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水性木器涂料中分散剂的选择与应用

来源:君子兰化工(上海)有限公司 作者:杨艳丹,赵民 时间:2018-09-07 点击:
导读:针对3种不同乳液体系,对10种分散剂进行评估。包括耐沾污性、调色后指研色差、白漆贮存后黏度细度变化、黏度变化等方面进行了测试和评估,得出了针对不同性能要求的涂膜所需要选择的分散剂。
0 前 言
木器涂料的水性化近几年来在环保驱动和政策压力的形势下得到良好的发展。为了得到令消费者满意的涂膜效果,水性木器涂料离不开各种各样水性助剂的帮助。其中水性白漆对于水性涂料来说,由于其可以装饰各种不同的外观不甚美观基材如密度板、三聚氰胺板、橡胶木等,还调配各种绚丽的色彩,深受大众的喜爱,在水性木器涂料的市场中占有很大的份额,为了让其更好地为消费者服务,尚需要处理好以下一些问题:(1)耐沾污性差,主要是耐茶、耐咖啡有明显印记;(2)调色后,容易出现浮色的情况,在施工中主要表现为喷涂不同厚度、不同的干燥温度会出现颜色差异的情况。
以上的这些问题除了受乳液的影响,分散剂起着很重要的作用。选择适合的分散剂,能够提高颜料的着色力,提高贮存稳定性,保持颜色的均匀性。因此,为解决以上两个问题,笔者选用了3个体系,针对不同厂家的10种分散剂进行了包括耐沾污性、调色后指研色差、白漆贮存后黏度细度变化等方面进行了测试和评估,得出了针对不同性能要求的涂膜所需要选择的分散剂。
 
1 实验部分
1.1 主要原料及设备
金红石型钛白粉,工业级;丙烯酸乳液、丙烯酸改性聚氨酯分散体,欧宝迪、DSM;消泡剂、润湿剂,毕克化学;流变助剂、增稠剂,毕克化学、德国明凌化工;分散剂,毕克化学、迪高、维波斯新材料。
电子天平,ME3002E,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;斯托默黏度计,BROOKFIELD KU-2;细度板:量程为100 μm的刮板细度计,上海现代环境工程技术有限公司;色差仪,X-Rite® SP62-162,爱色丽公司。
1.2 样漆制备
分别制备出A、B、C3种清漆和10种不同分散剂的白浆,然后将清漆和白浆按照70∶30(质量比)分散调配而成不同的白漆。其中A和B体系为丙烯酸乳液体系,C体系为丙烯酸改性聚氨酯乳液体系。10种分散剂分别为D190、X、D192、D194N、D199、D2010、BYK-LPN 23144、Y、4060、4090。具体方案见表1、表2。
清漆配方
白浆配方
注:分散剂添加量为分散剂有效成分/钛白粉=4%。
1.3 测试方法
耐沾污性测试:由于板材大小有限制,选择了5个厨房常用试剂来测试,咖啡24 h、绿茶24 h、酒精24 h、食醋24 h、芥末1 h。
指研测试:用100 μm的线棒将涂膜刮涂与黑白卡纸上,待涂膜半干时,用手指在白卡纸的涂膜表面顺时针研磨到黏度增大,接近快研磨不动时,放置待干后,50 ℃烘箱烘1 h后,测试研磨区域与未研磨区域的色差。
细度测试:参照QB 8002—2000方法进行测试。
黏度测试:用斯托默黏度计测试样品的黏度值。
 
2 测试结果
2.1 分散剂对耐沾污性的影响
分散剂对于丙烯酸乳液A体系的耐沾污性影响测试结果参看表3。从表3可以看出,分散剂对于耐芥末和耐醇的影响差异都不是很大,对于耐咖啡、绿茶、醋来说,BYK-LP N 23144是最好的,其次是X、D192,最差的为4090、D194N。
分散剂对A体系耐沾污性的影响
分散剂对于丙烯酸乳液B体系的耐沾污性影响测试结果参看表4。从表4可以看出,分散剂对于耐芥末和耐醇的影响差异都不是很大,对于耐咖啡、绿茶、醋来说,BYK-LP N 23144是最好的,其次是X,D192的耐醋性不是很好,最差的为4090、D194N。
分散剂对B体系耐沾污性的影响
分散剂对于丙烯酸改性聚氨酯C体系的耐沾污性影响测试结果参看表5。从表5可以看出,分散剂对于耐芥末和耐醇的影响差异都不是很大,对于耐咖啡、绿茶、醋来说,BYK-LP N 23144是最好的,其次是X,
分散剂对C体系耐沾污性的影响
综合3种体系的测试结果,对于耐沾污性的测试结果一致,耐沾污性最好的分散剂为BYK-LP N23144,其次为X,最差的为4090、D194N。涂膜耐沾污性的好坏主要还是与涂膜的致密性有关,对于BYKLPN 23144和X来说,涂膜的致密性更高,对于茶和咖啡中的单宁酸和咖啡因有良好的阻隔作用,不能渗透到涂膜之中[2]。
2.2 指研测试
调节一个浅灰色分别加入3个体系中。分散剂对于丙烯酸乳液A体系的指研色差影响测试结果参看图1。对于A体系来说,指研色差普遍较大。指研色差最小的所用分散剂为4090和D190分别为0.78和0.87,色差最大的为D199和4060,分别为3.52和3.51。
A体系指研色差图表ΔE
分散剂对于丙烯酸乳液B体系的指研色差影响测试结果参看图2。对于B体系来说,指研色差个体差异性较大,最大色差和最小色差跨度大。指研色差最小的所用分散剂为4090、Y、X,分别为0.39、0.43、0.55,色差最大的为D194N和4060,分别为2.38、1.96。
B体系指研色差图表ΔE
分散剂对于丙烯酸乳液B体系的指研色差影响测试结果参看图3。对于C体系来说,指研色差普遍比另外两个体系要小。指研色差最小的所用分散剂为D2010、BYK-LP N 23144,色差最大的为D194N、Y和X。
C体系指研色差图表ΔE
综合3个体系的指研情况来看,不同的体系,不同分散剂起的作用并不一致。产生这样的结果主要是色浆与不同分散剂、不同乳液之间存在不同的协同作用,具体来说就是存在相容性的问题[2],因此对于色浆在体系中的稳定性影响也会不同。所以在实际应用中,对于调色要求较高的产品,还是应针对不同的体系具体来筛选分散剂。
2.3 细度测试
A体系采用不同分散剂在分散后第2 d、半个月、1个月的不同时间对细度的影响见图4。由图4可以看出,随时间的变化,细度变化会有曲线波动,但是变化不大。D194N、D190、X的细度比较小,在20 μm左右。
A体系细度变化图
B体系采用不同分散剂在分散后第2 d、半个月、1个月的不同时间对细度的影响见图5。由图5可以看出,随时间的变化,大部分样油细度变化会有曲线波动,基本上呈增长趋势。D190、X的细度比较小比较稳定,BYK-LP N 23144变化最大,从25 μm增长到50μm,4060和D194N变化也比较大。
B体系细度变化图

C体系采用不同分散剂在分散后第2 d、半个月、1个月的不同时间对细度的影响见图6。由图6可以看出,随时间的变化,大部分样油细度变化会有曲线波动,但是变化不大。D2010、D194N、D190、X、D199的细度比较小比较稳定,在20 μm左右,但是对于D192变化很大,从15 μm增长到55 μm,4090也从50 μm增长到65 μm。
C体系细度变化图
综上所述,这几种分散剂对细度的影响也在这3个体系中比较一致,细度最小的所用的分散剂为D190、X、D194N。
2.4 黏度测试
追踪3个体系采用不同分散剂的样漆的斯托默黏度计测试变化。A体系采用不同分散剂在分散后第1 d、第2 d、半个月、1个月的不同时间对黏度的影响见图7。
由图7可以看出,不同分散剂对A体系黏度大小的影响是不一样的,其中D190、4090,X的黏度比较大,其他几个黏度小些;对于A体系来说,随时间的变化,会有微小的减小趋势,但是基本可以认为黏度比较稳定。
A体系黏度变化图
B体系采用不同分散剂在分散后第1 d、第2 d、半个月、1个月的不同时间对黏度的影响见图8。由图8可以看出,不同分散剂对B体系黏度大小的影响差异性不如A体系大,其中X、4090的黏度偏大些;对于B体系来说,随时间的变化,会有微小的减小趋势,但是基本可以认为黏度比较稳定。
C体系采用不同分散剂在分散后的第1 d、第2 d、半个月、1个月的不同时间对黏度的影响见图9。由图9可以看出,不同分散剂对C体系的黏度大小的影响差异性不如A体系大,其中4090的黏度偏大些;对于C体系来说,随时间的变化,黏度比较稳定。综上所述,对于该3种体系来说,所用的这10种分散剂均没有对样漆产生后增稠的作用。
 
3 结 语
(1)分散剂对白漆体系耐茶、耐咖啡等耐化学品性有着十分重要的影响,分散剂在这3个体系中的影响趋势一致,表现最好的为BYK-LP N23144、X,对于橱柜、餐桌这些耐化学品要求较高的家具涂料可以使用这一类分散剂。
(2)对于指研色差来说,不同体系,结果很不一样,甚至相反。在这几种体系中表现较好的为:A体系:4090、D190;B体系:4090、Y、X;C体系:D2010、BYK-LP N23144、D190。因此对调色要求高,这3个体系可以考虑使用这几种分散剂。但是其他体系还是需要重新筛选。
(3)分散剂对细度的影响也在这3个体系中比较一致,细度最小的主要是D190、X、D194N。
(4)分散剂对白漆体系黏度的影响,在这3个体系中均无后增稠现象的产生。
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