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功能助剂在高固体分丙烯酸聚氨酯涂料中的应用,介绍了一种高固体分丙烯酸聚氨酯涂料的制备工艺及性能测试方法,中国化工网,okmart.com
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功能助剂在高固体分丙烯酸聚氨酯涂料中的应用,介绍了一种高固体分丙烯酸聚氨酯涂料的制备工艺及性能测试方法
2019年10月05日    阅读量:392    新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

0 前言
丙烯酸聚氨酯涂料因其具有优异的装饰性、附着力、机械力学性能、与其他树脂相容性好等性能被广泛应用在汽车、船舶、农业机械、工程器械等诸多领域,是综合性能最佳的涂料品种之一。但是,传统的丙烯酸聚氨酯涂料存在VOC含量高、施工固体分低(要达到要求膜厚,需要多次薄喷)的缺点,不仅VOC挥发量大,污染环境,而且费工,施工周期长。


随着环境保护法律法规的日益健全和完善,国家和人民对环境保护理念越来越重视,高VOC含量的涂料将逐渐被行业与市场所淘汰,高固体分涂料在未来市场将占据主要份额中国化工网okmart.com


在高固体分涂料的制备过程中,功能助剂的作用至关重要,本文通过对高固含量丙烯酸聚氨酯用助剂的筛选,制备出一种施工黏度下VOC<420 g/L的丙烯酸聚氨酯涂料,同时耐候性优异、弹性好、施工效率高。在响应国家环保政策的前提下,满足行业客户的需求,具有广阔的市场前景和经济效益。

1 实验部分
1.1 实验原材料及基础配方
色漆组分主要原料:羟基丙烯酸树脂、钛白粉R706、中黄、MA100、分散剂、抗流挂助剂、流平剂、消泡剂、混合溶剂(自制)、异氰酸酯、丁酯、PMA、T-12等。实验原材料信息及基础配方如表1所示。
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1.2 实验仪器设备
砂磨机,QSM-Ⅱ型,天津市精科联材料试验机有限公司;电热恒温鼓风干燥箱,TST202A-1B,成都特斯特仪器有限公司;多功能搅拌机,U450/80-220,上海微达工贸有限公司;电子天平,TC3K,常熟市双杰测试仪器厂;涂4#黏度计,NDJ-5,上海平轩科学仪器有限公司;数显式比重计,YMS(0.1-5.0),青岛创梦仪器有限公司。
1.3 实验工艺及性能检测
(1)先把部分羟基丙烯酸树脂、抗流挂助剂配料反应釜A,高速搅棒均匀高速搅拌0.5~1.0 h至所需的细度,待用。
(2)慢速搅拌部分树脂、分散剂、溶剂、颜料配料反应釜B,分散均匀后,高速搅拌0.5~1.0 h后,至所需的细度。
(3)将反应釜B中的物料加入反应釜A中,补足剩余树脂、助剂溶剂,低速搅拌30 min,用100目筛网过滤后出料包装。
表2为涂料性能检测方法。
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将涂料的色漆组分和固化剂组分按照质量比5∶1混合均匀后倒入喷漆罐中,调整好喷枪压力和流量,将涂料均匀喷涂在样板,干膜厚度为25 μm、50 μm、80 μm、100 μm等,标准条件下[温度23 ℃,相对湿度(50%±10%)]养护后测试。
2 实验结果与讨论
2.1 抗流挂助剂的选择
高固体分双组分聚氨酯,施工膜厚较高,因此需首先选择合适的抗流挂助剂种类及其合适的添加量。
2.1.1 不同种类抗流挂助剂的筛选
对常用的4种抗流挂助剂进行筛选,参照表1中基础配方设计A、B、C、D 4种实验方案,对制备的涂料进行抗流挂性、触变性、涂膜外观等性能测试,具体测试结果如表3所示。
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从表3中可以看出,本实验产品为面漆产品,因此选择对涂膜外观影响较小的聚乙烯蜡和聚酰胺蜡进行实验,聚乙烯蜡虽然触变性较差但可以防止硬沉淀。最后选定聚酰胺类抗流挂助剂配合聚乙烯蜡配合使用。由于普通聚酰胺蜡对温度敏感,易返粗,因此选用了改进品种。


2.1.2 抗流挂助剂添加量的筛选
通过2.1.1中实验结果,本实验选用聚酰胺蜡作为高固体分丙烯酸聚氨酯涂料的抗流挂助剂,因此需对其最佳用量进行测试。本实验设计添加量分别为0、0.5%、1%、1.5%4种,测试涂料的抗流挂性、流平性及涂膜的光泽度。具体测试结果如表4所示。.
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通过表4中实验结果,当聚酰胺蜡助剂添加量为1%时,制备的涂料既有良好的抗流挂性,又有优良的涂膜外观。
2.2 分散剂的筛选
根据本厂的实际生产情况,一般采用树脂加颜料混色研磨生产工艺。因此分散剂要具有良好的通用性,优异的润湿分散能力,以减少浮色、发花、贮存后褪色、返粗等弊病。
润湿剂是有润湿作用通过降低颜料与树脂溶液接触角的物质,加速液相进入附聚的颜料结构体中。分散剂是吸附在颜料表面,通过电荷相斥和空间位阻作用来保持合适的颜料间的距离,这样减少了不受控的絮凝,提高颜料展色力、贮存稳定性、减少颜料用量。常用的分散剂种类及作用机理有4种,具体信息如表5所示。
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根据以往实验经验,分散剂对涂料研磨效率、贮存稳定性、贮存涂膜后色差等性能影响较大。本实验选用8种分散剂进行实验,其中,1#、3#和8#为改性聚氨酯高聚物,2#、4#和6#为饱和多元羧酸聚合物与聚硅氧烷共聚物的混合物,5#和7#为含颜料亲和基团的高分子嵌段共聚物,具体测试结果如表6所示。
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通过表6中实验对比,1#、3#和8#分散剂在分散效率和贮存稳定性方面较差,6#分散剂贮存后对涂料色差影响较大,故舍弃。2#、5#和8#分散剂虽然分散效率和贮存后色差较好,但是对于复色漆贮存后外观不及7#分散剂,7#分散剂制备的涂料综合性能最好,因此选定7#分散剂方案为本实验的最佳分散剂。
2.3 流平剂的选择
流平剂的选择非常重要,这直接影响涂膜的外观,因此和分散剂一样进行不同的类型合理搭配使用,以取得优异的外观效果。表7为不同种类流平剂对涂料性能影响结果。
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从表7中可以看出,聚硅氧烷类流平剂可以为涂料提供较好的底材润湿性,同时增加了表面滑爽,阻止贝纳德漩涡形成,而流平和光泽均得到改善,在高固体分聚氨酯涂料中应用最多。但应避免添加过量,以免出现稳泡现象,不同助剂生产厂家的助剂浓度、添加量不尽相同,因此具体添加量不再讨论。
2.4 消泡剂的筛选
由于高固体分涂料的一次成膜较厚(干膜大于80μm),因此消除涂膜中微小气泡非常重要,要使用一定的脱泡剂。本实验选用3种不同消泡剂对涂料的黏度、混溶性进行测试,具体测试结果如表8所示。
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A类消泡剂为破泡聚硅氧烷聚合物,该类消泡剂在使用极少量不相容物质时就呈现出优秀消泡能力,但需要分散均匀,以免造成缩孔现象;B类消泡剂为高聚合物类消泡剂,在重涂时对层间附着力无不利影响,但消泡效果不及硅类消泡剂;C类消泡剂聚硅氧烷−聚醚共聚物,消泡效果适中。
消泡剂的选择和流平剂关系非常大,有的消泡剂不加流平剂时消泡效果非常良好,但加入流平剂,功能立即减弱许多,需要注意。还有混合溶剂的表面张力不同挥发速率不同,对消泡剂也有非常大的影响。

3 结语
本实验通过对高固含丙烯酸聚氨酯涂料用助剂进行实验与分析,得出以下4点结论。
(1)随着聚酰胺蜡的增加,抗流挂性明显增大,同时随着触变的增大,消泡剂的量、消泡能力要随之加强。
(2)分散剂对涂料的贮存稳定性、抗流挂性也有非常大的影响。
(3)流平剂的类型及加量需进行筛选,防止暗泡、痱子等涂膜弊病的生成。
(4)消泡剂的选择和溶剂、流平剂、施工黏度有着较大的关系。



功能助剂在高固体分丙烯酸聚氨酯涂料中的应用
王建刚,张国芳,秦铁汉,范增军
(石家庄市油漆厂,石家庄 050086)



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