次是WPA0/WPA2，WPA0/WPA1組合.弱，這是因為在保證流變性的條件下，WPA0/WPA3組合的羥基含量.高，所以硬度.高，WPA0/WPA1的羥基含量.低，硬度.低，同樣也表現(xiàn)在層間附著力方面，高的交聯(lián)密度造成罩光清漆的層間附著力下降，而WPA3/BYK-RD組合表現(xiàn)出較好的層間附著力，這是因為BYK-RD是無機的觸變助劑，反而有利于提高層間附著力；而BYK-8421觸變助劑中含有乙烯蠟的組分，所以層間附著力表現(xiàn)不好。

表4 為烘烤時間對附著力的影響，從表中可以看出，烘烤時間過長，漆膜與罩光清漆的層間附著力都有下降的趨勢，這是因為隨著烘烤時間的提高，漆膜的交聯(lián)密度提高，表面張力下降，造成金屬烤漆與上層的罩光清漆之間的層間附著力下降。

綜上所述，觸變?nèi)槟z與二級分散體拼混制備水性金屬烤漆，烘烤時間和烘烤溫度對漆膜都有一定的影響，烘烤溫度過高和烘烤時間過長對鋁粉定向有負面影響，且隨著水性金屬烤漆中羥基含量的提高，漆膜的硬度提高，柔韌性降低，層間附著力下降。

表5 不同方案的性能測試結(jié)果

Table 5 Performance test results of different schemes

2.3漆膜的性能

以表1配方為基礎(chǔ)，按觸變?nèi)槟zWP0分別與WP1、WP2和WP3質(zhì)量比為3:1/2:1和1:1的比列制備水性金屬烤漆，按照1.5制備漆膜，測試漆膜性能，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，添加觸變助劑的主要目的是為了提高鋁粉在金屬烤漆中的定向，從表5中可以看出，水性二級分散體加了觸變助劑的金屬烤漆和觸變?nèi)槟z與水性二級分散體的組合的金屬烤漆都具有好的鋁粉銀排效果，但是在金屬烤漆中使用觸變助劑導(dǎo)致機械性能和耐性相對較差，這是因為觸變助劑親水性強，不參與交聯(lián)反應(yīng)，從而影響金屬漆在各種介質(zhì)中的耐性，并且相對分子質(zhì)量較小的觸變助劑會減弱漆膜的柔韌性，導(dǎo)致耐沖擊性和柔韌性下降；而復(fù)配樹脂的組合中觸變?nèi)槟z和水性二級分散體都有能夠參與交聯(lián)反應(yīng)，漆膜的交聯(lián)密度提高，致密性更好，從而使漆膜的硬度和耐性都有所提高，同時觸變?nèi)槟z的相對分子質(zhì)量大，在烤漆里面能夠起到增韌的效果，漆膜柔韌性好，以上特點體現(xiàn)出觸變?nèi)槟z與二級分散體制備水性金屬烤漆的優(yōu)勢。

3結(jié)語

采用觸變?nèi)槟z和水性羥基二級分散體制備了高鋁粉定向的水性金屬烤漆。根據(jù)水性羥基二級分散體的羥基含量不同，可以按照較佳的搭配比例制備觸變指數(shù)合適，便于施工的水性金屬烤漆，盡管過高的溫度和過長時間烘烤都會對漆膜造成負面影響，但相對于添加小分子的觸變助劑來說，觸變?nèi)槟z與水性二級分散體搭配制備的漆膜在耐性、層間附著力和柔韌性方面表型更好。