镀铬效果金属涂料稳定性研究

   日期:2021-08-17     浏览:93    
核心提示:镀铬效果金属涂料稳定性研究□ 郑义钊1,张志良1,凌 辉1,2,郑吕凤1,刘 彪1(1.广东三和化工科技有限公司,广东中山 528429;2.
镀铬效果金属涂料稳定性研究
□ 郑义钊1,张志良1,凌 辉1,2,郑吕凤1,刘 彪1(1.广东三和化工科技有限公司,广东中山 528429;2.佛山夫田涂料化工有限公司,广东佛山 528325)

0 前 言
近30年来,金属颜料及涂料的发展十分迅速,由于金属颜料具有普通色粉所不具有的“双色效应” ,使得其广泛应用于防腐涂料、船舶涂料、工业涂料、印刷油墨行业中。随着科技的进步发展,以漂浮型金属颜料为基料的镀铬效果金属涂料应运而生,特别是镀铬效果金属喷漆具有施工方便、快干、涂膜金属效应强等特点,在金属防腐、装饰行业发展迅速。但是由于其主要原料高漂铝银浆存在易氧化、漂浮力不足的缺陷,给镀铬效果金属喷漆贮存稳定性带来严重的影响,因此本文通过从不同溶剂、树脂及水分含量等因素对镀铬效果金属涂料稳定性展开研究。

1 试验部分
1.1 试验材料
试验所需的原料来源及规格见表1。

1.2 试验设备
分散机,SDF400,莱州兴远化工机械;pH计,TP310,时代新维测控设备;恒温烘箱;冷热对冲试验箱;水分滴定仪,ZDS-1,杭州汇尔仪器;灌封充气设备;电子天平,CP413,精度0.01 g,奥赛斯仪器。
1.3 试验方法
1.3.1 基础配方设计
试验基础配方初步设计如表2所示。

1.3.2 液体树脂的制备
称取一定量固体树脂,边分散边加入至相应溶剂中,调整分散机转速为1 500 r/min,分散1 h至体系呈透明无明显颗粒为止,得到固含量为50%的液体树脂,备用。
1.3.3 镀铬效果金属涂料的制备
按表2配方称取一定量铝银浆,边搅拌边加入至相应体系的溶剂中,分散机转速调整为800 r/min,分散20 min至无明显大颗粒金属粉,然后依次慢慢加入已制备好的液体树脂、偶联剂、其他微量助剂等,分散10 min即得到镀铬效果金属基础色漆。过滤后按照料气比即涂料∶LPG为1.7∶1进行灌封分装,得到气雾型镀铬效果金属涂料成品。
1.3.4 涂料pH值控制方法
取少量已制备好的涂料,放置在有磁力搅拌器的烧杯中,将校正好的pH计探测器插入液面以下,边搅拌情况下添加醋酸或有机胺添加剂对体系进行pH值调节。
1.3.5 稳定性能评价
将制备好的气雾型镀铬效果金属涂料分别放置在室温下;恒温烘箱,温度设置为50 ℃;冷热对冲试验箱(50 ℃对冲-50 ℃,以2 h为一个循环周期)试验15d,每隔3 d取出制板(提前处理好马口铁片若干,相同条件下制板),通过放大镜或者目测观察板效情况,镜面效果、金属白皙度、流平性越强越好。

2 结果与讨论
2.1 树脂的选择对镀铬效果金属涂料稳定性的影响
由于能达AC4011树脂所用的溶剂为甲苯,为了保证研究的有效性,以甲苯为溶剂分别制备出固含量为50%的2013丙烯酸树脂、C9石油树脂和CAB树脂,参照1.3.3中涂料的制备方法,再分别以二氯甲烷、甲苯分别为低挥发、高挥发溶剂制备出不同体系的镀铬效果金属涂料。研究表明,不同体系镀铬效果金属涂料的性能按体系优劣依次排序为C9石油树脂体系>CAB树脂体系>2013丙烯酸树脂体系>AC4011树脂体系。
通过分析可知,以AC4011树脂酸值大(酸值高达6 mg KOH/g),C9石油树脂酸值低(酸值为0.06mg KOH/g)。由于金属铝元素是非常活泼的金属,因此漂浮型铝银浆对酸具有较高的敏感性,体系酸值越大对铝银浆的结构造成的破坏越严重。从成膜机理分析,漂浮型铝银浆是经过高级脂肪酸处理的,加工碾磨赋予其极高的表面张力,载体的包裹使得金属粉不至于被溶剂润湿,从而减轻了其下沉的重力;另一方面,借助溶剂挥发时分子向载体表面移动的向上推力,抵消了铝鳞片的自重所形成的下沉力,使其向载体表面漂浮。当铝鳞片运动至载体与空气界面时,与载体间的接触角增大,汽-液、固-液相之间界面张力的合力进一步促使铝鳞片停留在载体表面,随着溶剂的挥发载体黏度不断增大,浮力也随之增大,待溶剂完全挥发后,鳞片牢牢地黏固在载体表面,形成涂层,因此树脂的极性以及表面张力、流平性都会对铝银浆的漂浮性能造成一定的影响。丙烯酸树脂2013以及CAB分子中含有强极性键羧基、酯基、羟基等,极性键越多,极性较大,对金属粉吸附过强进一步导致其漂浮力下降,相对而言,C9石油树脂分子呈环状结构,内聚力大,表面张力增大,极性较小,更不容易对银浆润湿,漂浮性能大大增强。综上所述,选择C9石油树脂为成膜物质进行下面的研究。
2.2 溶剂类型对镀铬效果金属涂料稳定性的影响
不同溶剂体系(见表3、表4)与镀铬效果金属涂料稳定性的关系如表5所示。


由表5可知,配方①在热贮前后涂膜性能优,其他配方中溶剂的极性较大,均对铝银浆的漂浮性造成不同程度影响,导致稳定性下降。是因为甲苯本身极性较小、表面张力较大,对金属粉吸附以及润湿性能降低,增强了金属粉的漂浮性能,另外二氯甲烷密度大、挥发速度快,涂膜干燥过程中分子对金属粉冲击作用抵消了其自身由于重力的沉降作用,使得金属粉有效排列,从而得到板效优的涂膜;配方②、③热贮前后出现反差现象,是因为②密度比③大很多,而且二氯甲烷的挥发速度比丙酮快,溶剂极性较强体系对银浆破坏缓慢。综上所述,影响漂浮性镀铬效果金属涂料的稳定性主要因素是体系的极性,极性越强稳定性越差,反之越好。
2.3 体系pH值对镀铬效果金属涂料稳定性的影响
以2.2中①为基础配方,通过利用醋酸、胺类添加剂调节体系的pH值,研究镀铬效果金属涂料的性能及其稳定性,结果如图1所示。由图1可以看出,体系的pH值对镀铬效果金属涂料的稳定性存在重要的影响,pH值越小,涂料中的铝银浆被破坏越大。由于金属铝是较活泼金属,被侵蚀、氧化后,导致涂膜发黑,铝银浆漂浮力下降等诸多问题,严重影响了镀铬效果金属涂料的实际使用价值。涂料体系中pH值在6.0~8.0时,铝银浆受到的破坏相对减小,稳定性能较优。
2.4 水分含量对镀铬效果金属涂料稳定性的影响
以2.2中①为基础配方,先用水分滴定仪对体系进行水分测定,经过测试得到体系中含有水量为0.5%,由此通过控制体系水含量,研究其对镀铬效果金属涂料的稳定性影响,结果如表6所示。

由表6可以看出,含水量小于3%时,镀铬效果金属涂料稳定性较好,板效无明显变化;随着水分含量增大,镀铬效果金属涂料性能有下滑的趋势,甚至出现涂膜无法流平现象;水分含量过多时,水会与铝银浆发生反应生成氢气造成胀听效应[4]以及氧化导致其漂浮力不足、发黑和断层。综上所述,水分含量过多会导致体系相容性较差,严重影响了涂膜流平性能。因此在制备或生产时,应严格控制树脂、溶剂和添加剂的水分含量以提高镀铬效果金属涂料的稳定性。
2.5 树脂用量对镀铬效果金属涂料稳定性的影响
以2.2中①为基础配方,其他组分质量分数保持不变,通过调整树脂在配方中的含量,研究镀铬效果金属涂料的性能及其稳定性。图2表明,当树脂的质量分数小于40%时,随着树脂用量的增加,体系密度和体系表面张力的增大,有利于铝银浆在体系的漂浮性能的增强,涂膜金属、镜面效果不断增强,当体系树脂含量超过50%时,由于体系中金属粉相对不足,导致涂膜断层。但是随着树脂比例的递增,涂膜稳定性则呈下降趋势,这是铝银浆本身的缺陷导致的。树脂过多,金属粉一定时,金属粉自身老化、漂浮力下降成为影响涂膜稳定性的重要因素,另外树脂用量累积酸值变大也会对稳定性有一定的影响。综上所述,当树脂质量分数为30%~40%时,镀铬效果金属涂料稳定性较优、金属效应强度适中。
3 结 语
(1)通过初步筛选,配方中以石油树脂为主要成膜物质时,镀铬效果金属涂料稳定性、金属效果优。研究分析可知,树脂内聚力、酸值、极性越大越容易破坏铝银浆的物理、化学结构,终导致镀铬效果金属涂料稳定性差。
(2)在基础配方相同的条件下,当铝银浆质量分数为5.0%,树脂质量分数为40.0%,配方体系pH值为7.0时,水分含量越低,所用溶剂极性越小、张力越大、密度越大、挥发速度越快,镀铬效果金属涂料稳定性、金属效果越好。
(3)要得到稳定性、性能相对较好的镀铬效果金属涂料,必须将体系总体酸值、水分、极性值降到低,另外可根据客户使用要求适度控制树脂用量,可获得不同金属效应强度的涂料。
 









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