高铝粉定向水性浸水烤漆是在制备过程中使用铝粉代替无机颜料和填料，铝粉能够在涂装后的漆膜中定向排列，使入射光线有规律的反射回去，这样在不同角度观察时会有很大的明暗变化，造成跃变效果^[1]，从而展现出高装饰效果的一类涂料。铝粉的定向排列水平是影响漆膜外观质感和金属漆效果的重要因素^[2]，为了使涂层拥有金属装饰效果，往往在制漆过程中加入有机定向剂或无机定向剂，如比克公司的BYK8421和BYK-RD、纤维素改性产品、无机膨润土等，在贮存过程中可防止颜料沉淀和成膜过程中赋予铝粉定向，但这类定向剂往往以助剂的形式参与成膜，对提升漆膜的强度没有帮助，而且严重影漆膜的各项耐性^[3-4]。因此从产品的性能，施工性，成本以及环保要求等角度入手，本研究采用具有触变效果的羟基丙烯酸乳胶与水性二级分散体搭配，不添加定向剂，利用羟基丙烯酸乳胶的触变效果和分子量高的特点，结合水性羟基二级分散体的高装饰性来制备高铝粉定向的水性金属烤漆，并考察了两者搭配的触变效果、施工性能和漆膜层间配套的性能。

1. 试验部分

1.1主要原料及仪器

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸羟乙酯（HEA）、甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MAA）、氨水、过硫酸钾（KPS）、N-N二甲基乙醇胺（DMEA）：化学纯，国药集团化学试剂有限公司；甲基丙烯酸异丙片酯（IBOMA）：工业级，武汉赛迪新材料有限公司；叔碳酸缩水甘油酯（EIOP）：工业级，瀚森；烯丙基氧基壬基酚聚氧乙烯（10）醚（ANPEO10）、烯丙基氧基壬基酚聚氧乙烯（10）醚硫酸铵（DNS-86）:工业级，广州双键贸易有限公司；乙二醇丁醚（BCS）、二丙二醇丁醚（DPNB）、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚：工业级，润泰化学；异丙醇、100#溶剂油：工业级，吉化公司二叔戊基过氧化物（DTAP）:工业级，阿克苏（天津）过氧化物有限公司；氨基树脂（CYMEL325）：工业级，湛新公司；润湿剂（Dyno1607）:工业级，赢创工业集团；BYK8421，BYK-RD:工业级，比克化学；铝粉：工业级，广州创嵘化工科技有限公司；水溶性聚酯罩光清漆：实验室自制。

SWFS高速分散机：上海众时机械有限公司；NDJ-1型旋转粘度计：常州德普纺织科技有限公司；DHG-9070电热鼓风干燥箱；上海一恒科学仪器有限公司；QFH-HG600百格刀漆膜划格器；珠海天创仪器有限公司；QHQ-A便携式铅笔硬度计：深圳市森宇仪器设备有限公司；BGD-560柔韧性测定仪：表格达精密仪器（广州）有限公司。

1.2自制触变羟基丙烯酸乳胶

参照文献[5]制备触变性乳胶WPAO，所得触变乳胶的羟基含量为1%，固体含量23%。

1.3自制羟基二级分散体

参照文献[6]分别制备羟基含量是1%、2%、3%的水性二级分散体，固体含量均为45%，分别编号WPA1、WPA2、WPA3。

1.4水性金属烤漆的制备

表1为水性金属烤漆配方。

表1 水性金属烤漆配方

Table 1 Formula of waterborne metal baking paint

按照配方量在分散罐内现将成膜助剂、异丙醇、润湿剂和水，600r/min的转速分散5min，再加入铝粉低速分散至均匀后得到铝银浆。

在搅拌乳液的同时加入中和剂DMEA，将pH调至8~9，然后依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、氨基树脂，再加入铝银浆分散均匀后得到水性金属烤漆。

因触变乳胶和二级分散体的固含相差较大，固体含量对黏度影响也较大，试验配方中固定配漆的固体含量为30%，混拼后树脂与氨基树脂的质量比列为4：1。

1.5水性涂料的施工

将打磨过的马口铁用酒精擦拭干净，在原漆内加入适量的去离子水调节黏度至55~60ku，在温度22~25℃下，喷距约30cm，常规喷涂，金属漆厚度约15um，流平10min，在60℃下预烘烤20min，冷却后喷涂罩光清漆，流平10min，在60℃下预烘烤5min，接着在140℃下烘烤20min。

1.6性能测试

漆膜常规性能测试：按照GB/T1732-1993测试漆膜耐冲击性；按照GB/T9286-1998测试漆膜附着力；按照GB/T1731-1993测试漆膜柔韧性；按照GB/T6739-2006测试漆膜铅笔硬度；按照GB/T9274-1988测试漆膜耐液体介质性；按照GB/T1733-1993中甲法测试耐水性；雾化效果测试：目测。

按照GB/T1723-1993测试黏度，以旋转黏度计6r/min和60r/min的黏度比值为触变指数。

2结果与讨论

2.1触变乳胶与二级分散体树脂的搭配

在制备水性铝粉烤漆时，往往需要较好的触变性，这不仅能够防止成品漆在贮存时铝粉沉淀和结块，从而影响雾化效果，而且在喷涂施工时能够很好地防止流挂，避免漆膜弊病，因此实验设计中把混拼树脂的固体含量固定为30%，树脂与氨基树脂的质量比例为4:1，成品漆的触变指数控制在3~4，考察触变乳胶与不同羟值的二级分散体的搭配比例对水性金属烤漆触变指数的影响。

将触变乳胶WPAO与二级分散体WPA1、WPA2、WPA3分别按照质量比1:1、2:1、3:1进行复配，测试混拼后水性金属烤漆的触变指数，结果如表2所示。

表2触变乳胶与二级分散体的质量比对比水性金属烤漆触变指数的影响

Table 2 Effect of the mass ratio of thixotropic latex and the waterborne secondary dispersion on thixotropic index of waterborne metal baking paint

从表2可以看出，触变乳胶WPAO具有较高的触变指数，触变指数可以很好地帮助铝粉定向，当其与不同羟基含量的水性二级分散体复配时，在同样质量比条件下配置的水性金属烤漆，与高羟基含量的WPA3复配时，触变指数高，与低羟基的水性二级WPA1复配时，触变指数低，这是因为WPA3羟基含量高，羟基分布密度高，与触变乳胶形成氢键的数量多，因此触变指数提高明显，而WPA1羟基含量低，所以触变指数相对小，WPA2居于中间。从铝粉定向效果和施工性方面考虑，根据经验水性金属烤漆的触变指数在3~4之间较合适，因此确定触变乳胶WP0分别与WPA1、WPA2、WPA3质量比为3:1、2:1、1:1，所制备的水性金属烤漆具有较佳的触变指数，触变曲线（图1）展现的3种复配的流变曲线

2.2烘烤温度和烘烤时间对层间附着力的影响

在烤漆使用过程中，往往需要使用罩光清漆来提高表面装饰性，在使用清漆罩光时，罩光清漆与下层金属烤漆涂层的层间附着力必须考虑的要素，影响层间附着力的因素包括树脂、烘烤温度造成的过渡交联、中涂层的表面张力、外加助剂等，在不考虑树脂的条件下，烘烤温度和时间对附着力的影响.大。以表1配方为基础，分别按触变乳胶WP0与WPA1质量比为3:1，WPA0与WPA2的质量比为2:1，WPA0与WPA3的质量比为1:1；树脂与氨基树脂的质量比为4:1，研究制备的水性金属烤漆在不同烘烤温度下（结果如表3所示）和不同烘烤时间（结果如表4所示）的层间附着力，同时对比高羟分散体WPA3分别加触变助剂BYK-8421和BYK-RD(BYK-8421和BYK-RD的添加量为树脂总量的1.5%）后的层间附着力。

表3 烘烤温度对层间附着力的影响

Table 3 The effect of baking temperature on the adhesion between layers

注：烘烤时间为20min；金属漆表观装饰效果以漆膜外观光泽度来评价。

表4 烘烤时间对层间附着力的影响

Table 4 The effect of baking time on the adhesion between layers

注：烘烤温度140℃。

从表3可以看出，烘烤温度过高，都会对金属漆的银排效果造成负面的影响，因此该水性金属漆在120~140℃较合适，在此温度下烘烤，金属漆的铝粉定向效果好，触变乳胶与分散体混拼展现出与分散体加触变助剂相同的效果；在柔韧性方面，二级分散体WPA3加触变助剂BYK-8421和BYK-RD的柔韧性随着烘烤温度提高而下降，而触变乳胶与二级分散体展现出较好的柔韧性，这是因为WPA3是高羟基含量的二级分散体，烘烤温度过高，交联密度提高，造成漆膜柔韧性下降，而触变乳胶与分散体搭配，触变乳胶羟基含量低，降低了整体的羟基含量，同时触变乳胶不仅能够参与交联，而且分子量大，从而还起到内增韧的作用，所以漆膜的柔韧性表现突出；在硬度方面，WPA3加触变助剂都表现出较高的硬度，而触变乳胶与二级分散体混拼由于降低了整体的羟基含量，因此硬度表现没有加触变助剂的好，但是在硬度方面，WPA0/WPA3组合.好，其次是WPA0/WPA2，WPA0/WPA1组合.弱，这是因为在保证流变性的条件下，WPA0/WPA3组合的羟基含量.高，所以硬度.高，WPA0/WPA1的羟基含量.低，硬度.低，同样也表现在层间附着力方面，高的交联密度造成罩光清漆的层间附着力下降，而WPA3/BYK-RD组合表现出较好的层间附着力，这是因为BYK-RD是无机的触变助剂，反而有利于提高层间附着力；而BYK-8421触变助剂中含有乙烯蜡的组分，所以层间附着力表现不好。

表4 为烘烤时间对附着力的影响，从表中可以看出，烘烤时间过长，漆膜与罩光清漆的层间附着力都有下降的趋势，这是因为随着烘烤时间的提高，漆膜的交联密度提高，表面张力下降，造成金属烤漆与上层的罩光清漆之间的层间附着力下降。

综上所述，触变乳胶与二级分散体拼混制备水性金属烤漆，烘烤时间和烘烤温度对漆膜都有一定的影响，烘烤温度过高和烘烤时间过长对铝粉定向有负面影响，且随着水性金属烤漆中羟基含量的提高，漆膜的硬度提高，柔韧性降低，层间附着力下降。

表5 不同方案的性能测试结果

Table 5 Performance test results of different schemes

2.3漆膜的性能

以表1配方为基础，按触变乳胶WP0分别与WP1、WP2和WP3质量比为3:1/2:1和1:1的比列制备水性金属烤漆，按照1.5制备漆膜，测试漆膜性能，结果如表5所示。

由表5可知，添加触变助剂的主要目的是为了提高铝粉在金属烤漆中的定向，从表5中可以看出，水性二级分散体加了触变助剂的金属烤漆和触变乳胶与水性二级分散体的组合的金属烤漆都具有好的铝粉银排效果，但是在金属烤漆中使用触变助剂导致机械性能和耐性相对较差，这是因为触变助剂亲水性强，不参与交联反应，从而影响金属漆在各种介质中的耐性，并且相对分子质量较小的触变助剂会减弱漆膜的柔韧性，导致耐冲击性和柔韧性下降；而复配树脂的组合中触变乳胶和水性二级分散体都有能够参与交联反应，漆膜的交联密度提高，致密性更好，从而使漆膜的硬度和耐性都有所提高，同时触变乳胶的相对分子质量大，在烤漆里面能够起到增韧的效果，漆膜柔韧性好，以上特点体现出触变乳胶与二级分散体制备水性金属烤漆的优势。

3结语

采用触变乳胶和水性羟基二级分散体制备了高铝粉定向的水性金属烤漆。根据水性羟基二级分散体的羟基含量不同，可以按照较佳的搭配比例制备触变指数合适，便于施工的水性金属烤漆，尽管过高的温度和过长时间烘烤都会对漆膜造成负面影响，但相对于添加小分子的触变助剂来说，触变乳胶与水性二级分散体搭配制备的漆膜在耐性、层间附着力和柔韧性方面表型更好。