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基礎漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,采用控制變量法,分析了基礎漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,并探討了引起涂料黏度變化的機理
2019年11月22日    閱讀量:429    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

0 引言

水性多彩涂料是一種新型的裝飾型涂料,它具有優異的仿真度、相對低廉的成本、簡單的施工工藝、天然環保等優點,可以用來替代花崗巖、大理石等,有效減少了人們對天然石材的開采,保護環境的同時還能避免因天然石材脫落引起的危險。


水包水多彩涂料是一種水包水型(W/W)多相懸浮體系,其制備過程包括水性彩色粒子(彩點)的制備和連續相清漆的調制。彩點的制備原理是將調色的基礎漆以小液滴形式加入到水性凝膠液(保護膠溶液)中,使保護膠溶液在基礎漆液滴表面凝膠化,形成一層不溶于水的保護層,這層保護層可以有效防止基礎漆液滴相互凝聚,同時還能阻止基礎漆液滴內組分和保護膠溶液組分相互滲透,以此來保證彩點的穩定性;將制備好的彩點加入到以水性乳液為主的連續相清漆中,就可以獲得多彩涂料成品涂料在線coatingol.com


如何保證黏度穩定性(包括常溫和秋冬季溫度 5℃下),是當今多彩涂料存在的主要問題之一。本研究探討了基礎漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響。


1 試驗部分

1.1 原材料

純丙乳液 RS-2788、硅丙乳液 RS-3799,巴德富 科 技 有 限 公 司 ;保 護 膠 Laponite S482、保 護 膠Laponite RD,畢克公司;金紅石型鈦白粉,四川龍蟒;煅燒高嶺土,山西金洋 ;纖維素醚 1、纖維素醚 2,市售品 ;各類水性助劑及色漿,市售品。

1.2 儀器設備

高速分散機SFJ-400、斯托默黏度計STM-Ⅴ,上海現代環境工程技術有限公司 ;電子天平 JA21002,上海舜宇恒平科學儀器有限公司 ;水包水仿石涂料專用噴槍 W-77,上海巖田實業有限公司 ;多彩粒子篩濾機 DC-2,江陰市雄威化工機械有限公司。

1.3 多彩涂料的制備

1.3.1 配方

多彩涂料的配方見表 1。


基礎漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,采用控制變量法,分析了基礎漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,并探討了引起涂料黏度變化的機理 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
1.3.2 制備工藝
基礎漆制備 :在反應釜中依次加入水、分散劑、部分消泡劑、鈦白粉、高嶺土和纖維素醚,低速分散5 min,然后加入多功能助劑、成膜助劑、防凍劑、乳液和剩余的消泡劑,中速分散 10 min 后,緩慢加入Laponite RD(7%),最后加入潤濕劑、增稠劑和殺菌劑,分散均勻備用。
造粒保護膠溶液制備 :將定量的 Laponite S482粉料加入到去離子水中,高速分散約 30 min 至其溶解完全,備用。
連續相溶液制備 :依次加入乳液、水、膨潤土、成膜助劑、防凍劑、多功能助劑、增稠劑并分散均勻,最后加入殺菌劑待用。
成品涂料制備 :將調成各種顏色的基礎漆,按照 m(基礎漆)∶m(造粒保護膠溶液)=40∶20 的比例加入至造粒保護膠溶液中,通過多彩粒子篩濾機制備出彩色粒子,然后再向其中投入與基礎漆等質量的連續相溶液,制得水性多彩涂料。



2 結果與討論
2.1 彩點穩定機理
制備水性多彩涂料的關鍵技術在于如何保證彩點的形狀和黏度穩定性。彩點形成原理 :基礎漆中的纖維素醚與內部的保護膠 Laponite 發生物理交聯作用,使得內部疏水化 ;然后以液滴形式加入到保護膠Laponite 溶液中時,保護膠 Laponite 溶液迅速在彩點表面形成較為致密的疏水膜,以此防止彩點內外物質的相互滲透,同時抑制彩點間的相互凝聚。
當彩點表面的疏水膜不夠致密,無法阻隔彩粒內部物質向外滲透時,就會出現多彩涂料的滲色和黏度升高問題。
保護膠 Laponite 顆粒表面六角空穴中存在大量羥基,可以與富含羥基的組分形成氫鍵 ;同時其表面帶有負電荷,可以與羥基等極性基團形成偶極作用,因此彩點獨立而穩定。
2.2 基礎漆中堿溶脹增稠劑種類的影響
增稠劑分為堿溶脹型和聚氨酯型,其中聚氨酯型增稠劑用在多彩基礎漆中會引發彩點變軟,拉長條等現象 ;堿溶脹型增稠劑可以促使彩點韌性增強,使得彩點粒子飽滿圓潤。考察了堿溶脹型增稠劑對涂料黏度穩定性的影響。
在無潤濕劑的情況下,向基礎漆中分別加入不同種類的堿溶脹型增稠劑(表 2),采用相同的保護膠溶液和連續相清漆,觀察成品涂料的黏度隨貯存時間的變化情況(圖 1)。
基礎漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,采用控制變量法,分析了基礎漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,并探討了引起涂料黏度變化的機理 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
由圖 1a 可見,常溫貯存時,基礎漆中不添加增稠劑的涂料,初始黏度和黏度增長幅度都要遠小于添加增稠劑的涂料 ;添加 ASE-60(ASE)增稠劑的涂料,黏度增長幅度要低于添加 AP-425(HASE)和G-530(HASE)的涂料。
由圖 1b 可見,在 5℃貯存時,基礎漆中添加不同種類增稠劑的涂料,其黏度增長幅度都較大,但是不添加增稠劑和添加 ASE-60 增稠劑的涂料,黏度增長幅度要低于添加 AP-425 和 G-530 的涂料。
基礎漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,采用控制變量法,分析了基礎漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,并探討了引起涂料黏度變化的機理 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
堿溶脹型增稠劑分為非締合型(ASE)和締合型(HASE)兩類,ASE 型增稠劑的主要成分為聚丙烯酸鹽乳液,其在堿性條件下與堿發生中和反應,羥基在靜電斥力作用下相互分離,從而使得體系黏度上升,因而占用了與保護膠 Laponite 發生交聯作用的羥基,使得彩點表面疏水膜不再致密,從而導致彩點內的增稠劑向外滲透,最終導致整個涂料體系黏度上升 ;HASE 型增稠劑的主要成分為疏水改性的聚丙烯酸鹽乳液,其在 ASE 的基礎上增加了締合作用,疏水鏈端和乳膠粒子、表面活性劑、顏料粒子等疏水部位締合成三維網狀結構,其不僅占用了部分與保護膠Laponite 發生交聯作用的羥基,而且促使具有羥基基團的組分與其形成了獨立的三維網狀結構,相對于ASE 型增稠劑,其對彩點表面疏水膜的破壞更加嚴重,故體系黏度上升的幅度更大。
2.3 基礎漆中潤濕劑種類的影響
潤濕劑表面含有大量的羥基基團,可以與保護膠 Laponite 發生交聯作用,使得彩點表面的疏水膜更加致密。在不添加增稠劑、只添加 0.7%(占配方總量的質量分數)ASE-60 的兩種前提條件下,在基礎漆中分別加入 0.2%市面上常見的幾種潤濕劑(表 3),采用相同的保護膠溶液和連續相清漆,考察涂料黏度隨時間的變化情況,結果見圖 2。
基礎漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,采用控制變量法,分析了基礎漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,并探討了引起涂料黏度變化的機理 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
由圖 2a1 可以看出,5 組樣品常溫貯存黏度上升幅度都<15 KU,其中添加LCN-407和G-399的涂料,在 20 d 內黏度僅上漲約 5 KU ;由圖 2a2 可以看出,5 組樣品的 5℃貯存黏度上升幅度都較大,其中添加LCN-407 和 G-399 的涂料黏度升幅相對較緩。
相比于圖 2a1,由圖 2b1可以看出,基礎漆中加入增稠劑后,添加潤濕劑對涂料黏度穩定性幫助不大 ;對比圖 2a2、圖 2b2 可見,5℃貯存的涂料,基礎漆中加入增稠劑后,涂料的黏度上升明顯,較不加增稠劑的涂料高 10 KU 左右。因此,基礎漆中增稠劑對多彩涂料黏度穩定性的影響要大于潤濕劑。
2.4 基礎漆中潤濕劑用量的影響
因基礎漆中不加增稠劑,利于多彩涂料黏度保持穩定,故在基礎漆中不加增稠劑的情況下,考察潤濕劑用量對多彩涂料性能的影響,結果見表4。
基礎漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,采用控制變量法,分析了基礎漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩定性的影響,并探討了引起涂料黏度變化的機理 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
由表4可見,LCN-407的加入可以使得多彩涂料黏度(包括常溫和5℃)更加穩定,但LCN-407過量使用,彩點易碎、易下沉且容易出現滲色 ;而NOPLAX6000 的加入,使得多彩涂料常溫黏度較為穩定,5℃黏度升幅較大。NOPLAX 6000 用量過大,會出現基礎漆黏度下降,彩點偏軟、拉長條等現象。因此潤濕劑的用量要適中,在 0.2%~0.4% 較為合適。
由于影響多彩涂料黏度穩定性的因素較多,以上試驗僅從增稠劑和潤濕劑方面提供一些體會。在整個配方設計中需要對多種原料進行試驗,平衡。

3 結語
(1)基礎漆中增稠劑是導致多彩涂料黏度上升的原因之一,其對多彩涂料黏度(常溫和 5℃貯存)的影響遠大于潤濕劑的影響。
(2)在無堿溶脹增稠劑的情況下,基礎漆中添加適量的 LCN-407 和 G-399,可以有效抑制成品多彩涂料黏度的上升。
(3)潤濕劑用量以 0.2%~0.4% 為宜,此時制備的成品多彩涂料狀態較好,黏度較為穩定。
(4)基 礎 漆 中 不 添 加 增 稠 劑,添 加 0.2% 的LCN-407,可以制備出彩點圓潤,黏度(常溫和 5℃)穩定的多彩涂料。



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