水性铝粉烤漆的研制与应用
□ 商 培，董立志，刘宝勇，赵建成
(河北省水性涂料工程技术研究中心河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定 072550)
0 前言
随着汽车工业的发展，金属闪光漆在轿车上的应用日益增加，除了能够提供着色、装饰、遮盖的作用外，金属颜料的随角异向性能够产生梦幻般的感觉，涂膜富有金属质感、细腻柔和。但目前具有此种效果的铝粉漆大部分为溶剂型产品，在涂装过程中挥发大量的苯类等有毒气体，污染环境同时对涂装工人的身体造成危害，金属闪光涂层VOC的排放量问题亟待解决。虽然我国铝粉烤漆与国外发达国家相比，存在着很大的差距，但是我国科技进步，同时随着各种进口原材料的引入，国内对水性铝粉烤漆的研发也逐渐增多，但实现产业化仍存在很多问题，例如闪光效果不稳定、批次重复性差、铝粉定向不好、遮盖力差等。本文研制的水性铝粉烤漆以其良好的闪光性为轿车、摩托车、自行车等产品提供装饰性，还可应用于其他有特殊装饰要求的工业领域，有着广阔的市场前景。
1 试验部分
1.1 主要原料与药品
水性丙烯酸树脂A、水性丙烯酸树脂B、部分甲醚化氨基树脂、二甲基乙醇胺、丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇单丁醚、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、膨润土、硅酸镁锂、消泡剂、分散剂、4种粒径不同的铝粉、聚氨酯流平剂等。
1.2 主要试验仪器与设备
涂-4杯、分散机、多种光源灯箱、测厚仪、硬度测试仪、光泽测试仪、附着力测试仪、冲击测试仪、柔韧性测试仪、测色分光光度仪：美国MAC-BETH公司、微型橘皮鲜映性（DOI）测试仪：BYK公司。
1.3 水性铝粉烤漆配方
本课题通过大量的试验，确定了各种原材料种类的选用和配比，并已经通过了现实应用的验证，得到了广大客户的认可，确定的基本配方如表1。
按照表1配方中所列原料顺序分别制成清漆、A聚酰胺蜡浆、B预制铝粉浆，再将A、B加入清漆中，后加入水调整到所需得黏度。
1.4 水性铝粉烤漆的制备工艺
1.4.1 效应颜料浆的制备
铝粉很难被润湿，分散的效果对涂层终的闪光性和稳定性起着至关重要的作用。铝粉颜料为特殊的片状结构，过高的剪切力会破坏颜料的形状，使铝粉弯曲或断裂而影响闪光效果。因此在分散铝颜料时，尽量选择叶片式浆叶，低剪切力。分散流程如图1。
通过试验发现，效应颜料浆的静置对于减少铝粉颜料的沉降、抗絮凝等都有帮助，分析原因为：因为铝粉特殊的厚径比，使得颜料不可以参与研磨，充足的熟化时间有助于助溶剂、润湿分散剂对颜料的润湿分散。所以，铝粉分散三要素可总结为：低速、慢加、熟化[1]。
1.4.2 聚酰胺蜡定向剂的预分散
改性聚酰胺蜡带有羧基等极性基团，但水溶性仍然很有限，需要在高剪切力下和较长的搅拌时间，分散流程如图2。
按照图2对聚酰胺蜡定向剂进行预分散，检查AQ-600浆的细度≤20 μm为合格，静置，待气泡消除后使用。在试验中发现，蒸馏水电解质的含量会影响AQ-600的分散效率和透明度，所以应该选择高纯度的去离子水。
由图3可知，在分散AQ-600的过程中pH值的影响很大，当预分散体系pH值＜7时，AQ-600很难均匀分散，结成小颗粒甚至成团状；随着预分散体系pH值的增加AQ-600的细度降低，分散效果好，但增加到一定程度时AQ-600的细度不再降低；在同一分散速率和分散时间的条件下，体系的pH值＞9时，AQ-600的分散性佳，而碱性太强不利于铝粉漆的稳定性，故调整其pH值为9～10。
1.5 性能测试
1.5.1 涂膜的机械性能测试(见表2)
1.5.2 涂膜的外观检测
（1）目视法检测闪光效果：随观察角度不同呈现出不同色相的现象，就是随角异色性，是涂装过程尽力追求的效果[2]。当铝粉定向均匀时，绝大多数铝粉基本平铺于底材，相反当铝粉定向不好时，成杂乱无章的排列。假设入射光为45°入射，当铝粉定向性不好时，光在各个角度上均产生散射，眼观涂膜表面较刺眼；当铝粉平行排列时，像小镜子一样把光线反射出去，正面观察，颜色发暗，侧面观察时，闪烁度很强。铝粉颜料的定向性越好，随角异色性越强。
（2）测色仪测定闪光效果：采用美国Macbeth多角度分光光度仪分别测试样板在15°、45°、110°的光泽，分别记作：L15°、L110°、L45°，按照公式可计算出涂膜的金属闪光指数，公式如下：FlopIndex=，性能良好的金属闪光漆的效应指数可达15～17[3]。
（2）测色仪测定闪光效果：采用美国Macbeth多角度分光光度仪分别测试样板在15°、45°、110°的光泽，分别记作：L15°、L110°、L45°，按照公式可计算出涂膜的金属闪光指数，公式如下：FlopIndex=，性能良好的金属闪光漆的效应指数可达15～17[3]。
2 结果与讨论
2.1 铝粉颜料的选择与作用
金属铝为两性金属，铝银浆是用高纯度的金属铝为原料，通过湿法球磨制成鳞片状颜料，具有优异的装饰性和保护性，需求量也在不断增长。随着表面处理技术的提升，发展了彩色铝粉颜料、银元形、抛光形、耐酸碱等新型铝粉颜料[4]。高遮盖力、高光亮度、鲜映性强、随角异色性佳、耐介质性强的新型铝粉颜料才能满足汽车涂装的要求。由于铝金属的特性，经过严格的包膜处理才能应用于水性体系，否则铝粉会在很短时间内发黑、甚至胀气。涂装成膜后，铝粉颜料平铺于基材表面，多层排列，相互搭接，相互遮掩，产生迷宫效应，增加了外界液体和气体进入涂膜的路径，提高了涂膜的防腐蚀性能。铝粉颜料反射能力强，提高涂膜的耐候性，使涂膜产生随角异色性。
2.1.1 效应颜料的粒径大小和粒径分布的影响
效应颜料的粒径大小和粒径分布对涂膜的遮盖力、闪光性、鲜映性直接相关，是颜料生产过程中质量控制的关键指标。其相关性能如表3。
在试验中发现，为了达到涂膜遮盖力、闪光性、鲜映性等性能的统一，可以将不同粒径的铝粉颜料混拼。本试验比较了4种铝粉颜料，终选择的是粗闪型、色调清晰的30 μm银元形、高亮度12 μm的铝粉按1∶1拼合，得到和样板相似的涂膜效果。
在试验中发现，为了达到涂膜遮盖力、闪光性、鲜映性等性能的统一，可以将不同粒径的铝粉颜料混拼。本试验比较了4种铝粉颜料，终选择的是粗闪型、色调清晰的30 μm银元形、高亮度12 μm的铝粉按1∶1拼合，得到和样板相似的涂膜效果。
