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皓尔宝:水性工业漆在制备和应用方面的细节

发布时间:2019-08-13

         皓尔宝:水性工业漆在制备和应用方面的细节

  “油改水”已被油漆相关的上下游行业所热议,在实践中发现用水来取代油漆中的溶剂不仅是材料的替换,还需要冲破原有油漆制备的很多理论与实践的束缚。本文将简单梳理水漆配方的特点及其工艺所关注的平衡要点。

  用溶剂液化高分子材料,使其适合在复杂几何形状表面薄涂的产品被泛指为涂料涂料主要是由高分子树脂,颜填料,助剂和溶剂等构成的,PVC是用来评估涂膜结构的一项重要指标。

  需要指出的是PVC不是涂料的概念而是涂膜的概念,这里不涉及油漆或水漆的制备,该定义仅反映出涂膜中树脂所占的体积比及可以估算出其对涂膜理化性能的可能的影响。

 

  CPVC是指临界颜料体积浓度,其显然是针对油漆而言的,因为油漆是液化高分子材料的真溶液,而水漆虽然也是液化高分子材料,但却不是真溶液,只是分散体。用吸油量来估算颜填料水性对树脂的吸收量主要是沿袭溶剂型天然油基的醇酸树脂。对于乳液来说吸油量就意味破乳。分散体即使参与水相中的研磨,也很难用溶剂型树脂在研磨过程中的吸油量来估算水性树脂在颜填料表面的吸附量。所以水漆中各组分分散在水相中,乳液与颜填料之间的关系为分散到水中,水做连续相。分散体树脂中和成盐后,酸性基团有一定的水溶性,对颜填料有一定的包裹能力,但是在颜填料表面的吸收率显然与CPVC规定的吸油量的定义有很大的差别。因此可以说水漆与油漆的涂膜的抗性和装饰性还是有很大差距的,水漆制备的关注点要更多,相互平衡的难度业更大。

  水漆制备的关键点之一就在于研磨无机浆料的技术。油漆采用的是部分树脂参与研磨及吸附,但水漆在磨浆工艺中为了减少洗车的废水排放,已趋向无树脂研磨。这样,水漆制备工艺首先提出的问题是如何选择一支合适的分散剂能够既有研磨树脂的功能,又不易粘结在设备表面,减少清洗设备的耗水量。

  水性涂料的主要成分:

  颜填料及功能粉体

  基料(粘结料)

  配方助剂

  功能助剂

  助溶剂

  成膜助剂(主溶剂)

  现代涂料生产商使用的上述原料几乎都是外购的,自己只是按照下游客户的要求来研磨分散无机浆料并用不同的树脂来调漆,再加色浆来调色。但是水性工业漆与建筑涂料不同,PVC较低,配方中总水量相对较低,涂膜对抗水性及其它抗性要求较高。所以配方的平衡及稳定性困难较大。

  制备水性工业漆的难点:

  ● 配方PVC的控制,过低,脱水烘干爆泡,过高涂膜光泽低抗性差

  ● 配方中两亲平衡,过于疏水,稳定性差,制备,储存或施工时容易出现胶化事故

  ● 水量控制,过高时需要较多的亲水表活,过低时亲油物质在水相中难以维持”水包油“稳定性

  ● 阴离子,非离子,极性溶剂都有助于亲油物质在水相中增溶,但是相互之间的平衡不易控制

  ● 厚质抗流挂水漆的触变性和流平性之间的平衡

  ● 低VOC与高抗性,高施工性之间的平衡

  ● 成膜性与涂膜初期抗性之间的平衡

  ● 无机物研磨分散降粘与悬浮,流变之间的平衡

  ● 消泡效果与控制缩孔之间的平衡

  水性工业漆与建筑涂料同为水漆但是由于功能的区别,水性工业漆采用的助剂多为疏水改性,乳液或分散体含量较高,填料的密度或堆积密度更高。

  与建筑涂料不同,水性工业漆的特点是

  ● 基料用量较大,而且疏水性较高

  ● 颜填料密度较高,分散剂多为疏水改性的高分子分散剂

  ● 颜料润湿剂多选用低泡,低凝点非离子表面活性剂

  ● 基材润湿剂多为低动态表面张力,疏水性较高的低泡表面活性剂

  ● 助溶剂为低味极性溶剂

  ● 流平剂和消泡剂多为聚醚改性有机硅

  ● 成膜助剂为水不溶的高沸点溶剂

  建筑涂料的分散剂以聚羧酸盐为主,适合在高PVC体系中对无机颜填料浆料的降粘及稳定。水性工业漆需要的分散剂多为嵌段共聚的分散剂,其所具有的锚固作用是向颜填料表面提供足够强的结合力,使分散剂分子不容易从颜料表面脱落,是分散剂发挥作用的前提。分散剂与颜填料作用力通常有以下几种:

  通过静电斥力、空间位阻作用稳定被机械力分散后的颜填料粒子。除此之外,还要求和成膜物质相容性好。如果相容性不好,色漆可能出现浮色、发花、絮凝,干燥后漆膜表面发生缺陷。

  阴离子通过静电斥力稳定无机颜填料粒子效果好,但和疏水性的成膜物质相容性不好,可见离子稳定基团难以兼顾优异的稳定性和好的相容性,在有机颜料水性分散剂中不宜多用。长链聚醚作稳定基团,能最大程度兼顾和成膜树脂的相容性,但稳定效果不如离子基团。

  和无规共聚物相比,嵌段或接枝结构形式的聚合物,能最大程度发挥分散剂中锚固基团和稳定基团的作用。

  棕色曲线为聚羧酸钠盐均聚物ND8040研磨分散的滑石粉浆料,其与疏水改性的牛顿型PU流变剂ND1802基本上未形成有效的缔合作用,粘度几乎没有上升。其它带有一定的疏水基团的共聚分散剂则显示出缔合增稠的趋势(布鲁克菲尔德6转粘度)。

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