新癸酸縮水甘油酯在金屬電鍍件使用的水性防護封閉劑中的應用研究

周樂奮

(廣州福誠美化工有限公司，廣東 廣州 510000)

近年來，隨著社會的進步，人們對安全和環保越來越重視，國家職能部門的監管力度不斷加大。為此，開發低污染，安全性能高的水性涂料已是大勢所趨。

電鍍行業與我們的日常生活息息相關，在燈飾、家俱、汽車、電子產品、門鎖、衛浴、衣服等方面都可以看到電鍍產品的身影。電鍍產品由于使用范圍廣，對使用環境的適應性要求更高，對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在有相當部分的封閉劑已轉向水性，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，水性涂料的優缺點都相當突出。優點是安全、環保、對人體健康影響??；缺點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。電鍍產品在使用封閉劑時經常要加入染料對工件進行修色，調色時要求封閉劑要透明，這樣才方便對色，及時調整染料的用量。乳液和分散體都是乳白半透明，會影響調色。目前電鍍行業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行探討。

水溶性丙烯酸涂料保持了丙烯酸涂料優異的耐候性、保光保色性、耐腐蝕性等性能，但總體性能仍達不到溶劑型的效果。要不斷提高性能，常用的方法是在成漆中通過助劑或加入其它樹脂進行調整，以及在樹脂合成時引入改性單體(中間體)，在試驗中我們通過在樹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，結構式如下：

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

1 實 驗

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

1.1 實驗原料

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、潤濕劑、流平劑、消泡劑、部分甲醚化氨基樹脂、附著力助劑。

1.2 實驗儀器

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

1.3 樹脂的合成

新癸酸縮水甘油酯(E10P)與(甲基)丙烯酸等當量反應，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、引發劑配成混合單體。

(2)在裝有攪拌器，溫度計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內滴完，補加一次引發劑，保溫1 h，再補加一次引發劑，繼續保溫1 h，檢轉化率，當轉化率>99%時降溫出料。

1.4 封閉劑的制備

1.4.1 配 比

a.改性樹脂：50；

b.部分甲醚化氨基樹脂：16；

c.二甲基乙醇胺：2.5；

d.附著力助劑：3；

e.潤濕劑：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，開攪拌轉速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 性能測試

電鍍產品的材質常用的有碳鋼、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行測試，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地會有比較大的差異，導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 改性樹脂水稀釋穩定性(目測)

改性樹脂∶二甲基乙醇胺∶水=1∶0.07∶3。

分別做加速貯存(60 ℃/21天)和常溫貯存三個月對比外觀變化。

表1 改性樹脂貯存測試結果Table 1 Storage test results of modified resin

1.5.2 封閉劑性能測試

(1)光澤(60°)(GB/T 9754-2007)

噴涂于黑片上檢測。

表2 封閉劑光澤測試結果Table 2 Test results of sealant gloss

(2)透明性(目測)

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，在陽光下觀察。

表3 封閉劑透明性測試結果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 封閉劑耐沖擊性測試結果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如工件出現繡點、白點、黑點即不通過，每12 h觀察一次。

表5 封閉劑耐鹽霧測試結果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，出現白印即不通過。

表6 封閉劑耐酸性測試結果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，如涂膜出現起泡，溶脹、發白、發黑即不通過。

表7 封閉劑耐堿性測試結果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，測試時間1000 h，檢失光率和顏色變化。

表8 封閉劑耐UV老化測試結果Table 8 UV aging resistance test results of sealant

2 討 論

(1)從實驗結果可以看到，新癸酸縮水甘油酯的引入，使封閉劑的各項性能有了較大的提高，尤其在光澤、耐鹽霧、耐酸堿方面，說明E10P的支鏈對漆膜起到了良好的保護。

(2)由于其支鏈具有疏水性，所以隨著用量的增加，亦會導致樹脂的水稀釋穩定性下降，從表1可以看出，當用量>15%時，樹脂的水溶液已處于不穩定狀態。

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

3 結 論

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