新癸酸缩水甘油酯在金属电镀件使用的水性防护封闭剂中的应用研究
时间：2023-06-12 21:35:13 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
周乐奋
(广州福诚美化工有限公司，广东 广州 510000)
近年来，随着社会的进步，人们对安全和环保越来越重视，国家职能部门的监管力度不断加大。为此，开发低污染，安全性能高的水性涂料已是大势所趋。
电镀行业与我们的日常生活息息相关，在灯饰、家俱、汽车、电子产品、门锁、卫浴、衣服等方面都可以看到电镀产品的身影。电镀产品由于使用范围广，对使用环境的适应性要求更高，对所使用的封闭剂性能要求也就更高，例如硬度、盐雾、耐酸碱、耐老化等。现在有相当部分的封闭剂已转向水性，其中以水性丙烯酸涂料为主。
水性涂料目前以水溶性、分散体、乳液三大系列为主，与溶剂型涂料相比，水性涂料的优缺点都相当突出。优点是安全、环保、对人体健康影响小；
缺点是综合性能还有差距，在施工性、外观方面尤为明显[1]。其中乳液型是相差最大的，分散体其次，水溶性最接近。电镀产品在使用封闭剂时经常要加入染料对工件进行修色，调色时要求封闭剂要透明，这样才方便对色，及时调整染料的用量。乳液和分散体都是乳白半透明，会影响调色。目前电镀行业使用的水性封闭剂基本都是水溶性的，本文亦以水溶性封闭剂进行探讨。
水溶性丙烯酸涂料保持了丙烯酸涂料优异的耐候性、保光保色性、耐腐蚀性等性能，但总体性能仍达不到溶剂型的效果。要不断提高性能，常用的方法是在成漆中通过助剂或加入其它树脂进行调整，以及在树脂合成时引入改性单体(中间体)，在试验中我们通过在树脂接入新癸酸缩水甘油酯(E10P)，从而使封闭剂的性能得到了较大的提高[2-3]。
新癸酸缩水甘油酯是∝-碳上高度支链化的饱和一元脂肪酸缩水甘油酯，结构式如下：
其中环氧基团有极高的反应活性，可以和羧基、羟基、氨基反应，反应后还会产生一个羟基，提高了交联密度。较长的碳链可以提高柔韧性、润湿性，∝碳上的支链如同伞状，可以提供空间位阻效应，有效提高耐水、耐腐蚀、耐老化性能，这些作用正是电镀产品所需要的。将环氧基与(甲基)丙烯酸的羧基进行酯化反应，通过丙烯酸的双键将新癸酸缩水甘油酯引入到丙烯酸树脂的分子链中，从而达到改性的目的[4-5]。
本文只研究新癸酸缩水甘油酯对水性封闭剂基本性能的影响，为减少其他参数的影响，将丙烯酸树脂设计Tg为20～ 30 ℃，酸值40～50 mgKOH/g，固体含量60%，在此基础上通过加入不同量的E10P以观察其效果。
1.1 实验原料
新癸酸缩水甘油酯(E10P)、(甲基)丙烯酸、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸羟乙(丙)酯、苯乙烯、过氧化苯甲酸叔丁酯，乙二醇单丁醚、二甲基乙醇胺(DMEA)、去离子水、润湿剂、流平剂、消泡剂、部分甲醚化氨基树脂、附着力助剂。
1.2 实验仪器
BGD852 UV老化机，广州标格达；
BSD3009A静电喷枪，厦门博士达；
盐水腐蚀试验箱，广州标格达；
WGG60-E4光泽度计，天津科仕佳；
NK-2稠度杯，日本岩田。
1.3 树脂的合成
新癸酸缩水甘油酯(E10P)与(甲基)丙烯酸等当量反应，E10P用量为单体量的5%(试样1)、10%(试样2)、15%(试样3)、20%(试样4)。
(1)将E10P、单体、引发剂配成混合单体。
(2)在装有搅拌器，温度计和冷凝管的四口烧杯中加入一定量的乙二醇单丁醚，升温至120～125 ℃，滴加混合单体，在3～3.5 h内滴完，补加一次引发剂，保温1 h，再补加一次引发剂，继续保温1 h，检转化率，当转化率>99%时降温出料。
1.4 封闭剂的制备
1.4.1 配 比
a.改性树脂：50；
b.部分甲醚化氨基树脂：16；
c.二甲基乙醇胺：2.5；
d.附着力助剂：3；
e.润湿剂：0.5；
f.流平剂：0.2；
g.消泡剂：0.2；
h.乙二醇单丁醚：5；
i.去离子水：22.6。
1.4.2 工 艺
将a、b、h加入搅拌缸中，开搅拌转速600～800 r/min搅拌均匀，然后加入d、e、f、g搅拌15～20 min，再加入c、i搅拌均匀即可。
1.5 性能测试
电镀产品的材质常用的有碳钢、锌合金、铝合金、镁合金、不锈钢、塑料等，这里选用打磨的马口铁片和锌合金件进行测试，镀层有扫砂镍、黑镍、扫砂镀铜、仿金等。
由于锌合金的成分和压铸密度在不同的产地会有比较大的差异，导致能承受的温度相差也较大，因而将封闭剂干燥条件定为110 ℃/45 min，用去离子水按1∶0.8稀释，施工粘度13～14 s(岩田2﹟杯)，采用静电喷涂，电压40 kV，干膜厚度12～15 μm。
1.5.1 改性树脂水稀释稳定性(目测)
改性树脂∶二甲基乙醇胺∶水=1∶0.07∶3。
分别做加速贮存(60 ℃/21天)和常温贮存三个月对比外观变化。
表1 改性树脂贮存测试结果Table 1 Storage test results of modified resin
1.5.2 封闭剂性能测试
(1)光泽(60°)(GB/T 9754-2007)
喷涂于黑片上检测。
表2 封闭剂光泽测试结果Table 2 Test results of sealant gloss
(2)透明性(目测)
将封闭剂用去离子水1∶0.5稀释，滴在仿金件上130 ℃/30 min干燥，在阳光下观察。
表3 封闭剂透明性测试结果Table 3 Results of sealant transparency test
(3)耐冲击性(GB/T 1732-1993)
用不打磨马口铁片测试，封闭剂∶去离子水=1∶0.8，在110 ℃/45 min干燥。
表4 封闭剂耐冲击性测试结果Table 4 Impact resistance test results of sealant
(4)耐中性盐雾(GB/T 1771-2007)
用锌合金工件和打磨的马口铁片，在110 ℃/45分干燥，干膜厚度12～15 μm如工件出现绣点、白点、黑点即不通过，每12 h观察一次。
表5 封闭剂耐盐雾测试结果Table 5 Salt spray resistance test results of sealant
(5)耐酸性(GB/T 9274-1988丙法)
用仿金件做底材在110 ℃/45 min干燥，干膜厚度12～15 μm，用50%硝酸滴在工件表面，出现白印即不通过。
表6 封闭剂耐酸性测试结果Table 6 Acid resistance test results of sealant
(6)耐碱性(GB/T 9274-1988甲法)
用未打磨的马口铁片，110 ℃/45 min干燥，干膜厚度12～15 μm，浸泡10%NaOH溶液，如涂膜出现起泡，溶胀、发白、发黑即不通过。
表7 封闭剂耐碱性测试结果Table 7 Test results of alkaline resistance of sealant
(7)耐UV老化(GB/T 23987-2009)
采用UVA-340灯管，底材为钝化后的铝板，在110 ℃/45 min干燥，干膜厚度12～15 μm，测试时间1000 h，检失光率和颜色变化。
表8 封闭剂耐UV老化测试结果Table 8 UV aging resistance test results of sealant
(1)从实验结果可以看到，新癸酸缩水甘油酯的引入，使封闭剂的各项性能有了较大的提高，尤其在光泽、耐盐雾、耐酸碱方面，说明E10P的支链对漆膜起到了良好的保护。
(2)由于其支链具有疏水性，所以随着用量的增加，亦会导致树脂的水稀释稳定性下降，从表1可以看出，当用量>15%时，树脂的水溶液已处于不稳定状态。
(3)从表8可以看出E10P的引入对老化性能帮助不大，这是由于丙烯酸树脂本身已具有优异的耐老化和保光保色性。
当新癸酸缩水甘油酯的用量为单体量的10%～15%，通过与(甲基)丙烯酸反应被引入到丙烯酸树脂分子链中，从而使封闭剂的性能得到了较大的提高，并且性能和稳定性取得了一个平衡点，基本能满足电镀产品的要求。
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