水性纯丙木器漆增稠剂的增稠效率-喷涂施工性和流平性的考察.doc

水性纯丙木器漆增稠剂的增稠效率，喷涂施工性和流平性的考查陈金龙 陈金美（三棵树涂料股份有限公司 福建莆田 351100）摘要：本文主要考查了碱溶胀增稠剂和聚氨酯缔合性增稠剂对水性木器漆用纯丙乳液的增稠效率，并对比了不同增稠剂的喷涂施工性和流平性。实验结果显示，增稠剂的增稠效率与增稠剂类型并无直接的联系，但是碱溶胀增稠剂在喷涂施工性和流平性方面略显不足。聚氨酯缔合型增稠剂喷涂施工性好，流平佳，有利于制备高质量漆膜。关键字：增稠剂；增稠效率；喷涂施工性；流平性 引言：随着人们的环保意识的日益增强，对环境污染大，对人体毒性大的溶剂型木器漆受到越来越严格的限制。对环境有好，对人体毒性小的水性木器漆正逐步得到消费者的信赖，其中水性纯丙木器漆因为价格适中，性能足以满足基本要求，成为目前使用最广泛的水性木器漆。在水性木器漆的消费群体，家具厂和玩具厂是最重要的消费者。由于家具厂和玩具厂的生产量大，因此上漆工序基本采用喷涂的方法。与溶剂性涂料的内增稠不同，水性涂料由于使用水做溶剂，体系粘度低。清漆为了获得足够的漆膜厚度，色漆要防止粉料沉降和返粗，均需要添加增稠剂。增稠剂除增加涂料粘度外，还是漆膜流平性的主要影响因素。增稠剂的种类主要分为无机物增稠剂，纤维素类增稠剂，碱溶胀型增稠剂和聚氨酯缔合型增稠剂。目前水性木器漆常用的增稠剂主要是碱溶胀型增稠剂和聚氨酯缔合型。碱溶胀型增稠剂是通过增稠剂大分子链上得羧基吸水后电离，大分子链带有大量负电离子，产生同性电荷相斥，使得原来呈卷曲状态的分子链舒展开来并形成网状结构，从而使彼此之间的位移受到牵制来达到增稠的目的参考文献 徐宁，张先进，胡志滨。水性木器涂料中助剂的选择和应用。中国涂料，2004，8：41。聚氨酯缔合型增稠剂利用独特的分子结构达到增稠的效果，增稠剂分子的首末为疏水链段，中间为溶于水的亲水链段。疏水段或聚集形成胶束，或与乳液离子或颜填料发生缔合，通过缔合作用将胶束连接起来形成的网络结构，从而使体系的粘度增加 Bieleman J H. 聚氨酯增稠剂在水性涂料中的作用机理及应用。中国涂料，1996，3：27-29。本文选择了目前市面上主流的9个碱溶胀型增稠剂和聚氨酯缔合型增稠剂，考察了这些增稠剂对水性纯丙木器漆的增稠效率，并对比了它们对喷涂施工性和流平性的影响。1试验部分1.1试验原料1.1.1仪器：分散机，GFJ-0.4型，上海现代环境工程技术有限公司；电子秤，梅特勒-托利多公司；滤网，120目，杭州大衡滤布有限公司；斯托默粘度计，STM-IVB，上海现代环境工程技术有限公司；日本岩田喷枪W-71，台湾原田气动工具有限公司1.1.2试剂：纯丙乳液，防腐剂，分散剂，流平剂，消泡剂，pH调节剂，助溶剂，滑石粉，成膜助剂（见表1.1）；增稠剂(增稠剂的基本指数见表1.1.2). 表1.1试验所用原材料原料供应商原料供应商水性木器用纯丙乳液三棵树涂料股份有限公司增稠剂200亚仕兰增稠剂ASE60Dow消泡剂1293科宁增稠剂CP115Dow防腐剂RS索尔增稠剂125P高帝士溶剂丙二醇DOW增稠剂623N诺普科溶剂DPnBDow增稠剂RH420海明斯流平剂BYK346BYK增稠剂RM8W罗门哈斯PH调节剂AMP-95安格士增稠剂663海川化工1250目滑石粉广福精细粉体厂增稠剂525亚仕兰 表1.1.2 增稠剂基本指数原料供应商类型外观增稠剂ASE60Dow碱溶胀乳白增稠剂CP115Dow碱溶胀乳白增稠剂125P高帝士非离子聚氨酯白色增稠剂623N诺普科非离子聚氨酯半透明增稠剂RH420海明斯碱溶胀乳白增稠剂RM8W罗门哈斯非离子聚氨酯半透明增稠剂663海川化工碱溶胀乳白增稠剂525亚仕兰聚醚改性聚氨酯半透明增稠剂200亚仕兰聚醚改性聚氨酯半透明1.2试验操作1.2.1基本配方 表1.2 试验配方原料纯丙乳液去离子水防腐剂RS滑石粉丙二醇DPnBPH调节剂AMP95消泡剂1293流平剂BYK346配方18472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方28472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方38472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方48472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方58472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方68472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方78472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方88472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5配方98472610.50.20.3580.51.0350.10.30.20.40.20.5原料增稠剂ASE60增稠剂CP115增稠剂125P增稠剂623N增稠剂RH420增稠剂RM8W增稠剂663增稠剂525增稠剂200配方11.02.0配方21.02.0配方31.02.0配方41.02.0配方51.02.0配方61.02.0配方71.02.0配方81.02.0配方91.02.01.2.2漆液调制: 往分散罐中加入一定量的水去离子水，将分散速率调至300 rpm，再按配方比例依次防霉剂，分散剂，防冻剂，pH调节剂，消泡剂，逐渐加入滑石粉，并随着滑石粉的加入逐渐调高分散速率，至滑石粉全部加入后，3000rpm分散至细度小于35 m后停止分散备用。将制得滑石粉浆呈细流状缓缓加入自制纯丙乳液中，并依次加入防流挂剂，成膜助剂和流平剂，最后加入所测试的不同增稠剂，120目过滤，得到各个配方的样漆。1.2.3 性能检测：用斯托默粘度计测定各个样漆的粘度。取出350 g样漆用于储存稳定性测试，并取30 g左右的样漆用于喷涂性能考察。喷涂之前用去离子水开稀样漆至60 KU左右以利于喷涂，底材是喷过两道透明底漆的板材，喷涂厚度为两个十字架。2.结果与讨论2.1增稠效率及热储稳定性表2.1 不同配方施工性能及其它性能配方油漆外观热储稳定性斯托默粘度（KU）流平性喷涂施工性漆膜厚度配方1乳白液体优93.0稍差稍差稍差配方2乳白液体优127.8差差差配方3乳白液体差126.7好好好配方4乳白液体稍差99.8好好好配方5乳白液体优139.9稍差稍差稍差配方6乳白液体稍差93.8优优优配方7乳白液体优116.7差差差配方8乳白液体优139.9优优优配方9乳白液体稍差108.2优优优从表可以看出，碱溶胀增稠剂和聚氨酯增稠剂在增稠效率上并没有明显的区别，而同一类增稠剂的增储效率也有很大差别，最高和最低的增稠效率可以有倍数的差别（表2.1）。由表2.1可以看出，同一类增稠剂，增稠效率越高，漆液的粘度越高，储存稳定越好。表2.1说明相近增稠效率的碱溶胀增稠剂的储存稳定性要远好于聚氨酯增稠剂。储存稳定的差别主要是因为两类增稠剂的增稠机理不同。碱溶胀增稠剂通过吸收大量水分子，分子链舒展形成较致密的网状结构，使溶液中的颗粒移动阻力变大，因此滑石粉颗粒在碱溶胀增稠剂中得沉降被延缓。而聚氨酯缔合型增稠剂是通过部分疏水段形成胶束和部分疏水段与溶液的颗粒物缔合达到增稠的效果。同样粘度的情况下，聚氨酯缔合型增稠剂体系中得网络结构较碱溶胀增稠剂体系要稀疏。乳液离子因含有疏水基团易与增稠剂的疏水段缔合，但是滑石粉颗粒表面是亲水的极性表面，增稠剂的疏水段与滑石粉颗粒的缔合作用弱。可见在聚氨酯缔合型增稠剂增稠的体系中，滑石粉的沉降并没有得到缔合作用的牵制，也没有受到网络结构的阻碍，因此在较低粘度下，样漆的储存稳定性差。当聚氨酯缔合型增稠剂增稠的体系粘度极大时，其网络结构也变得致密，因此滑石粉的沉降受到阻碍，储存稳定性得到提高。2.2喷涂施工性将样漆开稀后用于喷涂，发现聚氨酯缔合型增稠剂增稠的体系出油流畅，适当出油量下喷两个十字架即可得合适的湿膜厚度，而碱溶胀增稠剂增稠的体系出油极为不流畅，需要喷多个十字架才能得到足够的湿膜厚度。喷涂性能的差别主要是因为两类增稠剂增稠体系在流动性不同。聚氨酯缔合型增稠剂的缔合作用是打开和缔合的动态作用，对体系的流动性不产生阻碍，而碱溶胀增稠剂的网络状结构使体系成为一个相对静止的整体，降低了体系的流动性。喷涂时需要漆液从漆液杯子流入喷嘴处，此时漆液受到的剪切力低，碱溶胀增稠剂的网络状结构没有被破坏，因此样漆流进喷嘴的速率慢，出油不流畅，而聚氨酯缔合型增稠剂不会阻碍样漆流进喷嘴，因此出油顺畅。2.3流平性漆膜的流平性会影响漆膜的最终质量，而增稠剂对漆膜的流平有极大的影响。通过对比发现，使用聚氨酯缔合型增稠剂的样漆流平性均要好于使用碱溶胀增稠剂的样漆。其主要原因与两者在喷涂施工性能方面的差别相近，都是因为碱溶胀增稠剂在低剪切力的情况下会阻碍漆液的流动，而聚氨酯缔合型增稠剂的动态缔合不会阻碍漆液的流动。3.总结聚氨酯缔合型增稠剂具有良好的喷涂施工性和流平性，但是这类增稠剂在表面为极性的填料防沉方面的性能不佳。碱溶胀增稠剂具有优越的储存稳定性，但是喷涂施工性和流平性较差。增稠剂作为水性木器漆不可或缺的组成成分，对漆的质量有着重大影响。不同种类的增稠剂各有优点和不足，因此根据实际需要，选择符合要求的增稠剂是设计配方的重要一步。