水性衣架浸涂漆的研制

0 引言
近年来，随着环保法规的强化，溶剂型涂料受到限制，高固体分涂料、水性涂料等环境友好型涂料已成为涂料发展的方向和研究热点，其中以水作溶剂的水性涂料更符合时代要求，其低VOC排放的特点使该类产品发展迅速。我国是纺织品服装出口大国，随着市场需求，很多出口衣服都要求配备一次性衣架。如表面得不到有效处理，一次性衣架(铁丝制)易生锈，此前很多厂家都使用溶剂型料涂装衣架，但是随着各国环保法规的出台，出口服装配备的衣架的环保性已成为欧美国家阻碍中国服装贸易的一道门槛。本文研制的水性衣架浸涂漆不仅具备了溶剂型涂料的诸多优点，如硬度、附着力、耐磨性等，而且该涂料气味小、环保、不燃、贮存运输成本大大降低、使用更安全。经过3 a多的使用，该浸涂漆完全能满足客户各项性能的要求。本文重点讨论水性衣架浸涂漆配方树脂及助剂的选择对性能及表观的影响，及涂装工艺中存在的难点及处理方式。

1 实验部分
1.1 原料
水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、氨基树脂、助剂、pH调节剂、闪锈剂、醇醚类助溶剂等。
1.2 生产工艺
生产工艺流程见图1。

表1 水性浸漆配方

根据表1，加入水性树脂用DMAE中和剂中和至pH值为8左右，然后加入部分助溶剂和去离子水等，混合均匀，再将水性氨基树脂、剩余的助溶剂、离子水和其余的助剂等加入，分散至细度≤15 μm，检验合格，调整黏度，过滤包装。

1.3 实验方案设计
按照涂料配比经验和前期工作探索，结合该产品实际性能指标要求，进行正交实验设定：设定主体树脂配比、有机胺中和剂、闪锈剂，润湿剂等4个因素为重点考察因素，各因素所在的水平见表2。L9(34)正交试验方案实施及结果分析见表3。

注：k 1＝ΣA1，ΣB1，ΣC1，ΣD1；k 2＝ΣA2，ΣB2，ΣC2，ΣD1；k 3＝ΣA3，ΣB3，ΣC3，ΣD4；R＝A(k 大－K 小)，B(k 大－K 小)，C(k大－k 小)，D(k 大－k 小)。
施工性：将检测样品按照规定兑稀量进行稀释后，浸涂衣架，表面无明显流挂、留坠、漆膜光滑均匀，即可以判断“浸涂无障碍”。
耐盐水：耐盐水性(3% NaCl，48 h)不起泡。
1.4 水性浸漆性能指标
研制的水性浸涂漆的性能指标见表4。

2 结果与讨论
2.1 水性树脂、氨基树脂的选择
水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂三者都可以与水性氨基树脂制成烤漆，各有特点。本实验之所以选择丙烯酸树脂和聚酯树脂主要是因为一次性铁丝衣架对机械强度要求较高，漆膜柔韧性要好，而市售的水性醇酸色泽深不适合客户要求，而色泽浅的价格相对较高，增加成本。水性氨基树脂为甲醚化氨基树脂，它具有良好的水溶性，常用的有3 种类型，其性能见表5。

在水性氨基烤漆中常用的是聚合型部分甲醚化三聚氰胺树脂和聚合型高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂。本实验选择全甲醚化氨基树脂，主要是考虑该氨基交联密度大、柔韧性好，客户方施工环境180 ℃烘道，适合作业。通过表3正交试验可以看出，选用树脂与氨基树脂配比为3.5∶1时，涂膜的物理性能较好，A3物理性能较差，分析认为是交联不充分。通过上面实验也可以看出树脂配比不仅影响漆膜物理性能，也直接影响漆膜耐盐水性。如配比得当，交联密度充分，漆膜致密，则耐盐水性好。因此对树脂样品A1、A2重点试验比较，对比样板发现A1丙烯酸氨基烤漆整体漆膜丰满度不如A2聚酯氨基烤漆。
2.2 不同类型的胺中和剂对涂膜性能的影响
用有机胺来中和水性聚酯树脂上的羧基成盐，从而使该树脂获得水溶性。有机胺具有挥发性，在涂料加热成膜时，因有机胺挥发而释放出—COOH，与涂料中的氨基树脂反应，形成性能优良的交联涂膜。胺的选用影响涂料的黏度、贮存稳定性，以及涂膜固化及其性能等。AMP-95沸点高、挥发慢，影响反应速度；三乙胺碱性强，反应向成盐方向进行，其用量少、沸点低，但其一到达表面后就马上挥发成膜，虽然涂膜表面干燥，但内部还没有干透，容易引起表面缺陷。而二甲基乙醇胺挥发刚好介于上述两者之间，因此本实验认为二甲基乙醇胺作为中和剂是理想之选。
2.3 闪锈剂添加量考察
早期做过实验，如不加闪锈剂(空白实验)，在晾干过程很容易出现锈斑，这种锈斑即使包覆在漆膜之下危害性也极大，数周后有的锈斑就能破坏漆膜。市售的水溶盐闪锈剂在抑制闪锈生成的同时，加量大也会影响漆膜的耐水性，具有两面性。本实验选用的是一种有机螯合物，它能防止水性涂料“闪锈”的形成，而在干燥过程中绝大部分会转变成不溶于水的络合物，该络合物能有效提高涂料干
膜的防锈性能和耐盐雾性能。通过表3正交试验可以看出，C1加量0.3%对抑锈有作用但不是最理想量；C2加量到0.5%，即使干膜受到人为破坏，衣架也不会短期锈蚀；C3加量到1%跟C2加量到0.5%变化不大，没有达到理想状态，即最大化抑锈作用，所以确定C2加量是最佳量。
2.4 润湿剂的选择对浸涂施工的影响
体系D1中不加润湿剂(空白试验)的衣架在浸涂施工过程中时常会出现“走油”现象，其原因首先是由于铁丝在加工成型过程中机械设备上的油污滴落在其表面并且未能被及时发现处理，其次是夏季工人汗手触摸过的衣架表面留下的油脂影响走油。这些油污导致了表面张力不均，可通过润湿剂的添加降低涂料体系表面张力，使涂料表面张力尽可能地比工件小，这样浸涂后涂料就可以较好地展布在铁丝表面，克服“走油”现象。通过实验得出D3有机氟润湿剂降低表面张力效果最显著，对漆膜附着力有帮助，同时还解决衣架浸涂晾干过程中衣架下边沿漆膜“疙瘩”现象。另外，助溶剂的选择也是实验配方设计的一个项目，助溶剂对水性衣架浸漆涂膜性能影响不大，但是对施工性能影响极大，对涂膜烘烤过程的表观影响也很大，主要表现在对涂料的施工固含量和涂料流挂性的影响。由于水性聚酯树脂经过胺中和后具有一定的水溶性，但这种水溶性有限，主要表现在水稀释时黏度下降不明显。如果没有助溶剂帮助降黏，会导致施工固含量过低，涂膜厚度不够，同时水峰明显，很容易流挂。另外由于水的沸点较低，如果没有高沸点助溶剂，涂膜在150 ℃的高温下很容易爆泡。所以为了提高树脂的水溶性，控制固含量，调节黏度和涂膜的流平性，必须加入少量亲水性助溶剂，如低级的醇和醇醚类溶剂。本次试验选择丙二醇甲醚类和异丙醇为助溶剂。