引言

    鋁及其合金具有良好的耐腐蝕性、導電導熱性和易于加工成型等優(yōu)點，所以鋁合金在國防、航空航天、交通、儀器、機械和電子器件，家居裝飾等領域有廣泛的應用[1]。由于金屬鋁的化學性質及其活潑，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，因此采取措施對鋁合金工件進行防護和裝飾非常必要。

行業(yè)內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和裝飾的效果，但油性涂料在生產、調配和施工過程中往往會釋放苯類、醛類等有毒有害的有機物（VOC），嚴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的環(huán)保法規(guī)，來限制VOC的排放。我國于2001年制定了針對10種室內建筑裝修材料強制性的安全標準，2008年更是建立了中國涂料低污染化發(fā)展安全國家發(fā)展體系標準[2]，加強國家對有機物排放的管理和監(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人體和環(huán)境的影響明顯降低。隨著人們環(huán)保意識的增強，水性涂料被認定為“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為具有色淺，保色，保光，耐侯，耐腐蝕和耐污染等有優(yōu)點而備受市場青睞，但普通的丙烯酸涂料中常含有較多的親水性物質而耐水性和強度較差，嚴重影響被保護工件的漆膜性能和使用壽命[3]。本文主要針對這些問題進行研究，采用有機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  有機硅改性水性丙烯酸樹脂涂料配方

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

生產工藝：將上述原料稱量后混合分散，研磨2-4h，細度小于10?m時出料即可。

1.3性能檢測

1.3.1  樹脂性能測試

樹脂的表觀粘度：采用NDJ-5s數顯旋轉粘度測試儀測試。樹脂的固體含量百分數：采用康恒儀器有限公司生產的電熱恒溫干燥箱測試。

1.3.2  漆膜性能測試

    漆膜的光澤采用廣州標格達有限公司生產的Glossmeter 60o測試；漆膜沖擊性能按GB／T 1732—1993的方法，采用BGD302漆膜沖擊器測試；漆膜厚度按原GB 1764一1979方法，采用QUANIX 4500型干膜測厚儀測定。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系列鹽水噴霧實驗機測定。漆膜附著力(劃格試驗)按GB／T9286----1998方法測定，結果用0～5級表示，O級最好，5級最差。測試濕附著的方法是用HWS12型電熱恒溫水浴鍋，溫度設定為100℃煮測試板，再用劃格法進行測試。

二  結果討論

2.1   不同類型樹脂對漆膜性能的影響

表三 用不同方法改性后樹脂性能的對比

由實驗結果可以得出，經過有機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)于未經改性和環(huán)氧改性的涂料。

2.2.1  對漆膜硬度的影響測試

表三  固化劑/樹脂配比對漆膜硬度的影響

由以上表格的實驗結果表明：在有機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到0級的最長時間

由以上表的實驗結果表明：在有機硅改性的丙烯酸涂料配方中，固化劑的添加量越大，漆膜耐水煮的時間越長，然而，漆膜的硬度過大會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，綜合實驗結果，固化劑與樹脂的質量比優(yōu)選1:3為宜。

2.2.2 氨基固化劑的作用機理

固化劑是一類能增進或控制固化反應的物質，又名硬化劑、熟化劑或變定劑。樹脂固化是經過縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學反應，使熱固性樹脂發(fā)生不可逆的變化過程，固化劑對涂料而言是必不可少的添加劑，否則樹脂不能固化，進而對固化物的力學性能、耐熱性、耐水性和耐腐蝕性等都會產生很大影響[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，其反應機理如下圖所示

圖一 丙烯酸樹脂與氨基固化劑交聯(lián)反應機理示意圖

2.3  有機硅改性劑用量對漆膜附著力的影響

   表三  對附著力的影響測試

注：干附著力是指未經水煮時測的附著力，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后測的漆膜附著力 根據實驗結果可以得出，經過有機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，漆膜的附著力隨有機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；較嚴重-漆膜有較嚴重起泡；嚴重-漆膜有嚴重起泡

根據實驗結果可以得出，經過有機硅改性的涂料漆膜的耐腐蝕性明顯好于未改性涂料漆膜；有機硅改性劑添加量越多漆膜的耐腐蝕能力越強。

本實驗所用的硅烷改性劑為一種有機硅附著力促進劑，此類促進劑的通式RnSiX(4-n)，其中，R是烷基、芳基、有機功能基等有機基團或這些基團的任意組合。R提供該大分子與其他有機分子的相容的能力，進而讓硅烷與涂料的成膜聚合物形成IPN(互穿網絡聚合)，或R中的功能基和涂料成膜聚合物產生交聯(lián)反應。

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，進一步和不同形式的羥基反應并釋放甲醇或乙醇。這些烷基或硅醇基可以和無機底材表面、顏料或填料表面以共價鍵或氫鍵連接，改進涂層附著力[5]。

圖二  硅烷偶聯(lián)劑與板材鍵結示意圖

三 結語

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)一種有機硅改性的丙烯酸涂料能很好解決上述問題，使涂料對鋁型材的附著力達到0級，漆膜耐鹽霧腐蝕時間高達4000h以上，耐沸水煮時間長達4h，極大提高了涂料對高檔鋁型材的保護及裝飾功能，具有巨大的市場經濟價值。使用硅烷附著力促進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，施工簡單，低污染等一般優(yōu)點，而且還具有良好的附著力，為水性丙烯酸涂料的廣泛應用提供更有利的條件。