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现代水性涂料用助剂的配方评价及应用

来源:赫斯迈 2013-1-16 5:46:05 浏览4405次

 

21世纪,传统的溶剂型涂料依然占据涂料的大部分市场,但水性涂料已经占到了20%以上的份额,并且在一些地区尤其是欧洲正在快速增长,另外高固体分涂料也有10%的份额,粉末涂料大约有8%的份额。

1水性涂料体系

近年来,水性涂料得到青睐的主要原因是其大大降低了对环境的污染,并具有容易施工、快干、性能较好的特点。水性体系在很多领域中得到使用,例如:油墨、建筑涂料、木器、家具涂料和一般工业涂料。在欧洲,水性涂料在汽车原装漆中也起着越来越重要的作用。

1.1气泡控制

1.1.1气泡控制

水性体系在生产和使用过程中,经常遇到气泡的问题。所以,在水性体系中气泡的产生和气泡的特性成为了许多论文的主题。为了达到特殊的效果,经常在体系中加入表面活性剂。在水性体系中,典型的表面活性剂包括将疏水基料乳化在水中的乳化剂,有为了将颜料分散成稳定的分散体所需要的润湿和分散助剂,还有为了达到良好的基材润湿效果所添加的基材润湿剂。表面活性剂通过迁移到界面(气/液、气/固或液/固)而起作用,一般都会降低涂料的表面张力。一个不希望得到的副作用是含有表面活性剂的液体会稳定气泡。不论液体中是否含有表面活性剂,都会产生球形气泡。产生的气泡有两种:当表面活性剂存在时,气泡的薄壁被表面活性剂包覆,或者在不含表面活性剂的液体中,产生单纯的气泡薄壁而没有表面活性剂的包覆。含有空气的气泡有向液体表面迁移的趋势,这时,液体中是否含有表面活性剂对气泡在空气界面中的表现会产生非常大的不同效果。

1.1.2产生气泡的原因

如前所述,空气被混合到水中就会产生气泡。所以在涂料生产和涂料施工时,都会引发气泡的产生。另外,在涂料固化反应时会产生气体,当涂料被施工到多孔的基材上时,也会产生气泡问题。在涂料施工中防止产生气泡是最困难的事情,因为有很多空气会因为施工而被带入涂料体系。克服施工带来气泡的有效方法是使用薄膜过滤或无气喷涂,其他施工方式如辊涂或刷涂都会带给涂料很多气泡。但无气喷涂也会造成气泡问题,不仅搅拌时会将空气带入涂料,而且压力喷出时,都会有空气带入涂料。当涂料从喷嘴出来时,它会进一步被大气中的空气所饱和。更严重的气泡问题同样出现在有气喷涂施工方法中,当涂料干燥固化时,气泡由于无法以足够快的速度逃逸出来,从而造成爆泡和针孔的漆膜病态。

1.1.3气泡稳定机理

球形气泡是空气在液体中分散而产生的,它只有在高黏度或含有表面活性剂的介质中才能稳定存在。气泡上升的速度与固体圆球一样,遵循Stokes(斯托克斯)定律。然而,较大的气泡上升速度经常偏离理论的模型,尤其当表面活性剂存在时。球形气泡只能在一定的气泡堆积(六边形接近球形堆积)密度下存在,如果在此基础上进一步增加堆积密度,球形气泡会转变为所谓的多面体气泡,这种形式的气泡对消泡来讲更为重要。

1.1.4消泡剂配方

消泡剂必须是含有可以影响如上所述的气泡稳定机理的物质。典型的消泡剂含有:有效物质、表面活性物质和载体液体。有效物质是那些可以防止气泡产生或可以消除存在的气泡的物质,有效物质种类的选择很大程度上取决于被消泡体系的介质的性质,而涂料体系本身的复杂性使这个选择变得比纯净液体更加复杂。合理地选择表面活性物质是影响消泡剂效果的重要因素,同时也会影响漆膜的表面效果。表面活性物质主要在气体界面影响消泡剂的效果,即引入有效物质(例如:疏水二氧化硅)与稳定气泡的结构接触,但本身不能象一些有机硅共聚物或氟碳来稳定气泡,另外,也不会产生一般表面活性剂所产生的表面弊病(如缩孔或针孔)。载体液体可以将一般的疏水有效物质非常均匀地转移到亲水的介质中,这类液体的表面张力一般比要消泡的体系低,所以它可以帮助润湿气泡薄壁。脂肪族和芳香族矿物油、混合溶剂,甚至水,如果是油/水乳液,都可以作为载体液体使用。所有在消泡剂配方中使用的有效物质都遵循同样的机理:通过不相容性扩散和表面活性剂的吸收。消泡剂有效物质的选择取决于想要使用的体系,上面所述的矿物油消泡剂对低光和半光的丙烯酸乳液、苯丙乳液和醋酸乙烯乳液非常合适。对于半光到高光的涂料,矿物油的存在会引起光泽下降。一般来说,涂料光泽要求越高,对消泡剂的选择就越苛刻。对于一个给定的涂料体系而言,消泡剂要有一个独特的不相容性,否则,消泡剂就可能迁移到空气界面,也就不能消除被稳定的气泡了。不相容性的物质可能引起鱼眼、缩孔和表面涂布不均等弊病。为了克服这些副作用,消泡剂配方必须有一系列的不同有效用量和载体液体可供选择。疏水的聚醚改性硅氧烷一般对起泡的体系(水/表面活性剂溶液)有非常高的不相容性,但同时,与典型的基料有一定的相容性。这样就可以有非常高的消泡效率,同时可以尽可能地降低产生缩孔的危险。由于聚醚改性硅氧烷即使没有疏水固体颗粒也可以有非常高的消泡效率,因此,可以作成不含二氧化硅的消泡剂,这样就不容易对涂层产生不良影响。疏水的合成气相二氧化硅对消泡效果有显著影响。具有消泡性的气相二氧化硅的比表面积为50~400m2/g,平均粒径0.01~1.0μm。如果疏水性硅酸(气相二氧化硅/载体溶液混合物)的黏度接近液膜,将获得适宜的消泡性。疏水物质用于消泡剂会引起各种表面缺陷。主要是因为缺陷点不能被再润湿。根据消泡剂的类型和相应要求,疏水性硅酸在最终混合物中的含量一般不应超过15%。例如,中高颜料体积浓度(PVC)的涂料比低PVC涂料产生表面缺陷的倾向要小,这时,消泡剂配方可含有较多的气相二氧化硅。