水性涂料用助剂-徐炽焕

1 水性涂料的问题
水性涂料是以水为稀释剂的涂料。水与多种有机溶剂的物理特性相比较,如沸点、熔点、蒸发潜热、表面张力等有较大差异,如表1 所示。

从表1 中可见:水的表面张力比有机溶剂要高得多,蒸发潜热也大得多,又如水的电容率也要大一点等,这些给水性涂料从制造到涂装过程带来不少问题,特别在涂装过程中应特别注意。例如,在涂装前期,对被涂物件作彻底清理,除去油污、锈迹等。涂膜不能过厚,通常应在40 μm 以下。在搅拌时要防止空气卷入,在表面形成气泡。对被涂物进行预热(60~80℃,10 min)。要求严格控制涂装环境的相对湿度,最好要有空调除湿装置。最后,烘干温度要控制在120℃左右。如果是电沉积涂装还要考虑绝缘问题,针对这些问题需要添加各种助剂来解决。

近年来,对涂膜外观、装饰性的要求越来越高。如用在汽车、手机外表面的涂料,大多数采用铝粉或珠光颜料,此时助剂的选用尤为重要。本文仅对水性涂料常用的助剂(触变剂和分散剂)作一介绍。主要是靠触变剂来控制黏度,分散剂来调节颜料的分散性,从这两方面来提高水性涂料的外观装饰性。

2 触变剂
水性涂料用触变剂,可分为有机和无机两类,如表2 所示。

无机系触变剂的代表是蒙脱土(粘土矿物类)。使用方法是预先制成粉末,再加入水,使其膨胀成蒙脱土水凝胶。但用此法增粘效果不大。纤维素系或乙烯系触变剂的相对分子质量与黏度之间有一定关系,取决于分子交联度或醚化度。聚丙烯酸系化合物也称为碱可溶胀性的增稠剂,用其酸性部分在碱性中中和,可使其在水中有很高的亲水性而溶解,离子间的斥力使聚合物链伸张开来成为立体(三维空间)的配置,从而具有触变性。聚氨酯系化合物也称为胶溶作用的增稠剂,由亲水成分与疏水成分组成,通过与涂料中颜料或乳液粒子的相互作用而使涂料结构性黏度有所提高,是一种具强力增稠效果的触变剂。聚酰胺系化合物是在有机碱性物质中生成聚酰胺系化合物,具有较好的亲水性。目前已开发成功的水性涂料用聚酰胺系触变剂的型号与性能如表3 所示。

在丙烯酸系或聚氨酯系水性涂料中,添加AQ-600触变剂后,其黏度与流动性变化的关系如图1 所示。

3 润湿分散剂
用于水性涂料体系的颜料(金属或有机颜料)分散剂可分为聚电解质高分子化合物或阴离子羧酸、非离子化合物等两类。此类颜料分散剂主要通过以下两种作用来保持颜料粒子的分散性和稳定性。
(1) 控制颜料粒子表面上吸附的电荷,由于带有相同电荷而相互排斥,带电的颜料微粒在库仑排斥力作用下来维持水性涂料乳液的分散稳定性。
(2) 颜料微粒的表面形成一种稳定的吸附层,阻止颜料微粒相互接近,起到一种空间位阻效应而提高颜料的分散性,从而改善涂膜的外观装饰性并增加了涂料的商品价值。
高分子分散剂,其结构为无规共聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物等,其中无规共聚物应用较多。亲水性基团可由羧基、磺酸基、羟基、氨基等组成。疏水性基团多为不饱和烃类,如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二异丁烯、(甲基)丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、α- 甲基苯乙烯等单体组成。亲水性基团也可由一系列共聚物组成,如丙烯酸- 丙烯酸酯(丙烯酰胺)共聚物、苯乙烯-丙烯酸(酯)共聚物、马来酸(酯)- 丙烯酸(酯)(苯乙烯)共聚物等。
在汽车、手机表面,用铝粉或珍珠粉色浆进行涂装时,在高浓度色浆中,还要添加共溶剂(乙二醇丁醚)来降低黏度。以聚醚磷酸酯系的分散剂(阴离子型化合物),型号分别为AQ-330 和AQ-320 为例,其性能如表4 所示。与其它系列的分散剂(助剂A,助剂B)在铝粉色浆中的流动曲线比较如图2 所示。

在水性丙烯酸涂料中,如使用铝粉颜料时,用磷酸或用二氧化硅进行表面处理时,铝粉颜料的分散效果评价如图3 所示。AQ-330 分散剂的极性较大,可溶于水,分散效果较好。AQ-320 分散剂在添加共溶剂(乙二醇丁醚)时,也可获得同样的分散效果。

4 结语
水性涂料是一种以水为溶剂的环境友好型、节能减排型涂料,代表今后的发展方向。在水性涂料中添加少量助剂,不仅可以解决生产、贮运、涂装、成膜环节中出现的问题,而且是提高涂料性能、功能的重要方法之一。因此,加强水性涂料的实用性研究与开发,扩展其应用范围,挖掘其潜在的商品价值,十分必要。

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