涂料流平剂的机理和应用.doc

1、涂料是一种流动状态或粉末状态的有机物,能均匀覆盖在物体表面上,并且牢固地附着在物体表面,统称为涂料。涂料不仅能起防护、装饰作用,而且还具有绝缘、导电、防静电、示温、防霉、杀菌等特殊功能,涂料技术的发展反映了一个国家的工业化程度、科技的发展、人民生活水平以及国防力量等综合因素,它在国民经济发展中正发挥着愈来愈突出的作用。粉末涂料以其 100%的固体分,生产与施工中无排放,有利于环境保护,同时由于其利用率高达 90%95%,涂装周期短,生产效率高等优越性能而广泛应用于家电、机械、电子、建筑、化工、航天航空、矿山冶金等各个领域。我国自 80 年代以来,已大量研究应用,现已初步形成了一个较完整的体系,

2、但涂料不管采取何种涂装手段,经施工后,均存在溶剂蒸发、聚合物流动的成膜过程,由于溶剂蒸发、聚合物与基材的润湿程度不同往往造成漆膜出现张力梯度,从而导致漆膜出现皱纹和缩孔,一旦出现这种现象,则漆膜的装饰性及漆膜的耐水性、耐溶剂性均会下降。国内外较多地进行了缩孔形成机理的研究,研究认为:涂膜缩孔的形成与其自身的流平性关系甚大。通过大量的实践,在电子显微镜下观察,不难发现涂膜的缩孔,可以看到绝大多数的缩孔都是由很少部分未被充分润湿的颗粒与周围不相容的树脂所形成的旋涡状结构,如图 1 所示。.先生对此现象的解释为:涂料在熔融流平,在局部地方形成了表面张力梯度,即缩孔部分为低表面张力物质,由于低表面张力

3、物质总是呈现伸展扩展趋势,使得它从中心向四周扩散,而四周紧近相触的高表面张力部分又呈收缩趋势,在二者相互作用下,永久性缩孔就得以形成。对如何控制涂料缩孔现象也有较多的报道,集中在两个方面:(1)改进涂料的涂装 技术如: 静电喷涂法、流化床涂装法、静电流化床涂装法与粉末电泳涂装法等;(2)对粉末涂料本身进行控制 ,如原材料的控制,选择流平剂。两种办法对比起来,添加防缩孔的流平剂是克服这些弊病的有效方法。流平剂是一种涂料助剂,它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。目前流平剂的设计应保证具有下面三个功能:(1)降低涂料与基材之间的表面张力 ,使涂料与基材具有最佳的润湿性,即减小

4、因溶剂挥发导致的张力梯度,以相溶性受限制的长链树脂为主要组成物,常用的有聚丙烯酸脂类、醋丁纤维素类,其产品主要有1:的 -551-0.01 和-551-0.2,其加入量一般为涂料总量的 0.1%0.2%等;(2)能调整溶剂的挥发速度 ,降低粘度、提高涂料的流动性,在溶剂型涂料中常以芳烃、酮类、酯类或多官能团的优良溶剂高沸点溶剂混合物为主要组成,它调整了溶剂的挥发速度,使涂料在干燥过程中具有平均的挥发速度及溶解力,主要产品有:德谦公司的411、433、455、466 等,加入量一般在 0.1%1.0%之间(按涂料总量计);(3)在漆膜表面能形成单分子层,以提供均一的表面张力,以相容性受限制的长链

5、硅材脂为主要组成,常用的有二苯基聚硅氧烷,甲基苯基聚硅氧烷、有机基改性硅氧烷、氟化硅氧烷等,其主要产品有-300,-306,-323等。另外含氟表面活性剂对于广大范围的树脂及溶剂具有优良的相容性和表面活性,能有效地改善浸润性、分散性、流平性。其在热固型水溶性环氧、氨基树脂白色面涂料中有很好的应用。,等2 研究了以化学组成和分子量不同的各种聚丙烯酸为基础的不同种类的流平剂在粉末涂料中的应用技术,通过激光光波测定表征了粉末涂膜的流动性随添加剂浓度的变化。以前,对涂料流平剂的研究基本上处在凭实践经验摸索的水平上,随着涂料流变性测量技术的发展,人们开始了对流平剂改善涂料流平性机理的研究如:3讨论了流变

6、添加剂控制涂料流动性,产生流变性结构的基本原理,添加剂的类型及如何测定流变性结构的方法,陈义芳4研究了热固性丙烯酸粉末涂料的流变性,作者采用国产挤出式毛细管流变仪,考察了丙烯酸树脂分子量、粘度,流平剂等因素对丙烯酸粘度的影响。石秀强、陶婉蓉等5 用321 型毛细管流变仪讨论了醋酸锌、苯甲酸衍生物及硅砂对聚丙烯酸酯熔体粘度()的影响。结果表明聚丙烯酸酯熔体是非牛顿流体 ,其流动活化能随着剪切速率的增大而减小。加入醋酸锌后, 有明显的提高;而同时加入等摩尔的醋酸锌和苯甲酸衍生物后, 保持不变,加入硅砂后, 有明显提高。胡晓川、舒红凤、刘亚康等以威森伯格流变仪和挤出式毛细管流变仪,对影响甲基丙烯酸缩

7、水甘油酯()类丙烯酸粉末涂料流变性能的诸多因素,如基体树脂的分子量、流平剂用量、固化剂用量等进行了较多的研究,其中流平剂的用量对涂料的影响见图 2。目前,涂料用流平剂种类较多,我们按其使用的场合大致可分为三类,一是粉末涂料用流平剂,二是溶剂型涂料用流平剂,三是乳胶涂料流平剂。表 1 列出了近几年来主要报道研究的产品。由表 1 可见,近几年来,国内外对水性涂料用流平剂进行了大量的研究。由于环保型涂料如:水性涂料、粉末涂料等的研发,带动了与其相关的流平剂的发展。流平剂的制备工艺流程如图 3 所示,主要包括溶解、聚合、过滤、相变、成品包装等 5 个步骤。丙烯酸系流平剂的合成一般用丙烯酸丁酯与胺、烷基

8、酯聚合,聚合引发剂一般用、,聚合温度控制在 8090,溶剂用甲苯、二甲苯、环己烷等,聚合物的相对分子量控制在 400010000,分子量分布越窄,流平效果越好。目前流平剂聚合的方法有乳液聚合、离子聚合、自由基聚合等方式。流平剂自 70 年代末开始研究以来,原来单一功能的涂料流平剂已经不能满足社会的要求,无毒、无污染、多功能的涂料流平剂才能满足人们的需要。同时从提高经济效益与社会效益的角度考虑,应注重原料的选择、生产技术路线的优化,改良现有产品。如吴克让等人15用酰胺改性得到多功能流平剂105,有效地解决了“相溶性” 的问题。木器亚光清漆的研制发表于 2007-9-15 04:23:46 摘要：

9、研制了高透明木器亚光清漆，并从树脂、消光粉、蜡粉、助剂、固化剂、溶剂等方面探讨影响漆膜透明度的各种因素。- O b# i# O4 : |: z: _/ 关键词：透明度；木器亚光清漆；消光, Z7 B( P, - N中图分类号：TQ631.2 文献标识码：A 文章编号：1009-1696（2005）11-0004-03 / Q _9 h6 ?# x2 w( * j5 G/ H q f9 p8 0 前言 2 H* 7 a“ u8 B4 e“ v1 P# f# C# K* Q近几年来，由于房地产热和装修热的持续增长，带动了木器漆需求的不断增长，同时由于人们生活水平的提高，对木器漆的要求也随之提高。传

10、统的透明木器亚光清漆用在如黑胡桃木等深色木材上时，往往出现发白、木材花纹不清晰等现象，这主要是由于透明木器亚光清漆的透明度，以满足家具（特别是深色木材加工的家具）对高装饰性的要求。U8 s1 实验部分1.1 原材料醇酸树脂，采用江苏三木集团公司、长兴化学集团公司、阿克苏公司和顺德先达合成树脂有限公司的产品；消光粉，采用德固萨公司和格雷斯公司的产品；固化剂，采用科莱恩、BYK 公司、武汉力高精细化学品有限公司和江苏三木集团公司的产品。1.2 高透明度木器亚光清漆参考配方6 v; 1 K+ q; j“ Y- d1 0 g8 p主漆配方见表 1。3 p5 , ?/ G$ ?, 固化剂：TDI/TMP

11、 加成物。/ |. H, U( z9 c0 g7 ?1 u施工配比：主漆：固化剂：稀释剂1：0.5：0.50.6。- O7 m$ i% Z; P u4 Q; q. s$ F4 b% t! r蜡粉 0.52润湿分散剂 0.20.5- I$ H+ F6 h4 X. |1 C流平剂 0.20.52 j5 . p, j; h7 |消泡剂 0.20.56 Z( D1 c+ C# + u* q( z1 B8 t7 L; v8 N混合溶剂 1018# P% Y; w0 7 g O/ S* K( LH2 ( ?. e# |1.3 高透明度木器亚光清漆的生产工艺* * i5 j) L* O8 g2 |# C#

12、Q将羟基醇酸树脂、润湿分散剂加入缸内，低速搅拌均匀。然后边搅拌，边加入消泡剂、防沉剂、蜡粉、消光粉，再高速搅拌 1020min，然后加入流平剂、混合溶剂，低速搅拌1020min，经检验合格后，过滤、包装即得成品。) / t4 “ q* o6 ( n( V2 b0 I5 T, 1.4 高透明度木器亚光清漆的性能检测! Z/ H# q# u9 O% X P k3 S% y3 H（5%） 32 # x% W“ t: x9 r表 4 消光粉 2 的用量对光泽和透明度的影响 p M2 ! X0 L) 4 G0 O+ n4 U4 w: c; / D0 m消光粉用量 60光泽 透明度 4 y7 k“ T Z

13、/ b- p7 v（3%） 78 ! , |/ Y5 z# b7 E7 I$ e3 W z4 k（4%） 72 2 g0 A/ B+ p) W2 a* W（5%） 60 4 g! u3 H . * M5 m I5 _+ y8 k2 t9 W蜡粉的消光效率明显低于二氧化硅消光粉，但是它可明显提高涂膜的表面性能，如提高耐磨性、增进抗划伤性、提高表面滑爽性等，故常和二氧化硅消光粉配合使用。涂料中常使用的主要是微粉化蜡。实验中保持透明木器亚光清漆配方不变，只改变蜡粉的类型，其结果如表 6 所示。% p% t0 |5 w/ _( T5 t/ / k由表 6 可见：不同型号的蜡粉其涂层透明度是不同的，另外

14、不同型号的蜡粉其消光效率和提高涂膜表面性能的程度亦不同，应综合加以考虑。4 号蜡粉是聚乙烯PTFE 蜡混合物，可明显提高涂膜表面滑爽性和抗划伤性，并且透明度高，因此为较好的选择。2.3 树脂对透明度的影响有的树脂比较易消光，如硝基纤维素等，而有的树脂比较难消光，如聚氨酯涂料。因此我们保持透明木器亚光清漆配方不变，只改变醇酸树脂的类型(纯固体醇酸树脂的用量不变) ，其结果见表 7。7 d1 R; G- T6 w1 H; e, O% z. Q, ?“ D6 l( ?9 4 t由表 7 可以看出：醇酸树脂型号对涂层透明度无明显影响，但是不同醇酸树脂的消光性存在较大的差异。因此在相同的光泽下，选用消光

15、性好的醇酸树脂可减少消光粉的用量从而提高透明度。5 号醇酸树脂属于短油度妥尔油醇酸树脂，具有易消光性，同时其抗黄变性也较好，很适合于作为亚光木器漆用树脂。2.4 固化剂对透明度的影响* s, S7 R3 l5 % W5 d$ ! q3 b7 R“ P! 1 x- j/ Y: |0 o高透明度木器亚光清漆常用固化剂有 TDITMP 加成物、TDI 三聚体等。TDI 三聚体固化的涂膜较脆，故常和 TDITMP 加成物拼用。我们主要从用量和种类两方面来考察固化剂对涂层透明度的影响。- : j) f* X“ z7 6 |“ E9 B x4 X1 l l4 Q# J7 j1 g1 x, i+ D9 S0

16、 v“ h C# + s“ ?( e7 U+ l8 为了获得良好的涂膜外观和较好的施工性能等，透明木器亚光清漆中不可避免的要加入润湿分散剂、消泡剂、流平剂等。但是有些助剂主要是消泡剂和丙烯酸流平剂对透明度有影响，例如 BYK-052 消泡剂、BYK-354 流平剂有时因与树脂的混容性差而导致透明度降低。因此在高透明度木器亚光清漆中，一般选择一些相容性较好的消泡剂和流平剂，如 BYK-071 消泡剂、BYK-358 流平剂、德谦 5400 消泡剂、德谦 6500 消泡剂等。: l3 , Q z8 T1 M2.6 溶剂对透明度的影响; N4 o: K% U4 N“ l7 A高透明度木器亚光清漆常用

17、的溶剂是二甲苯、酮和酯类溶剂，由于 TDIFMP 等固化剂不溶于二甲苯，但溶于含氧的酮和酯类溶剂，因此可视二甲苯为稀释剂。保持高透明度木器亚光清漆其它组成不变，只改变混合溶剂和稀释剂的配方，其结果见表 10。由表 10 可以看出：当混合溶剂和稀释剂的配方合理时，对透明度无影响，但会导致涂膜光泽的不同。在相同的光泽下，多用些乙二酸乙醚醋酸酯、醋酸乙酯等易消光溶剂可减少消光粉的用量，从而提高透明度。经过反复实验我们采用混合溶剂，其效果较好。1 C( 2 H7 w. Z0 u) C3 结语T3 b. j“ i6 M9 R通过对树脂、消光粉、蜡粉、助剂、固化剂、溶剂等方面的精心挑选和实验，我们研制出的高透明度木器亚光清漆克服了一般透明木器亚光清漆在涂装时出现的发白、木材花纹不清晰等透明度不好的现象，完全可应用于黑胡桃木等深色木材的涂装上。经过许多家具厂实际应用，获得一致好评