手感弹性漆水性化的技术研究

摘  要:手感弹性漆又名手感漆、弹性漆、橡胶漆、橡皮漆,广泛应用于3C电子产品、小家电、汽车内饰件、文具、化妆品以及生活用品等领域。随着国家对环保要求越来越高,水性手感弹性漆是市场急需的一款新型技术,本文采用水性弹性丙烯酸聚氨酯乳液为主体,利用乙烯-醋酸乙烯酯调整涂膜的手感与弹性、改性聚甲基丙烯酸甲酯改善涂层的耐RCA、耐冷热循环和耐盐雾性,设计得到的水性弹性手感漆具有优异的手感、弹性、耐磨性、耐酒精、耐盐雾及耐人工老化。


弹性漆又名手感漆、橡胶漆、橡皮漆,广泛应用于3C电子产品(如:U盘、鼠标、手机壳、照相机等)、小家电(例如:电吹风、咖啡壶、夹发器等)、汽车内饰件(例如:门把手、装饰件等)、文具(例如:笔、文具盒等)、化妆品(如:化妆盒、眉笔等)以及生活用品(例如:衣架、茶杯、眼镜盒、伞柄等)等领域。能增强与人接触的手感与舒适度,对漆膜的环保、磨损、手感、耐化学性以及使用年限有着较高的要求。

随着国家对环保要求越来越严格,国家先后出台了新《环保法》,“消费税”、“排污税”,以及相应城市出台为了治理PM2.5禁止油性油漆的生产和使用的制度,促使传统油漆都在往水性化方向发展,针对弹性漆市场,油性弹性漆存在着长效性差的问题,在《PCI中文版》2015年11月刊上曾介绍了一款长效化手感弹性漆的专技术,从而解决了油性弹性漆使用年限问题。那如何使得弹性漆水性化,目市很多厂家也在从事这类技术的研发,但都还没有完全市场化,笔者认为,水性手感弹性漆的研发必须从以下几个方面重点考虑:

1、如何实现水性化;

2、如何确保手感的柔和性、滑爽性;

3、如何提升涂层的耐磨损性、耐化学性、耐人工老化性;

4、如何解决同时在塑胶底材和金属底材上的附着力

笔者在此介绍一款水性手感弹性漆的制作方法以及应用情况,该技术采用了水性弹性丙烯酸聚氨酯乳液为主体,乙烯-醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯改性涂层的耐RCA磨擦和耐盐雾性,设计得到的水性手感弹性漆具有优异的手感、弹性、耐磨性、耐酒精、耐盐雾以及耐人工老化,拥有国家专利技术保护。

实验部分

水性手感弹性漆的制备

水性低羟、低软化点丙烯酸虽然具一定的弹性,但是手感、干性很难兼顾,而乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液具有良好的手感与弹性强度(抗划伤性),聚甲基丙烯酸甲酯虽然手感差,但抗张强度高。本项目利用结构完全不同的三种材料复合作为成膜基料,利用亲水型异氰酸酯交联剂与羟基组分反应形成双组分交联体系,其反应原理与油性体系的羟基丙烯酸聚氨酯树脂和HDI型异氰酸酯固化剂完全一致。结合纳米SiO2、弹性粉、消光粉、手感剂、蜡粉等,不仅确保涂层的手感、抗刮伤性能等,亦提升了漆膜的耐RCA纸带摩擦性、耐盐雾性、耐冷热循环性。


• 原料

水性弹性丙烯酸聚氨酯乳液:市售(一款含有具有高分子量的聚酯链段,使得较高的柔性链段构成的PUR发生微相分离,从而使得具有较优异的柔韧性,加之该树脂含端-NH2聚醚作为其中一个组分,与亲水型异氰酸酯构成快速固化的聚脲涂层部分,使得其具有优异的弹性和耐候性能)、乙烯-醋酸乙烯酯:ethylene-vinyl acetate,EVA,Elvax 40W(杜邦公司)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA 济南荣峰化工)、消光粉:OK520(德国赢创)、弹性粉:5070D(日本大日精化)、水性手感助剂:XR-301(西润化工)、蜡粉:聚四氟乙烯蜡粉SST-3(美国三叶)、色浆:水性无树脂型纳米黑色浆(佛山三升化工)、分散剂:PX4585(巴斯夫)、消泡剂:NXZ(科宁化学)、流平剂:57(海名斯化学)、中和剂:DMAE(海斯化学)、水合硅酸镁:AD(海逸化学)、助溶剂:乙二醇单丁醚(美国陶氏)、HDI亲水型异氰酸酯:2655(德国科思创)、去离子水。


• 水性手感弹性漆配方

实验设计的水性手感弹性漆配方如表1所示。

弹性漆配方

将水性弹性聚氨酯乳液、助溶剂(配方4~7中还加入聚甲基丙烯酸甲酯和/或乙烯-醋酸乙烯酯)混合均匀,在500转/分搅拌10分钟;用一半的去离子水将水性分散剂、水性消泡剂、水性流平剂稀释后加入生产缸中,采用500转/分搅拌5分钟;边采用500转/分边搅拌边加入纳米色浆、弹性粉、消光粉、水性手感助剂、水合硅酸镁,采用1200转/分分散40分钟;采用剩下的去离子水调整油漆粘度至18~24S(T-4杯),加入中和剂,pH值控制在8~9之间。

制板:水性手感弹性漆与HDI亲水型异氰酸酯固化剂按照10:1进行调漆,采用去离子蒸馏水进行喷涂粘度的调整,将喷涂粘度调整为13~15S(NK-2杯),采用70~80℃×30~40min。分别喷涂于ABS、PC、PS及马口铁片上,耐乙醇和RCA测试干板漆膜厚度控制在20~40µm。漆膜物理性能将干板放置于室温条件下保养48小时,型式检测项目将干板放置于室温条件下保养7天后检测。漆膜光泽按照GB1743-1989进行检测;漆膜附力按照GB/T9286-1998行检测;漆膜硬度按照GB/T6739-2006进行检测;漆膜耐酒精按照SS-00208进行检测(99.7%无水乙醇,1KG力,来回为一次);漆膜耐磨擦性按照SS-00208进行检测(采用512砂橡皮,1.5KG力,来回为一次);漆膜耐RCA纸带磨擦按照ASTM F2357-04进行检测;漆膜冷热循环按照MOTOROLA.INCG.7项进行检测(将干板放置于-20℃-+60℃条件下,其湿度为90%,2小时为一个循环);漆膜耐人工老化性能按照GB/T1865-1997中QUVA人工老化进行检测。

结果与讨论

笔者通过多次海选测试,最终选择出一款具有弹性的丙烯酸聚氨酯树脂乳液,与HDI亲水型异氰酸酯固化剂进行拼合,结合弹性粉、手感助剂、蜡粉、消光粉,使得漆膜在不同底材上均具有优异的附着力、爽滑手感;

漆膜的基本性能

从配方1-2可看出,当弹性丙烯酸聚氨酯乳液的量低于35%时,漆膜的耐冷热循环性明显要差很多,故后面的试验将弹性聚氨酯乳液的量提升到35-40%进行测试;

从配方4-5可以看出,分别加入聚甲基丙烯酸甲酯与乙烯-醋酸乙烯酯对弹性漆膜的耐RCA纸带摩擦性、耐冷热循环以及耐盐雾均有着明显帮助;

从配方6可以看出,同时添加未经过改性的聚甲基丙烯酸甲酯与乙烯-醋酸乙烯酯,耐RCA纸带摩擦明显变差,由正常的200次以上降低至30次,但耐盐雾性能有所提升;

从配方7可能看出,通过溶液制备法对纳米SiO2改性的聚甲基丙烯酸甲酯,同时拼合乙烯-醋酸乙烯酯制作出来的漆膜,具有优异的耐RCA摩擦性,并且耐盐雾性与耐冷热循环性均明显提升;

在配方设计时均采用了纳米级无树脂色浆,更改了以往油性弹性漆采用“底色漆+无色哑光弹性漆”的双层工艺,减少了涂装成本;

本款水性有色手感弹性漆通过测试后,可以广泛应用于3C电子产品、小家电、汽车内饰件、文具、化妆品以及生活用品等领域。

结语

笔者主要介绍了一款利用水性弹性聚氨酯乳液与HDI亲水型异氰酸酯固化剂为主体原料,采用纳米SiO2改性的聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯酯进行改性,使得制作出来的水性手感弹性漆在不同底材上均有着非常优异的附着力、手感、耐RCA纸带摩擦、耐磨擦性、耐盐雾性以及耐人工老化性能,此技术已于2014年10月11日向国家专利局申请专利保护,于2016年5月授权(专利号为:CN 104231901 A),获得了中国专利保护,正在大力推向市场。

转载自PCI杂志。

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