不饱和聚酯漆防沉体系的探讨

不饱和聚酯漆防沉体系的探讨

李相权1,2
(1. 浙江南方涂料工业有限公司,浙江东阳 322100 ;2. 柳州天都装饰工程有限公司,545001)

0 引言
不饱和聚酯漆因固含量高,填充性好,可一次形成较厚的漆膜,且具有丰满度好,透明性佳,不易塌陷等特性,正逐步取代PU 漆得到广泛应用。家具厂在使用时一般采取主漆加蓝水,用稀释剂搅拌均匀后调至喷涂黏度,喷涂时加白水搅拌均匀即可施工,而且相当多的家具厂配好漆后到第二天才喷完,这对涂料兑稀后的沉降提出了较高的要求。以前不饱和聚酯漆主要使用滑石粉为填料,在使用过程中一般不会出现沉降现象,但影响了涂料体系的透明性。为了追求美观,在不饱和聚酯底漆中添加透明粉几乎已成为不成文的行内配方标准。使用透明粉取代滑石粉后,施工兑稀时很容易沉降,给施工带来极大不便。透明粉作为一种新型功能性填料,其折射率与不饱和聚酯树脂相近,具有透明度高、硬度好、色相佳、高光泽、抗塌陷性好等特点,其透明度是滑石粉的数倍,用其作填料,与传统的滑石粉比较,涂料的透明性明显提高,可大量取代滑石粉用于不饱和聚酯漆中。透明粉的吸油量低,开罐色相好,在保证原漆产品透明度相同的情况下,可通过增加透明粉用量来降低成本,提高产品的固含量,增强填充性,漆膜的丰满度和抗塌陷性得到较大改善,漆膜质量也有较大提升。但其密度大,在施工兑稀时,由于黏度低,透明粉颗粒会缓慢持续地沉降,与漆料分离,沉降到容器底部结成硬块,难以分散,使涂料变成一个不均一的分散体系,涂装时容易发花,光泽下降乃至影响漆膜性能。

为了减少沉降,避免给施工和性能带来不利影响,要在不饱和聚酯漆中引入合适的防沉剂,即在涂料中引入疏松网状触变性结构,其触变性能赋予涂料一种结构黏度,这种结构黏度随剪切力的增加而降低,而消除剪切力后黏度又复原,这一特性符合涂装时涂膜流平和涂料贮存的要求。贮存时剪切力为零,涂料黏度最高,呈现良好的开罐效果;兑稀后透明粉颗粒悬浮而不结块,防止沉降;在涂料施工时剪切力作用下,黏度降低,改善涂料施工性能,保持涂膜丰满度又有良好流动性;在涂料涂装后,剪切力消除,结构黏度会自动复原,限制涂料流动,在保证涂膜流平性的同时又能防止流挂等弊病的产生,使涂料具有优良性能。

1 实验部分
1.1 原材料
不饱和聚酯树脂、硬脂酸锌、透明粉、气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡防沉剂、分散剂、流平剂、消泡剂、蓝水、白水、苯乙烯、稀释剂。
1.2 底漆的制备
配方 质量分数/%
不饱和聚酯树脂 66
分散剂 0.2
流平剂 0.3
消泡剂 0.3
防沉剂 1
硬脂酸锌 5
透明粉 25
苯乙烯 3.2
工艺:将配方量的不饱和聚酯树脂、助剂投入分散罐内,搅拌分散均匀,再投入硬脂酸锌、透明粉等,高速分散至细度合格,用苯乙烯调节黏度合格,取样,检测合格后过滤,包装。

1.3 测试方法
1.3.1 常规贮存试验
将不饱和聚酯底漆装入广口瓶密封贮存一个月,观察是否出现沉降、分层等现象。
1.3.2 防沉性试验
将不饱和聚酯漆加蓝水搅拌均匀后用稀释剂调整黏度为16 s/25℃(涂-4 杯),装入塑料杯中,常温放置24 h,观察是否有沉淀及其松软程度等。
1.3.3 其他性能测试
喷板测试。

2 结果与讨论
2.1 不饱和聚酯树脂的影响
本实验采用实际生产中曾经使用的几种不饱和聚酯树脂,根据它们润湿性依次降低的顺序分别编号为A,B,C,D。各种不饱和聚酯树脂对防沉性的影响(防沉剂为气相二氧化硅)见表1。
表1 各种不饱和聚酯树脂对防沉性的影响

由表1 可见:润湿性好的不饱和聚酯树脂制备的涂料防沉性明显要好。不饱和聚酯树脂的相对分子质量和分布不同,以及极性活性基团的大小和分布的差异都会造成对颜填料的润湿性不同,从而影响防沉性。如果制备不饱和聚酯树脂时大量使用短链的醇类材料,则硬性链段占较大比例,树脂相对分子质量小,刚性太高,分子结构排列太规整,造成树脂润湿性差。一般相对分子质量分布过宽,意味着存在相对分子质量过大或过小的树脂,造成对颜填料分散稳定性差,在兑稀时易发生絮凝,产生沉降。使用柔性结构等长链结构来调节树脂柔软性,将刚性和柔性有机结合,使树脂相对分子质量分布窄,制备结构疏松、刚柔相宜的产品,树脂黏度适中,与颜填料的润湿性好,使树脂有足够时间渗透到颜填料颗粒的缝隙中,并扩散到颜填料核心,以便松懈颜填料颗粒的内部结构,使粉料均匀分散在树脂骨架结构中,有利于漆料对粉料粒子的润湿和分散,则在兑稀后不易出现沉降。
2.2 防沉剂的影响
防沉剂在涂料中起着重要作用,对涂料的生产、贮存、涂装和漆膜性能有重要影响。不同的防沉剂对涂料触变性的影响不同,各有一定的优点和局限性。在不饱和聚酯漆中,常用的防沉剂有有机膨润土、气相二氧化硅和聚酰胺蜡。由于成本、原材料供应等方面的原因,本实验选择润湿性差的D 树脂。分别选用不同类型的防沉剂对不饱和聚酯漆的性能进行系统比较(表2)。样品1# 为有机膨润土,样品2# 为气相二氧化硅,样品3# 为聚酰胺蜡,样品4# 为有机膨润土+气相二氧化硅,样品5# 为有机膨润土+ 聚酰胺蜡,样品6# 为气相二氧化硅+ 聚酰胺蜡。
表2 各种防沉剂对不饱和聚酯漆性能的影响

有机膨润土是以天然蒙脱石为原料,与季铵盐反应而成,为片状结构,有机改性的黏土薄片上吸附着长链的有机化合物,片状结构的边缘含有氧和氢氧基团。它与漆料有良好的亲合力,通过润湿、分散和活化过程,分散在漆料中的薄片借助这些基团能够形成氢键,在漆料中形成立体网状结构,赋予涂料一定的结构黏度。在剪切力存在时,氢键结构极易被破坏,致使黏度降低,当剪切力消失时氢键又复原,黏度增加,这就是有机膨润土使涂料形成触变流体的原理,即其有防沉作用的原因,但其漆膜外观一般,流平性及透明性差。

气相二氧化硅粒度小,比表面积大,表面上带有硅烷醇基团。当气相二氧化硅加入漆料中,经过充分搅拌分散,这些硅烷醇基与相近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成氢键,使体系有较好的贮存稳定性及施工性,但兑稀防沉性不佳。聚酰胺蜡大多是将脂肪酸在天然石蜡中乳化产生极性,再放入二甲苯中预先膨润成膏状触变剂。它的膨润结构呈网状,有非常好的贮存稳定性,在涂料中有极好的防沉效果,可提高涂料的触变性,流平性很好,但在常温贮存时易分层。由上可见,不同的防沉剂有不同的流变特性,单一防沉剂很难满足不饱和聚酯漆对防沉及漆膜性能的要求。采用气相二氧化硅与聚酰胺蜡配用,使透明粉在漆料中分布更均匀,而且这种结构形式受涂料黏度影响小,不管在贮存还是兑稀施工过程中都能有效解决填料分层、沉降等现象,具有较好的贮存稳定性,同时有较好的施工性,可得到更好的涂装质量。

3 结语
(1) 在配方设计时,为了得到更好的防沉效果,应通过实验选择润湿性较好的不饱和聚酯树脂。
(2) 由于成本,原材料供应等方面的因素,不得不选择润湿性差的树脂时,通过调整涂料配方,选择合适的复合防沉剂来控制流变性能,可取得较好的防沉效果,不但有利于贮存稳定性,防止填料沉降,呈现良好的开罐效果,而且有利于喷涂后涂膜流平及防流挂,改善涂膜表面状态,提高涂膜性能。

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