仿铜漆的配方设计和施工工艺探讨

崔岳崧沈球旺周荣华李志保刘海锋（深圳市天健涂料科技开发有限公司 518122）

0 前言
目前，装饰漆在涂料中所占的比例越来越大，有着优良性能、美观外表的家俬用品受到越来越多消费者的喜爱。仿铜漆是装饰漆的一种，因其能在被涂物表面形成古典大方的仿铜效果而得名，其应用范围广泛，可用于防盗门、阳台护栏、花篮和桌椅家具等的表面涂装。本文尝试用1/2 s 硝酸纤维素溶液、合成脂肪酸醇酸树脂、热固性丙烯酸树脂和铜粉等制备仿铜漆，探讨了仿铜漆各层油漆的施工工艺和配方设计，并对树脂、铜粉、填料和有机溶剂等影响仿铜漆性能和仿铜效果的几个主要因素进行讨论，所得仿铜漆综合性能好，施工方便，仿铜效果良好，装饰性强。

1 试验部分
1.1 原料与仪器设备
原料：合成脂肪酸醇酸树脂，固含量（70±2）%、E-20 环氧树脂，固含量（75±2）%、热固性丙烯酸树脂，固含量（70±2）%、丁醚化苯代三聚氰胺甲醛树脂，固含量（60±2）%、异丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂，固含量（60±2）%、炭黑、锐钛型钛白粉、有机膨润土、各色铜粉、滑石粉、消光粉、二甲苯、乙二醇乙醚醋酸酯、S-100 高沸点溶剂、工业乙醇、自来水、分散剂1、丙烯酸类流平剂、分散剂2、附着力促进剂、1/2 s 硝酸纤维素溶液，固含量30％、酮醛树脂溶液，固含量60％、制漆水、稀释剂A、稀释剂B。
仪器设备：SK-2 立式砂磨机、303A-2 电热鼓风干燥箱、涂-4 # 杯、刮板细度计、QUV 老化仪。
1.2 色浆的制备和有机膨润土的活化
1.2.1 色浆的制备
试验中所用的色浆为炭黑色浆和钛白色浆，其制备参考配方见表1。

生产工艺：先用溶剂溶解分散剂，待均匀后加入色粉高速分散，再加入树脂搅拌均匀，静置24 h 后用砂磨机研磨至细度≤ 25 μm。
1.2.2 有机膨润土的活化
有机膨润土起防沉作用，将其预先活化（制成10％含量）后再用于制漆，这样较易分散，防沉效果也很好。有机膨润土活化参考配方见表2。

生产工艺：先把有机膨润土加入二甲苯中，高速分散约30 min，再在搅拌过程中缓慢滴加工业乙醇和自来水的混合物，滴加完毕后继续分散至细度≤ 20 μm。

1.3 仿铜漆的制备
仿铜漆共有5 层，由底到面分别为：灰底漆、铜粉漆、头道清漆、黑面漆和二道清漆，其中头道清漆和二道清漆用的是同一个配方。
灰底漆制备参考配方见表3。

生产工艺：按配方量加入硝酸纤维素、树脂、助剂及大部分的色浆并搅拌均匀，再用剩余色浆调配至颜色合格，最后用制漆水调配粘度至80~100 s［涂-4#杯，（25±1）℃］。
铜粉漆制备参考配方见表4。

生产工艺：按配方量加入硝酸纤维素和树脂并搅拌均匀，用制漆水调配粘度至80~100 s，制成光油包装。在施工现场根据生产情况将光油与铜粉以不同比例混合搅拌均匀即可。
清漆制备参考配方见表5。

生产工艺：按配方量加入树脂和流平剂并搅拌均匀，再在搅拌过程中加入消光粉，加完后高速分散至细度≤ 20 μm，最后用稀释剂B 调整粘度至80~100 s。
黑面漆制备参考配方见表6。

生产工艺：按配方量加入硝酸纤维素、酮醛树脂、流平剂、炭黑色浆和有机膨润土并搅拌均匀，再加入滑石粉高速分散至细度约30 μm 即可。

1.4 仿铜漆性能测试结果
将以上制备的仿铜漆按施工工艺喷涂施工，本实验用底材为防锈磷化钢板，烘烤后取出静置冷却，测试涂层的综合性能，结果见表7。

2 仿铜漆施工工艺探讨
仿铜漆用空气喷枪喷涂施工后能在底材上形成古典的古铜色效果，性能除与配方设计有关外，也与各层油漆的施工工艺紧密相关，以下分别讨论之。
2.1 灰底漆施工工艺
灰底漆用稀释剂A 稀释，喷涂粘度为15~17 s，喷涂厚度为20~25 μm（干膜，以下同），喷涂后流平，一般5 min 即可表干，然后湿碰湿喷涂铜粉漆。
2.2 铜粉漆施工工艺
铜粉漆用稀释剂A 稀释，喷涂粘度为15~17 s，喷涂厚度为15~20 μm，喷涂后流平，5 min 表干后湿碰湿喷涂清漆。
2.3 头道清漆施工工艺
头道清漆用稀释剂B 稀释，喷涂粘度为17~21 s，要求薄喷，厚度为10~13 μm，流平约10 min 后放入烘箱烘烤（140℃ ×20 min），取出静置冷却后喷涂黑面漆。喷头道清漆的目的是为了在喷完黑面漆之后打磨时不易损伤到铜粉漆层、露出灰底，从而影响到综合涂层的仿铜效果。
2.4 黑面漆施工工艺
黑面漆用稀释剂A 稀释，喷涂粘度为13~15 s，薄喷，厚度为7~10 μm，喷涂后很快表干，10 min 后再用百洁布打磨。该打磨方法很关键，直接影响到综合涂层的仿铜效果。经在施工现场多次试验，较好的打磨方法是：先在黑面漆上洒自来水湿润其表面，再把百洁布也用自来水浸湿后，将其平整放置于黑面漆上，五指用力压在上面将其从底材一边拉到另一边，用力要均匀，视效果不同可多拉几次。由于手指按压的地方力度较大，其余地方力度较小，便可形成深浅不一、变化多样的仿铜效果。仿铜效果满意后，可把底材放入烘箱在40~50℃下烘烤5~10 min 以去除漆膜上残留的自来水，也可在常温下让它自然挥发，确认自来水已除净后即可喷涂二道清漆。
2.5 二道清漆施工工艺
和头道清漆相似，二道清漆也用稀释剂B 稀释，喷涂粘度为17~21 s，厚度为25~30 μm，流平约10 min后放入烘箱烘烤（140℃ ×20 min）。

3 结果与讨论
仿铜漆各漆层的配方设计对综合涂层的仿铜效果、物理机械性能有决定性影响，以下分别讨论之。
3.1 灰底漆的配方设计
灰底漆主要有以下几点要求：（1）有较好的防锈性，能进一步保护底材；（2）和底材及其上的铜粉漆有良好的附着力；（3）快干，以便喷涂铜粉漆。选用合成脂肪酸醇酸树脂（含在钛白色浆中）和快干的1/2 s 硝酸纤维素作为主要成膜物，同时加入E-20 环氧树脂起增塑作用，加入丁醚化苯代三聚氰胺甲醛树脂作为交联剂。考虑到防锈的要求，在研磨钛白色浆时加入防锈性能优良、无毒环保的防锈颜料——三聚磷酸铝，以提高灰底漆的防锈性；在配方中加入附着力促进剂以提高灰底漆与底材的附着力，采用丙烯酸类流平剂不致影响到灰底漆与其上喷涂的铜粉漆的层间附着力。
3.2 铜粉漆的配方设计
铜粉漆由光油和铜粉两个组分配制而成，主要有两点要求：（1）快干，以利于铜粉的排列，这由光油来体现；（2）铜粉的闪光效果要强，这样综合涂层的仿铜效果较好。光油与灰底漆有点相似，除不加助剂和色浆外，氨基树脂改用异丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂，以提高漆膜的干燥速度和硬度。铜粉的粒径和用量对综合涂层的仿铜效果有显著影响：一般认为，铜粉粒径在40~80 μm 内仿铜效果都是不错的，粒径过小（40 μm以下），铜粉闪光效果差，影响仿铜效果；粒径过大（80 μm 以上），铜粉排列不好，还会露底，也影响仿铜效果。笔者经多次试验，铜粉粒径在60 μm 左右为宜。铜粉与光油比例在20~65∶100 时仿铜效果较好。铜粉用量过少（与光油比例低于20∶100），遮盖力差，闪光效果不强，从而影响仿铜效果；铜粉用量过多（与光油比例高于65∶100），漆膜间层间附着力变差，同时会出现大面积起泡现象。
3.3 清漆的配方设计
仿铜漆中清漆有2 道，一道是中间层，一道是最上层，主要有以下要求：（1）有良好的丰满度，60° 光泽要控制在（40±5）%，经验表明：这样综合涂层的仿铜效果较好；（2）有较高的硬度，这样在打磨黑面漆时不会破坏铜粉漆层、露出灰底而影响综合涂层的仿铜效果；（3）有较好的耐水性、耐化学品性和耐候性等。选用丰满度、硬度、保光保色性等性能优越的热固性丙烯酸树脂和异丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂制备清漆，加入适量消光粉以控制光泽。
3.4 黑面漆的配方设计
黑面漆属于打磨层，并且是表干后打磨，要透到铜粉漆层，这就要求黑面漆表干快、打磨性好。选用快干的1/2 s 硝酸纤维素与合成脂肪酸醇酸树脂（含在炭黑色浆中）作为主要成膜物，并加入酮醛树脂作为增塑剂，考虑到打磨性的要求，需要加入填料。填料的种类很多，常用的有碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅、滑石粉和高岭土等，其中滑石粉热稳定性好，不溶于水、有机溶剂、冷酸和碱等，容易分散，打磨性好，在涂料中不易下沉，即使下沉也非常容易搅起，因此在该黑面漆配方中填料选用滑石粉。滑石粉的用量和分散细度都对综合涂层的仿铜效果有显著影响：滑石粉用量过多（65％以上），虽然漆膜打磨更容易，但是油漆分散困难，影响漆膜层间附着力，油漆稀释之后容易沉淀，不利于施工；用量过少（50％以下），漆膜打磨较困难，仿铜效果出不来。经多次试验，滑石粉用量以50%~65％为宜，滑石粉分散细度以25~35 μm为宜。
3.5 有机溶剂的影响
仿铜漆中灰底漆、铜粉漆、黑面漆都是硝基漆，制漆时加制漆水，用稀释剂A 稀释，清漆则是普通的丙烯酸氨基烘漆，制漆和稀释都采用稀释剂B。对硝基漆来说，它靠溶剂的挥发来干燥成膜，选用合适的溶剂对其外观和质量有极大的影响。酯类、酮类、醚醇类、酮醇类溶剂为常用的硝基漆溶剂，称为真溶剂。在硝基漆溶剂中，还常加有醇类作为助溶剂或潜溶剂。醇类单独溶解硝酸纤维素较困难，但它们具有潜在的溶解能力，在与酯、酮等真溶剂于一定比例范围内混合时，它们能有同样甚至更大的溶解力。在硝基漆中，除溶剂之外还常适当地掺用一些非溶剂，如甲苯、石油溶剂等以降低成本。为了保证硝基漆的贮存性能，制漆时所用混合溶剂的量要高于施工稀释时用的混合溶剂。对于丙烯酸氨基烘漆来说，只要保证足够的溶解力和合适的挥发速率即可，可适当多加些醇类溶剂以利于贮存稳定性。用于仿铜漆的混合溶剂之参考配方见表8。

4 结语
用1/2 s 硝酸纤维素溶液、合成脂肪酸醇酸树脂、热固性丙烯酸树脂和铜粉制备仿铜漆，通过试验调整各层油漆的配方和施工工艺，选择合适的树脂、铜粉、填料和有机溶剂等，得到机械性能好、防锈性好、耐化学品性好、耐候性好、施工方便和仿铜效果良好的仿铜漆，古典大方，装饰性强，应用广泛。