圣诞玻璃球用水性彩色烤漆的制备
□ 许映云，石德付，邱绕生，李纯
(南京长江涂料有限公司，南京 210047)

0 前言
目前，水性涂料主要淋涂或喷涂在圣诞玻璃球表面，起装饰和美化环境的作用[1-2]。圣诞玻璃球作为圣诞节日的一种装饰品，有着十分诱人的市场。目前中国已经成为美洲、欧洲和亚洲的圣诞玻璃球的主要供应国。然而，目前大部分厂家仍继续使用溶剂型玻璃涂料用于圣诞玻璃球，施工时需要在涂料中加入50%以上的有机溶剂（甲苯、二甲苯、醋酸丁酯等），污染、易燃、挥发的气体对人体有很大的伤害[3]。为此，本研究针对圣诞玻璃球烤漆的特殊要求，探讨了烘烤温度、基体树脂/复合交联剂配比、硅烷偶联剂种类及用量对涂膜耐干、湿附着力，耐水性、耐丁酮擦拭的影响，研制出适合淋涂的装饰玻璃球用水性彩色烤漆，制备的涂层均匀、细腻、色彩鲜艳、耐水、耐乙醇、耐盐水、耐湿热性能优异。

1 试验部分
1.1 主要原料
水性丙烯酸树脂（50%，自制）；CYMEL 303氨基树脂、CYMEL 325氨基树脂：美国氰特；W-8130封闭型水性交联剂：江阴摩尔；Foamex 902W消泡剂：迪高；BYK-333流平剂：毕克；Dynol 607润湿剂：空气公司；二甲氨基乙醇、二丙二醇甲醚（DPM），工业级，陶氏化学；正丁醇、乙醇，工业级，国产；KH-560硅烷偶联剂：江苏晨光；Bule-1506水性蓝色色精、Red-1308水性红色色精、Yellow-1145水性黄色色精：苏州乐天。
1.2 涂料的制备
水性彩色烤漆的配方见表1所示。按比例称取水溶性丙烯酸树脂，在300～600 r/min转速下，投入二甲氨基乙醇；在600～1 000 r/min下，依次投入去离子水、氨基树脂、消泡剂、流平剂、润湿剂；在转速300～600 r/min下，投入溶剂、硅烷偶联剂、水性色精，然后高速分散10～30 min至无缩孔，过滤后即得水性彩色烤漆。

1.3 涂料性能测试
按国家涂料标准测试水性彩色烤漆的性能：固体含量按GB/T 1725－2007；干燥时间按GB/T 1728－1989；光泽按GB/T 9754－2007；铅笔硬度按GB/T 6739－2006；附着力按GB/T 9286－1998；耐盐水性按GB/T 9274－1988甲法；耐水性、耐醇性按GB/T1733－1993甲法；耐湿热性按GB/T 1740－2007。水性彩色烤漆的性能指标见表2。

2 结果与讨论
2.1 交联剂的种类、配比对涂料性能的影响
氨基树脂在固化过程中起交联作用，对涂膜的性能影响极大。常见的氨基树脂有甲醇醚化和丁醇醚化两大类，但是甲醇醚化的氨基树脂水分散性较好，常用于水性涂料体系中。因此，选取了CYMEL303氨基树脂和CYMEL 325氨基树脂，按照m[水溶性丙烯酸树脂（不挥发分含量）]∶m[氨基树脂（不挥发分含量）]为3∶1的条件下，不同种类的氨基树脂对其配制的涂料的涂膜性能进行了比较，结果见表3。

根据表3的测试结果，303氨基树脂比325氨基树脂的硬度高，但是附着力差于325。为了保证水性氨基烤漆在60 ℃热储存的稳定性，通过303氨基树脂与W-8130封闭型水性交联剂进行复配，考察不同配比条件下对涂膜性能进行比较，结果见表4。

根据表4的测试结果，303氨基树脂：W-8130封闭型水性交联剂（不挥发分含量）为3∶1时，涂膜的硬度可以达到3H，同时附着力达到1级。通过添加一定量的W-8130封闭型水性交联剂，在烘烤过程中，该交联剂释放出的异氰酸酯（—NCO）基团与水性树脂分子链上羟基、羧基及氨基等基团反应形成交联，显著改善涂膜的柔韧性和与底材的附着力。复合交联剂用量对涂膜性能的影响见表5。

由表5可知：随着氨基树脂用量增加，涂膜的交联程度提高，涂膜的硬度、耐化学介质性变好。但是过量的氨基树脂使得涂膜变得很脆，附着力下降。同时根据圣诞玻璃球特殊的光泽要求，因此m(水溶性丙烯酸树脂)∶m(复合交联剂)为4∶1时综合性能达到平衡。
2.2 硅烷偶联剂用量对涂料性能的影响
为了改善圣诞玻璃球用水性彩色烤漆的耐湿热性能，在涂料中添加一定量的硅烷偶联剂KH-560，可以增强树脂与玻璃基材的附着力。许多学者[4-5]曾验证了硅烷偶联剂与玻璃和热固性树脂之间存在化学键，涂料中添加KH-560在涂布施工后，KH-560向底材的界面迁移，在无机表面发生水解可生成硅醇基进而和底材表面上的羟基形成氢键或缩合成Si－O－M（M代表金属、玻璃等）共价键，而硅烷上的R有机官能团则与涂料树脂（反应型基团为亲水性的氨基、羟基、羧基等）进行反应，键合或形成纠结缠绕，从而达到增进附着、减少水或醇类物质向基材的渗透及对涂膜的溶解性等作用，同时，硅烷各分子的硅醇基也会与涂膜相互结合形成网状结构。为此，本试验通过不同添加量考察对涂膜性能的影响，结果见表6。

由表6结果表明，添加KH-560之后，涂膜的耐介质性能明显提高。这是因为KH-560与玻璃表面生成Si－O－Si键以及氢键，克服了玻璃表面亲水性带来的不利影响，提高了屏蔽和抑制腐蚀性介质渗透的能力，大限度发挥了涂膜的覆盖效果，使得涂膜的防腐蚀性能显著提高。当添加1%的KH-560时，涂膜的耐水、耐乙醇、耐湿热性能足以满足涂装表面的使用要求。此时，随KH-560用量的增加，涂膜的耐水、耐乙醇、耐湿热性能趋于稳定，通过增加KH-560的用量来提高涂膜的性能已无意义。综合考虑，KH-560在配方的用量为1%。
2.3 去离子水用量对涂料性能的影响
按涂料量添加40%左右的去离子水量可调整到合适的淋涂黏度，使涂膜均匀、细腻，结果见表7。

2.4 水性色精用量对涂料性能的影响
添加不同量的各色水性色精与水性氨基烤漆进行配比试验，结果见表8。发现m(涂料)∶m(去离子)∶m(水性色精)=100∶40∶7，通过使用Bule-1506水性蓝色色精、Red-1308水性红色色精、Yellow-1145水性黄色色精可制备各种颜色的水性彩色丙烯酸氨基烤漆，涂膜各项性能优异。

3 结论
（1）通过303氨基树脂与W-8130封闭型水性固化剂按3∶1进行复配，水溶性丙烯酸树脂与复合交联剂按4∶1配比，制备的水性丙烯酸氨基烤漆性能优异。
（2）通过添加1%的KH-560硅烷偶联剂，增强了涂膜与玻璃基材的附着力，提高了涂膜的耐水、耐乙醇、耐盐水、耐湿热性能。
（3）通过试验确定涂料与去离子水的配比为100∶40，淋涂施工条件下涂膜外观均匀、细腻。
（4）通过添加不同的水性色精，按照m(涂料)∶m(去离子水)∶m(水性色精)为100∶40∶7淋涂施工，涂膜外观鲜艳，综合性能优异。