影响聚氨酯水性玻璃漆附着力因素的探讨

蒋建平1 　陈小文2 　荆红德2
(1. 湖南工业大学包装与印刷学院　株洲412008) (2. 广东华润涂料有限公司　顺德528306)

作为一种功能性、环保型水性涂料,水性玻璃漆特别是水性彩色玻璃漆具有装饰效果明显、漆膜色彩绚丽、隔热保温、防眩舒适、防止紫外线破坏、易于清洗等优点,可广泛应用于汽车、飞机、火车、建筑装璜、陈列橱窗、灯具等领域,市场前景广阔[ 1～3 ] 。然而,水性玻璃涂料因其溶剂(水)的渗透性弱、水性漆对玻璃的润湿性差、基材(玻璃)表面的光洁度高等缘故,导致水性漆难以在玻璃基材上产生良好的附着,严重妨碍了水性玻璃漆的发展[ 4, 5 ] 。聚氨酯水性涂料将聚氨酯涂膜的附着力强、硬度高、耐腐蚀、耐溶剂性好等优点与水性涂料的低VOC含量完美结合,成为解决水性玻璃漆膜附着力问题的重要方向[ 6, 7 ] 。本工作研究了影响水性聚氨酯玻璃漆附着力的各种因素。

1　实验部分
1. 1　主要原材料
丙烯酸改性聚氨酯分散体(RV810) ,工业品,广东华润涂料有限公司;基材润湿剂104E,工业品,美国气体化工产品有限公司; 消泡剂BYK-024,工业品,德国毕克化学公司;成膜助剂Texnol,工业品,日本协和公司;增稠剂SN-612,工业品,日本诺谱科助剂有限公司;附着力促进剂,γ2氨丙基三乙氧基硅烷( SiO21) 、γ2( 2, 3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷( SiO22) 、γ2( 2, 3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷( SiO23) 、γ2(甲基丙烯酰氧) 丙基三甲氧基硅烷( SiO24) ,工业品,美国康普顿有限公司。
1. 2　水性聚氨酯玻璃漆配方与配漆工艺
水性聚氨酯玻璃漆的透明基料配方见表1。按照表1配方,依次将各种材料添加到分散缸中,同时以一定的剪切速度和按工艺条件进行分散,待分散完毕,静置消泡后装罐备用。按照100∶5～15 (质量比)的比例,将水性聚氨酯玻璃漆的透明基料与各种颜色的色浆混合配漆,添加适量的水调节施工粘度至(15 ±3) s为准(以盐田2号杯来测定涂料的施工粘度,单位以s表示) 。

1. 3　玻璃漆膜的制备
按GB /T 1727—1979规定进行,在玻璃底板上喷涂施工。将漆膜在室温放置3 h后,投入干燥箱中在60℃下干燥2 h。干燥后的漆膜于室温条件下放置2 h后,进行漆膜附着力与其它性能测试。
1. 4　漆膜附着力的测试
按GB /T 9286—1998规定,用划格法在样板上3个不同位置切割划格。在网格的上方施加胶粘带压平。贴上胶粘带5 min后,拿住胶粘带悬空的一端,尽可能以60°的角度平衡撕离胶粘带,评定附着力的级数。附着力级数越小,表示漆膜的附着力越大,其附着性越好。

2　结果与讨论
2. 1　基材润湿剂对漆膜附着力的影响
涂料对基材的润湿程度直接影响到该种涂料的漆膜在基材上的附着力性能。基材润湿剂104E的用量与水性玻璃漆膜附着力的强弱关系见图1。

图1　基材润湿剂对漆膜附着力的影响
从图1可知,随着基材润湿剂用量的提高,附着力级数不断减小,漆膜附着力逐渐增强;当基材润湿剂104E的质量分数增大到0. 8%时,继续提高基材润湿剂的用量,对改善漆膜附着力的帮助作用不大。由此可见,在水性透明基料中添加一定剂量的基材润湿剂104E,有助于漆膜附着力的提高。
2. 2　附着力促进剂对漆膜附着力的影响
附着力促进剂也是影响漆膜附着性的重要因素。在丙烯酸改性聚氨酯水性涂料中,可选用硅烷偶联剂为附着力促进剂,来增强涂料对玻璃基材的附着能力。本实验采用了4种附着力促进剂SiO-1、SiO-2、SiO-3、SiO-4,考察了4种附着力促进剂对漆膜附着力的影响,结果见表2。
表2　促进剂种类与用量对漆膜附着力的影响

　注:“ - ”表示附着力促进剂与所用聚氨酯分散体的相容性较差,漆液存在着起渣、结皮或严重增稠等现象。
从表2可知,对漆膜附着力改善最大的是SiO-3,其次是SiO-2;对这2种助剂而言,随着添加量的不断提高,漆膜附着力不断增强;添加SiO-4对漆膜附着力的提高也有一定的帮助,但要防止该类助剂所带来的漆液增稠现象。SiO-1与漆液的相容性较差,会导致漆液起渣、结皮等现象,且伴随有强烈的刺激性气味逸出。这可能是SiO-1中的氨基与玻璃基材表面吸附的羟基反应生成氨气所致。
2. 3　水性色浆对漆膜附着力的影响
在彩色玻璃涂料中,色浆的选择不仅影响漆膜的最终色彩效果,也影响水性透明基料的相容性,为探讨水性色浆与聚氨酯透明基料的相容性、及调漆施工后的漆膜附着性,本实验选择4组不同牌号的蓝色水性色浆,考察了水性色浆对漆膜附着力的影响,见表3。

从表3可知, Huarun24蓝色色浆不仅与水性聚氨酯透明基料具有较好的相容性,且漆膜附着力级数可高达1级水平。Foreign22蓝色色浆也是一种相容性好、对漆膜附着力增强效果明显的色浆产品。由此可见,不同牌号的水性色浆对漆膜的附着力也会产生不同影响。
2. 4　漆膜厚度与干燥时间对漆膜附着力的影响
实验考察了漆膜厚度及干燥时间对漆膜附着力的影响,其实验结果见图2。

图2　漆膜厚度对漆膜附着力的影响
从图2可知,随着漆膜厚度的增大,附着力级数逐渐增大,漆膜附着力不断下降。因此,增大漆膜的厚度,将会在一定程度上降低漆膜的附着力,导致漆膜附着性能的下降。实验表明,漆膜厚度在20 μm左右附着力最好,能够达到1级。设定干燥漆膜的厚度为(23 ±3) μm进行涂装施工。涂装施工与漆膜养护的环境条件:温度25～28℃、相对湿度为65% ～75%。在此条件下将漆膜干燥4～8 d,检测漆膜的附着力。实验结果表明,干燥4 d后的漆膜在进行附着力检测时出现了大面积剥落的现象(附着力为5级) ;漆膜干燥5 d后,虽然附着力有所提高,但仍然在4级以(也属于5级的范围) 。随着漆膜干燥时间的延长,漆膜附着力总体上呈不断增大的趋势;漆膜干燥7 d后,附着力达到1级。
2. 5　涂装养护环境对漆膜附着力的影响
聚氨酯水性漆施工于玻璃基材后,分别放置于如下6种不同的环境中,漆膜干燥时间为7 d,干燥漆膜的厚度为(23 ±3) μm。对干燥7 d后漆膜的附着力进行测试,结果见表4。

　从表4可知,在相对湿度一定的条件下,随着环境温度的提高,漆膜的附着力逐渐增强;在温度一定的条件下,随着环境相对湿度的增大,漆膜的附着力均有一定程度的下降。
3　结论
(1)基材润湿剂对漆膜的影响很大,在水性透明基料中加入质量分数为0. 8%的104E润湿剂能明显提高漆膜的附着力。
(2)在丙烯酸改性的水性聚氨酯玻璃漆中可选用SiO-3或SiO-2硅烷偶联剂作为附着力促进剂,以达到所需的附着力。
(3)色浆的选择对漆膜的附着力具有一定的影响,以选用Huarun-4 为最佳,不仅与水性透明基料有良好的相容性而且漆膜的附着力可达到1级。