引言

    鋁及其合金具有良好的耐腐蝕性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性和易于加工成型等優(yōu)點(diǎn)，所以鋁合金在國防、航空航天、交通、儀器、機(jī)械和電子器件，家居裝飾等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[1]。由于金屬鋁的化學(xué)性質(zhì)及其活潑，直接暴露在空氣中極易被氧化而發(fā)黑變暗，影響外觀和使用壽命，因此采取措施對(duì)鋁合金工件進(jìn)行防護(hù)和裝飾非常必要。

行業(yè)內(nèi)通常采用溶劑型涂料和粉末涂料涂覆在鋁型材表面起到保護(hù)和裝飾的效果，但油性涂料在生產(chǎn)、調(diào)配和施工過程中往往會(huì)釋放苯類、醛類等有毒有害的有機(jī)物（VOC），嚴(yán)重影響人們的健康和生態(tài)環(huán)境。因此，世界各國制定了相應(yīng)的環(huán)保法規(guī)，來限制VOC的排放。我國于2001年制定了針對(duì)10種室內(nèi)建筑裝修材料強(qiáng)制性的安全標(biāo)準(zhǔn)，2008年更是建立了中國涂料低污染化發(fā)展安全國家發(fā)展體系標(biāo)準(zhǔn)[2]，加強(qiáng)國家對(duì)有機(jī)物排放的管理和監(jiān)督。與傳統(tǒng)的溶劑型涂料相比，以水代替溶劑的水性涂料對(duì)人體和環(huán)境的影響明顯降低。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，水性涂料被認(rèn)定為“綠色涂料”的一種，發(fā)展迅速。

“綠色涂料”中水溶性丙烯酸涂料因?yàn)榫哂猩珳\，保色，保光，耐侯，耐腐蝕和耐污染等有優(yōu)點(diǎn)而備受市場(chǎng)青睞，但普通的丙烯酸涂料中常含有較多的親水性物質(zhì)而耐水性和強(qiáng)度較差，嚴(yán)重影響被保護(hù)工件的漆膜性能和使用壽命[3]。本文主要針對(duì)這些問題進(jìn)行研究，采用有機(jī)硅改性的水性丙烯酸涂料，很好的解決了鋁型材附著力和耐腐蝕方面的問題。

1.1 主要原材料

A. 有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂，B. 環(huán)氧改性丙烯酸樹脂，C. 水性丙烯酸樹脂 (佛山市赫睦斯樹脂有限公司)；氨基樹脂CYMEL303 （美國 湛新）；鈦白粉R-902（杜邦），消泡劑，流平劑，潤濕劑，分散劑等。

1.2 涂料的配方及工藝

表一  有機(jī)硅改性水性丙烯酸樹脂涂料配方

注：基礎(chǔ)配方中所有樹脂是以有機(jī)硅改性水性丙烯酸樹脂（A）為例，其他兩種樹脂B、C配漆與基礎(chǔ)配方相同。

生產(chǎn)工藝：將上述原料稱量后混合分散，研磨2-4h，細(xì)度小于10?m時(shí)出料即可。

1.3性能檢測(cè)

1.3.1  樹脂性能測(cè)試

樹脂的表觀粘度：采用NDJ-5s數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)試儀測(cè)試。樹脂的固體含量百分?jǐn)?shù)：采用康恒儀器有限公司生產(chǎn)的電熱恒溫干燥箱測(cè)試。

1.3.2  漆膜性能測(cè)試

    漆膜的光澤采用廣州標(biāo)格達(dá)有限公司生產(chǎn)的Glossmeter 60o測(cè)試；漆膜沖擊性能按GB／T 1732—1993的方法，采用BGD302漆膜沖擊器測(cè)試；漆膜厚度按原GB 1764一1979方法，采用QUANIX 4500型干膜測(cè)厚儀測(cè)定。漆膜硬度按GB／T 6739---2006方法，耐腐蝕性能按GBT1771--2007方法，分別采用鉛筆和恒宇儀器有限公司HY一952A系列鹽水噴霧實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定。漆膜附著力(劃格試驗(yàn))按GB／T9286----1998方法測(cè)定，結(jié)果用0～5級(jí)表示，O級(jí)最好，5級(jí)最差。測(cè)試濕附著的方法是用HWS12型電熱恒溫水浴鍋，溫度設(shè)定為100℃煮測(cè)試板，再用劃格法進(jìn)行測(cè)試。

二  結(jié)果討論

2.1   不同類型樹脂對(duì)漆膜性能的影響

表三 用不同方法改性后樹脂性能的對(duì)比

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，經(jīng)過有機(jī)硅改性后的丙烯酸樹脂漆在附著力、硬度、光澤和耐腐蝕性等方面性能突出，優(yōu)于未經(jīng)改性和環(huán)氧改性的涂料。

2.2.1  對(duì)漆膜硬度的影響測(cè)試

表三  固化劑/樹脂配比對(duì)漆膜硬度的影響

由以上表格的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在有機(jī)硅改性的丙烯酸涂料配方中，固化劑的添加量越大，漆膜的鉛筆硬度越大。

表四 固化劑/樹脂配比對(duì)漆膜耐水煮性能的影響

注：板材在100℃的水中煮后附著力仍能達(dá)到0級(jí)的最長時(shí)間

由以上表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在有機(jī)硅改性的丙烯酸涂料配方中，固化劑的添加量越大，漆膜耐水煮的時(shí)間越長，然而，漆膜的硬度過大會(huì)極大的影響漆膜的柔韌性，不利于鋁材的后期彎折加工，使彎折處爆漆脫離，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，固化劑與樹脂的質(zhì)量比優(yōu)選1:3為宜。

2.2.2 氨基固化劑的作用機(jī)理

固化劑是一類能增進(jìn)或控制固化反應(yīng)的物質(zhì)，又名硬化劑、熟化劑或變定劑。樹脂固化是經(jīng)過縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學(xué)反應(yīng)，使熱固性樹脂發(fā)生不可逆的變化過程，固化劑對(duì)涂料而言是必不可少的添加劑，否則樹脂不能固化，進(jìn)而對(duì)固化物的力學(xué)性能、耐熱性、耐水性和耐腐蝕性等都會(huì)產(chǎn)生很大影響[4]。

本文采用的固化劑是六甲醇醚化三聚氰胺甲醛樹脂，該固化劑在反應(yīng)溫度和酸性催化劑作用下，它的甲氧基（-OCH3）與丙烯酸樹脂中的羥基（-OH）發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理如下圖所示

圖一 丙烯酸樹脂與氨基固化劑交聯(lián)反應(yīng)機(jī)理示意圖

2.3  有機(jī)硅改性劑用量對(duì)漆膜附著力的影響

   表三  對(duì)附著力的影響測(cè)試

注：干附著力是指未經(jīng)水煮時(shí)測(cè)的附著力，濕附著力是噴有改性漆膜的板材在100℃的水中分別煮1h、2h、3h和4h后測(cè)的漆膜附著力 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，經(jīng)過有機(jī)硅改性的涂料漆膜的附著力明顯好于未改性涂料漆膜，在一定范圍內(nèi)，漆膜的附著力隨有機(jī)硅改性劑添加量的增加而提高，從性能和成本考量，優(yōu)選3%的硅烷改性劑。

注：無-沒有腐蝕起泡；輕微-漆膜有輕微起泡；較嚴(yán)重-漆膜有較嚴(yán)重起泡；嚴(yán)重-漆膜有嚴(yán)重起泡

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，經(jīng)過有機(jī)硅改性的涂料漆膜的耐腐蝕性明顯好于未改性涂料漆膜；有機(jī)硅改性劑添加量越多漆膜的耐腐蝕能力越強(qiáng)。

本實(shí)驗(yàn)所用的硅烷改性劑為一種有機(jī)硅附著力促進(jìn)劑，此類促進(jìn)劑的通式RnSiX(4-n)，其中，R是烷基、芳基、有機(jī)功能基等有機(jī)基團(tuán)或這些基團(tuán)的任意組合。R提供該大分子與其他有機(jī)分子的相容的能力，進(jìn)而讓硅烷與涂料的成膜聚合物形成IPN(互穿網(wǎng)絡(luò)聚合)，或R中的功能基和涂料成膜聚合物產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)。

x代表可水解的烷氧基部分，如甲氧基或乙氧基。此類烷氧基易被空氣中的水分或任何底材表面的水分所水解，生成硅醇，進(jìn)一步和不同形式的羥基反應(yīng)并釋放甲醇或乙醇。這些烷基或硅醇基可以和無機(jī)底材表面、顏料或填料表面以共價(jià)鍵或氫鍵連接，改進(jìn)涂層附著力[5]。

圖二  硅烷偶聯(lián)劑與板材鍵結(jié)示意圖

三 結(jié)語

鋁型材表面易氧化形成一層致密的氧化膜，所以一般涂料很難透過氧化膜使涂料牢固的附著在基材上，造成漆膜附著缺欠。本文研發(fā)一種有機(jī)硅改性的丙烯酸涂料能很好解決上述問題，使涂料對(duì)鋁型材的附著力達(dá)到0級(jí)，漆膜耐鹽霧腐蝕時(shí)間高達(dá)4000h以上，耐沸水煮時(shí)間長達(dá)4h，極大提高了涂料對(duì)高檔鋁型材的保護(hù)及裝飾功能，具有巨大的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。使用硅烷附著力促進(jìn)劑改性后的丙烯酸涂料，不僅保留了水性丙烯酸涂料漆膜豐滿平滑，高光澤，耐磨，施工簡(jiǎn)單，低污染等一般優(yōu)點(diǎn)，而且還具有良好的附著力，為水性丙烯酸涂料的廣泛應(yīng)用提供更有利的條件。