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塑胶用水性银粉涂料

来源:深圳市涂料技术学会 作者:谭美玲 时间:2017-06-21 点击:
导读:从配方设计的角度,介绍了水性银粉涂料配方的构成框架和基本知识;通过成膜助剂、流变助剂的选择分析了如何提升体系的物化性能,对普通塑胶用涂料的研发有实际的借鉴作用。
0 引言
随着中国对环保的日益重视,溶剂型涂料水性化逐渐成为大家的共识,塑胶涂料也不例外。近些年水性塑胶涂料逐渐成为了研发的重点,吸引了越来越多的关注。特别是近年来,国内大型家电厂商已形成了对水性塑胶涂料的现实需求。但是实际上国内水性塑胶涂料的应用规模极其有限。总结原因主要有3 点:
(1)国内只有少数工程师熟练掌握了水性塑胶涂料的研发技术;(2) 水性塑胶涂料厂商的干燥条件要求与用户现有干燥工艺不匹配;(3)原材料市场不丰富,特别是特效助剂种类偏少。
与油性银粉涂料类似,体系快干性、恰当的流变曲线、流平性、单道薄喷和良好的分散有助于塑胶用水性银粉塑胶涂料的定向。水性体系最大的难点是特效银粉定向助剂的缺乏, 例如水性体系很难找到类似于油性聚酰胺蜡或醋酸丁酸纤维素(CAB)这种对银粉定向有特效的助剂。因此水性银粉涂料配方工作者必须更加耐心地对市面上的助剂进行筛选, 以满足上述5 点因素的要求。
 
1 水性银粉涂料的基本构成
目前随着各大原材料供应商都推出了水性塑胶涂料原材料产品, 因此研发人员能拿到大量的水性银粉涂料推荐配方。与油性银粉涂料类似,典型的水性银粉涂料配方构成见表1。
典型的水性银粉涂料配方
值得注意的是, 国外的水性银粉涂料对施工工艺条件要求极其严格, 因此采用国外供应商提供的配方在他们的施工工艺条件下能获得非常优异的表面效果,但目前国内客户通常要求适用油性的施工标准,因此通常情况下很难获得满意的性能或者表面效果,在参考这些配方时,需要明白这一点。
本文所涉及的实验举例研究均基于苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液, 其特点如下: 对高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),聚碳酯(PC),聚氯乙烯(PVC)等基材附着力强、硬度高,且具有优异的耐醇性,耐磨损性。表2 列出了该乳液的基本物性数据。
苯乙烯-丙烯酸酯共聚物树脂基本性能
2 成膜助剂的选择
类似于溶剂型涂料中真溶剂和助溶剂, 水性体系中的成膜助剂也扮演了类似的角色, 也可以据此进行分类。现在至少可以大致定性描述成膜助剂的挥发过程, 并且可以通过有效的选择和搭配来解决一些现实问题,表3 为成膜助剂的部分物化性能数据。
成膜助剂物化性能数据
对于水性银粉涂料体系, 成膜助剂的选择主要基于以下考虑:(1)良好的助成膜性,可以降低成膜助剂使用量,配方更加灵活;(2)快干性,这点对银粉定向,早期性能的重要性不言而喻;(3) 适当的挥发梯度,适量的慢挥发成膜助剂对成膜致密性以及防止缩边等方面具有很大的帮助。
目前主流的成膜助剂选择有丙二醇甲醚(PM)、乙二醇丁醚(BCS)、二乙二醇乙醚(DEE)和二乙二醇丁醚(DGBE)。为了追求更快的干燥速度,甚至会选择乙醇、丙酮、苯甲醇等快挥发溶剂,在这些醇醚类溶剂中,PM的选择主要因为其快速挥发的能力, 只能作为助溶剂, 而BCS、DEE 和DGBE 主要是为了建立一个适宜的挥发梯度,同时乙二醇醚类溶剂还具有在不同浓度下表面张力可以保持基本不变的能力,因此有助于得到更好的操作性,并具有一定的耦合性,便于银粉润湿分散。此外也有文献表明,在一个比较长的干燥时间内,相同的挥发速度下,亲水性成膜助剂在体系中残留更低。
对于此类成膜助剂的选择有一定的局限性。主要问题在于为了保证成膜性,中、慢挥发速度的成膜助剂使用量偏大,导致涂膜最终性能体现较慢,这也是目前许多客户面临的问题。鉴于此, 开始寻找新的成膜助剂, 可以很快地从体系中挥发, 并具有良好的助成膜性。于是对3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)、丙烯酸戊酯(npentylPropionate)、二丙二醇二甲醚、BCS 做了初步的测试,乳液采用的涂装工艺条件见表4。
成膜助剂采用的涂装工艺条件
对比结果显示:BCS 体系表干时间为12 min,而EEP 体系的表干时间为4~5 min,30 min 后,EEP 体系涂膜的硬度为B。
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