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水性丙烯酸涂料光泽的影响因素研究

来源:未知 作者:admin 时间:2020-01-21 点击:
导读:对水性丙烯酸涂料涂膜光泽的影响因素进行了研究
水性丙烯酸涂料光泽的影响因素研究
于国玲1,谢 欣2,3,马瑞见2,3,别玉超2,3,张继芳2,3,周兴奇2,3,王学克2,3,张少果2,3,丁志华2,3
(1.南阳农业职业学院,河南南阳 473000;2.南阳市水性环保涂料工程技术研究中心,河南南阳 473000;3.南阳卧龙漆业有限公司,河南南阳 473000)

0 前 言
近年来,环保法规的约束使水性涂料的发展如火如荼。水性丙烯酸涂料因具有优异的干燥性能、保光保色性好、低VOC、安全环境友好,在水性涂料中占有重要的位置,在木器、建筑、预涂装、工业防腐蚀等领域都有广泛的应用。因此,对水性丙烯酸涂料装饰性的要求也越来越高。控制好水性丙烯酸涂料的光泽指标非常重要。为此,笔者对水性丙烯酸涂料的配方进行研究,探讨了水性丙烯酸树脂的种类及用量、增稠剂和拼用树脂对水性丙烯酸涂料涂膜光泽的影响。

1 实验部分
1.1 原 料
水性丙烯酸乳液HD-1019C,上海训达新材料科技有限公司;水性丙烯酸树脂乳液HG-100,陶氏化学;水性丙烯酸树脂乳液Joncryl 8330,德国巴斯夫;水性丙烯酸树脂乳液SX-1420、RW-842,韩国韩华;水性环氧酯树脂YG-EE672A,北京阳光汇德环保科技有限公司;BGS酞菁蓝,杭州前进科技有限公司;金红石钛白粉R698,河南佰利联有限公司;增稠剂AR-540,上海都得化工有限公司;分散剂TEGODispers760W,德国迪高;B117消泡剂,广东中联邦;色素炭黑,山东省枣庄鑫源化工有限责任公司;铁黄,灵寿县峰联矿产品加工厂;醇酯12,河南宏业高新科技发展有限公司;亚硝酸钠、三乙胺,工业级;去离子水,自制。

1.2 水性丙烯酸涂料的制备
按表1准确称取1~4,加入料桶,搅拌加入5~9,高速分散20 min,上机研磨分散至细度20 μm以下,低速加入10~11搅拌均匀,缓慢加入12,中速分散10 min后加入13~14,搅拌均匀即得水性丙烯酸涂料。
水性丙烯酸涂料的基础配方 Table 1 Basic Formulation of Waterborne Acrylic  Coatings
1.3 样板的制备
样板材质为冷轧钢板,喷涂前需要打磨和脱脂。将制得的水性丙烯酸涂料兑水调至施工黏度45 s(涂-4#杯,25 ℃)后喷涂样板,湿膜厚度50 μm,室温干燥3 d后测试性能。

1.4 表征与性能测试
1.4.1 涂料性能
按GB/T 1728—1989《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测试涂料的表干和实干时间。按GB/T 1723—1993《涂料黏度测定法》用天津市中亚材料试验机厂的STM-Ⅲ型斯托默黏度计测涂料的黏度。

1.4.2 涂膜性能
按GB/T 9754—2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆涂膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》用珠海天创仪器有限公司的60°光泽度仪测量涂膜的60°光泽。按GB/T 1733—1993《漆膜耐水性测定法》(甲法)测试涂膜的耐水性。

2 结果与讨论
2.1 水性丙烯酸树脂的影响
2.1.1 水性丙烯酸树脂种类的影响
按表1固定实验条件和所有物料的用量,只改变水性丙烯酸树脂的种类,制备出一系列水性丙烯酸涂料。测试结果见表2。
不同水性丙烯酸树脂对涂膜光泽的影响 Table 2 Effect of Different Waterborne Acrylic Resin on  Film Gloss
由表2可以看出,不同的水性丙烯酸树脂对水性丙烯酸涂料涂膜光泽影响很大,用RW-842制备出的水性丙烯酸涂料涂膜光泽较差,用HG-100和HD-1019C光泽可达90%以上。这可能是与水性丙烯酸树脂的粒径大小及分布有关,水性丙烯酸树脂的粒径越小,粒度分布越窄,涂膜的光泽就越高;反之,涂膜光泽越差。

2.1.2 水性丙烯酸树脂用量的影响
选用水性丙烯酸树脂HD-1019C,按表1只改变水性丙烯酸树脂的用量,制得一系列不同乳胶用量的水性丙烯酸涂料,制板测试涂膜光泽见表3。
不同水性丙烯酸树脂用量对涂膜光泽的影响 Table 3 Effect of Different Waterborne Acrylic Resin  Dosages on Film Gloss
由表3可以看出,水性丙烯酸树脂用量对水性丙烯酸涂料涂膜光泽影响很大。总地来说,乳胶用量越多,光泽越高。这可能是因为,乳胶用量较少时,颜填料粒子间隙未被填满,孔隙率较大,光泽较低。随着乳胶用量增加,涂膜的孔隙率逐渐减小,光泽就越高。乳胶用量在450 g时,继续增加乳胶的用量,成本增加但涂膜光泽增加有限。综合考虑,水性丙烯酸树脂用量应为450 g左右。

2.2 拼用树脂对光泽的影响
为了提高水性丙烯酸涂料的防腐和化学品性能,降低水性环氧酯涂料的成本和改善干燥性能,通常用水性丙烯酸树脂和水性环氧酯树脂拼用。按表1固定实验条件和除水性丙烯酸树脂以外物料的用量,用水性环氧酯树脂YG-EE672A代替部分水性丙烯酸树脂,拼用后涂膜的性能见表4。
拼用水性环氧酯树脂后涂膜的性能变化 Table 4 Performance Changes of Film after Blending of  Waterborne Epoxy Ester Resin
由表4可以看出,随着水性环氧酯树脂用量的增加,水性丙烯酸涂料的干燥性能有所降低,但耐水性和光泽有明显的提高。分析原因,随着水性环氧酯树脂用量的增加,不饱和双键含量降低,水性丙烯酸涂料的干燥性能随之下降;环氧基团的增加使涂膜的耐水性有明显的提升;水性环氧酯树脂带酯基的碳链为涂膜提供更好的光泽。适宜的水性环氧酯树脂用量为150~200 g。

2.3 颜料体积浓度PVC的影响
涂膜中的颜填料颗粒会使镜面反射减弱,颜填料的用量越大,涂料的颜料体积浓度越大,涂膜的光泽越差。固定实验条件和除沉淀硫酸钡以外其余物料的用量,得到颜料体积浓度不同的水性丙烯酸涂料,颜料体积浓度PVC对水性丙烯酸涂料涂膜光泽的影响如图1。
颜料体积浓度PVC对涂膜光泽的影响 Fig. 1 Effect of Pigment Volume Concentration (PVC) on  Film Gloss
由图1可以看出,涂膜的光泽度随着PVC的升高逐渐降低。当PVC达到48%时,光泽急剧下降。这是由于PVC较低时,涂膜中粒子间隙被基料全部填满,光泽较高;随着PVC的升高,颜基比逐渐提高,基料不能填满粒子间隙,涂膜孔隙率增大,光泽降低;达到临界PVC时,孔隙率急剧增大,光泽也急剧下降。此配方颜料体积浓度PVC应控制在48%以下。

2.4 增稠剂对光泽的影响
按表1固定实验条件和除增稠剂以外其余物料的用量,增稠剂对水性丙烯酸涂料光泽的影响见表5。
增稠剂对水性丙烯酸涂料光泽的影响 Table 5 Effect of Thickener on the Gloss of Waterborne  Acrylic Coatings

注:增稠剂占涂料总量的百分比

由表5可以看出,增稠剂对水性丙烯酸涂料的光泽影响较大。用HS-30000光泽最差,HS-30000为纤维素类增稠剂可使涂料的贮存稳定性提高,但流平性欠缺,从而影响涂膜的光泽。凹凸棒土等无机增稠剂在水性建筑涂料等低端市场有较广泛的应用,但用量应依据涂料的用途,性能要求根据实验最后确定,超过合适的用量,涂膜的光泽和耐水性就会变差。选用AR-540为增稠剂,用量为1.0%时光泽可达90%以上。AR-540为非离子聚氨酯增稠剂,能与丙烯酸乳胶粒子缔合,从而使涂膜具有较高的光泽度。非离子不受粉体和pH值等因素影响,在水性丙烯酸体系中有较好的表现。

3 结 语
水性丙烯酸涂料光泽的影响因素有很多,水性丙烯酸树脂对水性丙烯酸涂料涂膜光泽影响很大。乳液的粒径越小,粒度分布越窄,涂膜的光泽就越高;反之,越差。乳液用量增加,涂膜的孔隙率减小,光泽随之提高。选用水性丙烯酸树脂HD-1019C,用量为450 g时涂膜的光泽可达90%以上。拼用水性环氧酯树脂YG-EE672A后,水性丙烯酸涂料的干燥性能有所降低但耐水性和光泽有明显的提高,适宜的用量为150~200 g。颜料体积浓度(PVC)越大,涂膜的光泽越差,应控制在48%以下。增稠剂对水性丙烯酸涂料的光泽影响较大,非离子聚氨酯增稠剂AR-540在水性丙烯酸体系中有较好的表现,适宜的用量为涂料总量的1.0%。另外颜料的吸油量越小,细度越细,分散性越好,涂膜的光泽度越高。分散剂、流平剂和适量消泡剂的使用也会提高涂膜的光泽。助溶剂的挥发速度过快,涂膜的平整度越差,涂膜的光泽也越差。另外在施工时,加稀量越大,干膜载体越少,涂膜的光泽也会越低。

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