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彩色温变隔热涂料

助剂对水性环氧树脂涂料性能影响

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【摘要】:
摘要:介绍了水性环氧树脂涂料的制备工艺,讨论了分散剂、增稠剂、消泡剂、润湿剂及颜料添加量对涂料稳定性、耐水性、光泽度等性能的影响,确定了最佳助剂添加量为:分散剂1.5%、润湿剂0.2%、流平剂0.3%。

0 引言

  随着人们环保意识的不断增强,低VOC环保型水性涂料得到高度重视[1]。涂料助剂在涂料组分中扮演着重要的角色,助剂的选择和添加对水性涂料的性能和应用产生重要的影响[2],目前针对性研究某种单一特定的水性涂料助剂(如消泡剂、流变剂、增稠剂等)对水性涂料性能影响的报道较多,但对于集中详细讨论多种助剂对水性环氧树脂涂料性能影响的研究却鲜有报道。

  本文制备出水性环氧树脂涂料,综合系统地讨论分散剂、增稠剂、消泡剂、润湿剂及颜料用量对水性环氧树脂涂料涂膜性能的影响。

1 试验部分

1.1 试验原料

  所用试验原料见表1。

1.2 水性环氧树脂涂料的制备

  首先进行制浆,将制得浆料按照一定配比与水性环氧树脂乳液混合,再视乳液状态及所需性能添加多种助剂,制备出水性环氧树脂涂料,制备流程见图1。

1.3 涂膜性能测试

  采用刷涂法将涂料均匀平整地涂于马口铁板上,待其充分干燥后,获得均一的水性环氧树脂涂膜。参照GB/T 6739—2006《色漆和清漆 铅笔法测定涂膜硬度》、GB/T 9286—1998《涂膜的划格试验》、GB/T 9754 —2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆涂膜光泽度测定》及GB/T 1733—1993《涂膜的耐水性测试》,对涂膜的硬度、附着力、光泽度及耐水性进行检测。

2 结果与讨论

2.1 分散剂对涂膜性能的影响

  分散剂添加量对涂膜性能的影响见表2。

  由表2可知,分散剂的添加对涂料的分散效果、稳定性有促进作用,涂膜的耐水性、流平性等也随之增强,但分散剂过量时,涂膜性能又明显下降。

2.1.1 分散剂影响涂料的稳定性

  颜填料表面自由能较高,当分散剂用量不足时,颜填料不能完全被包覆,因此涂料体系的自由能较高,容易产生团聚并沉降,降低涂料的稳定性;随着分散剂用量的增加,分散剂能够将颜填料完全包覆,进而防止颜填料在体系中发生团聚现象,增强分散性;但当m(分散剂)>1.5%时,体系中粒子呈卷曲状结构,使体系中微粒间的结合强度不足,水性涂料趋于不稳定。

2.1.2 分散剂影响水性涂料的耐水性

  分散剂的分子结构中有亲水基团,亲水性强,因此当分散剂溶于涂料中会使得涂膜的吸水率提高,耐水性降低。所以实际应用时,在确保除耐水性外其他性能满足需求的同时,分散剂用量要尽量小。

2.1.3 分散剂影响涂料的光泽度

  分散剂有助于钛白粉的分散,能够有效增强分散效果,良好的分散效果有利于降低浆料的细度,提高光泽度。

2.2 增稠剂对涂膜性能的影响

  增稠剂是通过改变乳液中胶粒间结构起到增稠作用的。添加增稠剂前乳液胶粒彼此相互缠绕,黏度较低;随着增稠剂的添加,当体系临界胶束浓度低于增稠剂浓度时,水性环氧树脂乳液中的胶粒会吸附在增稠剂亲油端形成网络结构,从而增大黏度[3-4];但当增稠剂过量时,会导致涂膜表面光泽度显著降低。

2.2.1 增稠剂影响涂料的稳定性

  由于增稠剂的存在,乳液中胶粒间缔合为网络结构,可有效抑制颜填料的聚集现象,从而提高稳定性。

2.2.2 增稠剂影响涂料的耐水性

  涂膜耐水性随着增稠剂的增加而下降,增稠剂分子结构中亲水基团的存在使得外界水分子会通过涂膜表面渗入到内部,致使涂膜耐水性降低。

2.2.3 增稠剂影响涂料的光泽度

  当涂料体系黏度较低时,适量的增稠剂可有效改善其流平性,致使形成的涂膜表面趋于光滑,减小表面粗糙度,从而增强光泽度。但若增稠剂添加量过大,涂料体系黏度迅速增加,高黏度涂料在涂装干燥过程中很难保持其光滑平整性,致使光泽度降低。

2.3 消泡剂对涂膜性能的影响

  消泡剂在涂料体系中的抑泡效果较为明显,但消泡剂的添加量需要严格把控。当添加过量时,涂层会出现明显的缩孔现象,消泡剂用量对涂膜其他性能影响不大。

  消泡剂抑泡的原因在于消泡剂的表面张力较低,当低表面张力的消泡剂分散到水性环氧树脂乳液中,会立刻吸附于气泡液膜表面,从而降低其表面张力。但稳定的乳液体系需要维持胶粒间力的平衡,因此具有低表面张力的消泡剂包覆着的气泡会流向表面张力高处的液体,在此过程中液膜壁厚逐渐变薄,稳定性下降,直至气泡破裂[5]。但若添加过量,大量的低表面张力点集聚,在维持体系力的平衡过程中,易出现集中破裂,从而形成缩孔。

2.4 润湿剂对涂膜性能的影响

  贝纳尔德旋涡现象常发生于涂料的成膜干燥过程中,水与助溶剂的挥发使得表面张力下降,致使涂膜易产生针孔、缩孔、缩边、橘皮等缺陷,适量润湿剂的添加能够缓解此类缺陷,也能削弱涂膜干燥时产生表面张力的不均衡,提高流动性,保持涂膜的平整度[6-7]。不同润湿剂添加量对涂膜性能的影响见表3。

  由表3可以看出,适量的润湿剂能有效提高涂料的流平性,且随着润湿剂添加量的增加,涂膜的光泽度、附着力均有所改善。但润湿剂过量时,会出现缩孔现象。此可归因于聚醚类高分子材料润湿剂的低表面张力影响,当润湿剂过量,体系中低表面张力点剧增并迅速流向高表面张力处,因而形成缩孔。

2.5 流平剂对涂膜性能的影响

  流平是涂料在表面张力作用下,在基材表面不断缓慢收缩至最小面积并形成平面的过程。涂料分子在流平过程中不断运动,形成贝纳德漩涡现象,从而影响流平性。涂膜在成膜过程中易出现针孔、流挂等缺陷,多为流平性不佳引起的。由于涂料黏度在流平时逐渐增大,体系分子不断运动形成贝纳德漩涡[8]。不同流平剂添加量对涂膜性能的影响见表4。

  由表4可以看出,适量的流平剂可有效提高涂膜的流平性,良好的流平能够适度提高涂膜硬度,同时也可改善涂膜外观。

2.6 颜料对涂膜性能的影响

  颜料添加量对涂膜(涂料)性能的影响见表5。

  由表5可以看出,适量添加颜料可提高涂层的附着力。此可归因于:颜料二氧化钛具有小尺寸效应,能够与基体形成良好的界面结合,再加之二氧化钛表面活性极强,与基材表面分子间的作用力较强,因此提高了涂层附着力。

  颜料影响涂层光泽度可归因于:一方面,颜料的添加会增强涂料的遮盖力,因此提高涂膜对光的吸收和散射能力,致使光泽度降低;另一方面,成膜时裸露在表面的钛白粉微粒会增加涂膜表面粗糙度,光线射入时可产生漫反射,致使光泽度降低。

  随着颜料的添加,涂膜耐水性随之降低。颜料影响涂膜的耐水性可归因于:颜料中的二氧化钛因Ti—O键的极化解离作用而具有较强的亲水性,因体系中分子不断运动,具有亲水性的裸露在外的二氧化钛分子会迁移至涂膜表面,因而降低其耐水性。

  颜料影响涂料稳定性是由于过量颜料的添加致使大量的钛白粉颗粒裸露在外而未被包覆,这些颗粒因表面能的减小而发生团聚,从而降低涂料稳定性。

3 结语

  本文主要研究了助剂和颜料对水性环氧树脂涂料稳定性、光泽度、耐水性等性能的影响。制得综合性能良好的水性环氧树脂涂料所需助剂添加量为:润湿剂0.2%、流平剂0.3%、分散剂1.5%。

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