1 研究意义和目的
油性涂料因为其具有较高挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOC)的特点,存在易燃易爆和毒性大等弊端,随着环保政策日趋严格,水性涂料的需求量日益增大。防锈涂料在民用领域有着非常广泛的应用,在五金件、
铝合窗、铁皮屋面防护等有着非常广泛的应用,而防锈涂料的水性化是一个发展的大趋势。其中,单组分水性防锈涂料由于其具有使用方便、适用性强等优点,有着非常巨大的市场。
树脂经历油改水后,相应配套的助剂也同样需要进行油改水的变革。然而,水性涂料为两相体系,这是油水体系之间的主要区别之一。树脂、水、粉体之间需要良好的复配才不至于在短时间内发生沉降、絮凝等问题[3]。
而水性助剂正是这3者间的“润滑剂”,虽然加量很少,却能有让树脂发挥应有的性能、让体系保持长期稳定的作用。
在轻防腐方面的应用中,客户往往更注重外观和体系的稳定性。因此,复配性良好、流平性理想的配方开发显得尤其重要。本实验目的在于先固定某个高分子乳液后,进行不同助剂的比较,从而得出相应体系所需采用的助剂类型,对后续配方开发有着重要的借鉴意义。
2 实验设备、原料和方法
2.1 实验设备、原料
本实验所用的设备和原材料如表1—2所示。
2.2 实验方法
2.2.1 评估标准
本产品对储存稳定性和耐盐雾有一定要求,针对这两个指标进行优化。
储存稳定性参照了水性丙烯酸树脂涂料标准HG/T 4758:50 °C下储存7天无异常。
耐盐雾参照了防锈涂料漆膜的制备及划格方法标准GB1765-79和GB/T 30786—2014:中性盐雾环境下96 h无起泡、生锈、开裂、剥落等现象。
2.2.2 配方优化
由于先前配方存在储存稳定性不良的情况,本实验采用一个常规基础配方(见表3),从pH调节剂、分散剂、成膜助剂、防沉剂这4个因素着手进行对比(见表4),其中,每个因素选择了两个不同类型或牌号的助剂来进行对照。
以上述标准要求作为底线,采用控制变量法筛选出较优的组合(见表5),最后对优化的配方进行验证。其中,4项优化因素进行了5组对比实验,其中AB对比了pH调节剂,AC对比了分散剂,AD对比了成膜助剂,AE对比了防沉剂。
3 实验结果和分析
3.1 实验结果
由表5的对照结果可知,上述调整配方对于耐盐雾性能均无太大影响,说明在耐盐雾性能上,助剂只要在合理添加范围,对性能不会有决定性的影响。
而区别较大的地方在于热储稳定性,初步得到较优的组合为:①④⑥⑦。
3.2 实验分析
pH调节剂:AMP95优于BS16。从结构上看,胺类pH调节剂由于具备氨基结构,起到了小分子分散剂的作用,而有机硅酸盐则无该功能,且在高温下会逐渐与粉料发生水解交联反应,从而加剧了泌水的发生。
分散剂:E494优于BR3。两者虽均为阴离子型的分散剂,但E494为高分子共聚物,BR3为聚丙烯酸共聚物钾盐,前者在分子量上要高于后者,在与磷酸酯改性丙烯酸乳液共混时,有着更优良的相容性。
成膜助剂:丁基卡必醇优于FAN1。丁基卡必醇属于醇醚类物质,而FAN1为醇酯类,前者亲水性要高于后者,而疏水性较强可能导致分散剂在粉体上的脱落以及乳胶粒的过度溶胀,从而更容易造成体系分相泌水。同时,在刮膜对照实验上可看出,丁基卡必醇有促进漆膜流平的作用。
增稠剂:PUR60优于830 W。PUR60能形成空间网络结构,与乳胶粒和粉体均有较为良好的复配性,相当于能更好地“托住”固相,降低其沉降的速率,从而使体系有着更好的稳定性。故其泌水程度要小于830 W。
3.3 结果验证
由上述所得结果和分析,对较优组合进行验证,如表5的F栏所示。其在耐盐雾、储存稳定性、流平性上均能达到较理想的状态。
4 结语
在本实验的单组分丙烯酸体系水性助剂的筛选中,可得到以下经验:pH调节剂选用具备分散效果的小分子胺类、分散剂选用大分子链段离子型分散剂、成膜助剂选用亲水性较好的醇醚类、增稠剂选用与乳胶粒及水相相容性良好的聚氨酯类。虽然实际应用中仍存在很多不同的变量,但该实验对后续的配方调整工作具备一定的指导意义。