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高性能助剂在水性工业涂料中的应用

时间:2013-04-20来源:未知 作者:chem 点击:
高性能助剂在水性工业涂料中的应用 ------润湿分散剂与消泡剂 2011/9/1 海名斯特殊化学 作者:王全义 马 虹 0 引言 随着当前全球环境进一步恶化,人们对环保的呼声越来越高,涂料行业,特别是水性工业涂料也同样面临绿色革命。 水性工业涂料能否真正得到充分

 高性能助剂在水性工业涂料中的应用

------润湿分散剂与消泡剂

2011/9/1 海名斯特殊化学 作者:王全义 马 虹

0 引言

随着当前全球环境进一步恶化,人们对环保的呼声越来越高,涂料行业,特别是水性工业涂料也同样面临绿色革命。

水性工业涂料能否真正得到充分地发展和应用,有待其整体性能的提高,如耐候性、耐水性、硬度、耐磨性、耐化学性等等。除各类水性树脂和乳液外,各类水性助剂对于优化水性工业涂料配方来说尤为重要。

按照体系来说,水性工业涂料主要包括水性醇酸涂料、水性环氧涂料、水性丙烯酸或苯丙涂料、水性聚氨酯涂料、水性氟碳涂料、水性丙烯酸氨基涂料、水性聚酯氨基涂料,其应用领域主要有木器、塑胶、防腐、汽车等。

通常,水性工业涂料用助剂主要分为:润湿分散剂、消泡剂、流变助剂、流平剂、锈蚀抑制剂等。本文将对润湿分散剂和消泡剂进行阐述。

1 润湿分散剂

润湿分散是制漆过程中非常重要的工序,润湿分散剂的应用是否恰当,直接关系到颜填料的分散效率、颜料浆的黏度与流动性、展色性、贮存状态、漆膜光泽、遮盖力、耐化学品性、耐水性等等。

严格来讲,颜填料的分散具体可分为:润湿、分散和稳定过程。润湿是指润湿剂降低水/ 树脂等介质和颜料之间表面张力的过程,而分散是借助机械外力把原本团聚在一起的颜料粒子打开形成稳定状态,并防止其再次絮凝的过程。润湿剂主要用来降低体系的表面张力,涂料中多使用非离子型和阴离子型润湿剂。分散剂则吸附在颜料表面产生电荷斥力和空间位阻作用,防止颜料的再度絮凝,使分散体保持稳定状态。目前,涂料中常用的润湿分散剂主要分为:

● 阴离子型,包括磺酸琥珀酸盐类、十二烷基磺酸盐类、硫酸月桂酯、油酸丁基酯硫酸化物等,如NUOSPERSE? FA 182,NUOSPERSE? FA-115,NUOSPERSE? FA 620。

● 非离子型,包括烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇聚氧乙烯醚、乙二醇聚氧乙烯烷基酯、乙炔乙二醇等等,如 NUOSPERSE? FN 265,NUOSPERSE ? FX 365,Disponer W-9700。

● 复合型表面活性剂,兼具润湿和分散的效果,具有优异的通用性能、展色性与贮存稳定性,如NUOSPERSE? W-22,NUOSPERSE ? W-28,NUOSPERSE? W-30,NUOSPERSE? W-33 等。

● 传统型分散剂,如聚丙烯酸盐类、聚羧酸盐类等。这类分散剂具有优异的降黏效果和贮存稳定性,如NUOSPERSE? FX 504,NUOSPERSE? FX 605。

● 聚合物型分散剂,对无机及有机颜料和炭黑的分散效果良好,具有优异的降黏效果、良好的贮存稳定性和优异的耐化学性。如NUOSPERSE? FX 600,适用于水性工业涂料及工业用水性色浆。

以下以聚合型分散剂为例,从研磨效率、黏度、贮存稳定性、展色性、光泽,耐腐蚀性和耐水性等多方面来评估其在水性工业漆中的应用。

1.1 聚合型润湿分散剂在水性工业色浆中的应用

水性工业色浆配方见表1。其性能测试结果见表2。

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由表2 可见:聚合物型分散剂NUOSPERSE? FX600 配用NUOSPERSE? FX 365,在制备水性工业色浆时可以提供很好的润湿分散效果及贮存稳定性。其中,锂蒙脱石类型流变助剂的应用有助于色浆贮存过程中防沉性能的提高,同时赋予色浆良好的流动状态。

1.2 聚合型润湿分散剂在水性黑色金属漆中的应用

按表3 配方,预先研磨含量为25% 的2500# 炭黑色浆,分别使用NUOSPERSE? FX600 配用NUOSPERSE?FX365 进行研磨,不同时间段检测炭黑色浆的细度,结果见表4。

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由表4可见:NUOSPERSE? FX600配用NUOSPERSE?FX 365 与对照样相比,对2500# 炭黑有更好的润湿分散效果。

用制备好的2500# 炭黑色浆来制备黑色金属漆,配方见表5。

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将制备好的黑色金属漆制成湿膜厚度为100 μm的漆膜,常温干燥24 h 后,检测漆膜色相和光泽,结果见表6。

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从表6可见:NUOSPERSE? FX600配用NUOSPERSE?FX365,可得到更好的展色性和光泽。漆膜耐水性测试:将涂料喷涂在马口铁板底材上,常温干燥7 d,然后放入水中浸泡,观察漆膜有无发白、变软、起泡等现象。经过24 h 的浸泡发现:FX365/600 和对照样两个样板的漆膜耐水性均良好。

另外,需要说明的是:有部分润湿分散剂残留在漆膜中可能会影响漆膜的耐腐蚀性,这点在水性防腐涂料中尤其重要。NUOSPERSE? FX600 在抗腐蚀方面效果较好。

1.3 聚合型润湿分散剂在水性防腐底漆中的应用

采用NUOSPERSE? FX600 制备水性防腐底漆(配方见表7),并进行360 h 的耐盐雾测试。试验结果( 图1)表明:NUOSPERSE? FX600 不会影响漆膜的耐腐蚀性。

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1.4 聚合型润湿分散剂在水性工业烤漆中的应用在下列不同的丙烯酸氨基烤漆体系(24%TiO2)中,评估润湿分散剂对漆膜光泽的影响(图2):

(1) Primal AC 1533/Cymel 303 ;

(2) NeoCryl XK 69/Cymel 3033 ;

(3) NeoCryl XK 69/Maprenal MF 900。

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2 消泡剂

水性工业漆中使用的消泡剂主要有:

● 传统型消泡剂:矿物油蜡、金属皂类等。此类消泡剂主要用于水性建筑涂料,特别是高PVC 体系中。由于其同乳液的相容性较差,流平性不佳,所以一般建议使用在高颜填料含量的工业底漆中。如DAPRO? DF 7005,DAPRO? DF 4164。

● 聚醚嵌段型消泡剂:此类消泡剂具有优异的相容性,较少的漆膜缺陷,不影响光泽和雾影。如DAPRO? DF 1760,DARPO? DF 7580,DAPRO? DF1492,DAPRO? DF 3163。

● 有机硅类消泡剂:主要包括乳液型聚硅氧烷和聚醚改性有机硅消泡剂两种。这类消泡剂具有极佳的抑泡能力与热稳定性能,在水性工业漆中较为常用。如DAPRO? DF 1181,Defom W-0506。

● 复合型消泡剂:矿物油/ 蜡/ 有机硅,矿物油/疏水粒子/ 有机硅,有机硅/ 疏水粒子等等,这类消泡剂具有优异的通用性和相容性,较少的漆膜缺陷。如DAPRO? DF 2162,DAPRO? DF 7015。

在消泡剂的选择上,应根据具体配方体系、树脂、其它添加剂,结合生产工艺以及施工方式,通过实验进行筛选。通常,针对评估消泡剂的方法,主要有鼓泡法、摇泡法、比重法、辊涂法。在色漆中主要侧重于比重法来测定消泡抑泡能力,同时辅以实际施工来确定其具体性能。

2.1 水性环氧清漆中的应用

(鼓泡法选择消泡剂)在清漆的配方体系中,表面活性剂的加量相对色漆少很多,其制备过程中通常剪切速率不高。因此,应用于此体系的消泡剂,除了优异的消泡能力,需同时兼备优异的相容性、光泽,且对漆膜的流平性影响较少等特点。

环氧清漆配方如下:

原材料 质量分数/%

A 组分

环氧树脂 99.5

消泡剂 0.2

Levaslip W-469(流平剂) 0.3

总计 100.0

B 组分

固化剂 80.0

水 20.0

总计 100.0

组分A/ 组分B=2.7/1。

将组分A 按照同样体积装入量筒,使用气泡发生器同时向量筒内通入空气,30 min 后,观察气泡高度。环氧清漆体系测试结果见表8。

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将组分A 和组分B 按比例搅拌均匀,制备100 μm湿膜,观察消泡剂和体系的相容性,结果见图3。

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上述结果表明:在该环氧清漆体系中,DAPRO?DF1760、DAPRO? DF1492 和DAPRO? DF3163 既可达到理想的消泡效果,同时与体系相容性好。而其它消泡剂虽然也有很好的消泡能力,但是与清漆体系相容性较弱,而造成漆膜缺陷,因此不建议使用。

2.2 环氧色漆中的应用(比重法选择消泡剂)

色漆由于成分复杂,表面活性剂的含量相对较高,在制备和研磨过程中多使用极高的剪切速率,因此相对来说对消泡剂的抑泡能力要求更高。同时,要求尽量不影响漆膜的表面流平。

白色水性环氧底漆配方见表9。

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组分A/ 组分B = 5.3/1。

将组分A 以3 000 r/min 高速分散10 min,即刻测量比重,然后在室温下静置24 h,再次测量比重,结果见表10。

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将组分A 和B 按比例搅拌均匀,制膜,观察消泡剂与体系的相容性,见图4。

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上述结果表明:有机硅类抑泡剂DAPRO?DF1181 和复合型消泡剂DAPRO? DF2162 、DAPRO?DF7015 具有最佳的抑泡与消泡能力,同时与该体系有良好的相容性,漆膜缺陷较少。而聚醚嵌段型消泡剂在体系中的抑泡性能较弱,所以不建议在色漆中使用,而大多用于清漆体系和高光体系中。

3 结语

本文主要讨论了聚合型润湿分散剂和高性能消泡剂在水性工业涂料中的应用。在水性工业涂料中,除此外,水性流变助剂和表面张力调整剂也非常重要,我们将在后续篇章里,继续重点介绍各类流变助剂、表面张力调整剂等其它助剂的应用。

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