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        水性涂料的分水問題
        文章作者admin: 時間:2021-05-28 08:44

        隨著人們對環保要求越來越高,國家對涂料VOC 排放進行了嚴格的限制,開發無污染的綠色涂料至關重要。水性涂料日趨成為涂料大家庭中的主流產品。水性涂料是以水為分散介質與成膜物、顏填料、助劑互相配伍而制成。如水性木器漆、水性鋼構漆、水性內外墻涂料等在近幾十年中得到極大發展。由于大部分顏填料密度都在2 左右,和水相差比較大,顏填料在重力場中由于密度的差異,顏填料下沉是必然趨勢。

         

        同時,顏填料粒子在水中受到水的潤濕而使粒子凝聚,微團長大而下沉。如何通過涂料本身的配方設計減緩顏填料的下沉(即分水)是廣大涂料工作者一直努力解決的問題。目前市場上大部分涂料或多或少存在著“分水”問題,影響了涂料的貯存期,影響了涂料的施工性和涂膜性能。有關水性涂料“分水”問題的研究尚未見報道。本文在多年涂料生產與研究的基礎上,分析了“分水”產生的原因,從分散體系和增稠體系入手,仔細研究了分散劑種類,數量,增稠劑種類等對“分水”的影響,實驗取得了滿意的結果。1. 實驗1.1 “分水”表征以內墻乳膠漆配方為例,將制備好的產品放在試管中貯存,分別以1 個月,3 個月,6 個月,12個月為時間段,考察“分水”現象。以漂浮在上方的水溶液的高度(mm)作為“分水”嚴重程度的判別。1.2 配方設計以內墻乳膠漆作為研究問題的實例,具有一定的代表性。因為內墻涂料更考慮成本問題,顏填料大約占涂料重量的50%左右,尤其是填料較其它水性涂料所占比例更多。如此大量的粉體材料更易產生“分水”現象。

         

        1.3 內墻乳膠漆制備過程按表1 配方,先稱取水、分散劑、消泡劑、成膜助劑、乙二醇在高速分散機上慢速攪拌均勻,攪拌下慢慢篩人纖維素攪拌均勻。然后分別加入銳鈦型鈦白粉、重鈣、滑石粉、高嶺土,攪拌均勻后高速分散30min(25000r/min),當細度«45μm 后慢速加入苯丙乳液,攪拌均勻,用氨水調節pH=8.5 左右,最后用液體增稠劑調節黏度在8000mpa.S,過濾,包裝。
        2. 結果與討論2.1 分散劑種類對“分水”影響研究陰離子型,陽離子型,非離子型,高分子型及高分子型加無機六偏磷酸鈉(重量比為1:1)五種類型分散劑對“分水”的影響。用量均為0.5%(重量百分數,下同),增稠體系以羥丙基甲基纖維素和聚丙烯酸類液體增稠劑配伍,表1 配方中的其它組分及百分比不變。結果如下:
        從以上可以看出,五種類型的分散劑以高分子型分散劑為優,尤其是高分子型多羥基硬酯酸聚酯與無機六偏磷酸鈉配伍更佳。這可能是由于高分子分散劑的錨定基團一端與成膜物纏繞吸附,另一端與顏填料粒子包附,使得粒子微團之間相互隔離,使得顆粒間空間排斥能增大,粒子表面形成雙分子結構牢,外層極性端與水親和力更強,增加了固體粒子被水潤濕的程度,粒子間斥力更大。而六偏磷酸鈉的加入,增加了電荷的數量,提高形成立體阻礙的顆粒間的作用力,進一步防止了微團的團聚。同時,它的加入降低有機分散劑的用量,因有機分散劑過量在高速分散時會帶來更多的泡沫。

         

        2.2 分散劑用量對“分水”性能的影響分散劑是一種在分子內同時具有親水和親油兩種相反性質的界面活性劑,可以均一分散那些難于溶解于液體的無機,有機填料的固體,同時能防止顆粒沉降和凝聚。因此分散劑在涂料制備中起著非常關鍵的作用。其用量一般為母料質量的1-5%。實驗結果如下:
        由表3 可以看出,分散劑用量為母料質量的0.5%時,“分水”嚴重。當分散用量增加到1%~2%時,各種分散劑“分水”情況明顯好轉,但從1%增加到2%時,各種分散劑對“分水”結果影響不大。說明0.5%用量的分散劑不能很好包覆顏填料粒子,產生的排斥能低,微團易團聚。2.3 增稠劑對“分水”性能的影響纖維素類增稠劑對水相增稠效率高,在水性涂料中得到廣泛使用。其增稠機理是疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵結合,提高了聚合物本身流體體積,減少了顆粒自由活動空間,從而實現增稠。纖維素類增稠劑的使用對涂料施工性能有一定的影響,容易造成飛濺,流平性差等。分子量越大影響越嚴重。涂料產品要保證一定出廠黏度,一般用液體增稠劑調節。廣泛使用的液體增稠劑是丙烯酸類增稠劑和締合型聚氨酯增稠劑。丙烯酸類增稠劑是通過羧酸根離子的同行靜電排斥力,分子鏈內螺旋狀伸展為棒狀,另外它還通過在乳膠粒子與顏填料之間形成立體網狀結構,實現增稠。締合型增稠劑是分子中引入了親水團和疏水基團,在水中形成膠束,膠束和聚合物粒子締合形成網狀結構使液體增稠。

         

        以上述高分子型多羥基硬酯酸聚酯與無機六偏磷酸鈉按1:1 配伍作為分散體系,按表1 配方制備乳膠漆,考察不同纖維素增稠劑和液體增稠劑對“分水”的影響。詳見表4 和表5在乳膠涂料中纖維素起主要增稠作用,液體增稠劑主要起調節黏度的作用,用量較小,但作用很大。它不但對“分水”性能有重要的影響,而且對涂料施工,漆膜性能有重要影響。
        由表4 可以看出,羥丙基甲基纖維素對擬制“分水”效果最好,羥乙基纖維素隨著分子量的減小,“分水”越來越嚴重。這可能因為羥丙基纖維素與乳膠和顏填料形成的纏繞網狀結構性能更強,不易使網狀結構破裂而發生微團團聚。而羥乙基纖維素隨著分子量的增加,疏水性能更好,纏繞的網狀結構逐漸增強的原因使“分水”下降。而羧甲基纖維素由于和水相容性更好,形成的纏繞網狀結構較弱,因此更易“分水”。
        表5 是在配方中其它成分和用量確定下,專門討論兩種常用液體增稠劑對“分水”性能影響。結果表明,采用聚丙烯酸類增稠劑效果更好,其原因是聚丙烯酸類增稠劑羧酸根離子在乳膠和顏填料間架橋形成網狀結構,而締合型增稠劑可能與相鄰的乳膠粒子存在相互作用,引起乳膠分層。3. 結論第一,水性涂料,尤其是乳膠涂料,采用高分子型多羥基硬酯酸聚酯分散劑與無機六偏磷酸鈉配伍有優良的抗“分水”能力,用量為母料的1%左右。

         

        第二,纖維素增稠劑應選用羥丙基甲基纖維素或分子量更大的羥乙基纖維素,以羥丙基纖維素最優。
        第三,液體增稠劑以聚丙烯酸類為佳。不僅能抗“分。
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