涂料流平剂的机理和应用.doc

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,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：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, - N1 rx, h# U/ F% N5 i M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/ Hqf9 p8 ) j% U; C M) M, U$ d% A0前言2 H* 7 a u8 B4 e v1 P# f# C# K* Q3 V3 h6 A x- d0 ?; C9 t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3 v& x% q2 t: , 1.1原材料+ y4 j& l3 G6 F! 5 N9 O: u8 V2 G$ T1 G_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。6 t( E9 Q* n3 c6 x 8 H1 P( N& GP% O) h7 D& y 1.2高透明度木器亚光清漆参考配方! : D/ q y! K6 v; 1 K+ q; j Y- d1 0 g8 p主漆配方见表1。3 p5 , ?/ G$ ?, ; 5 w4 B) y4 r9 l1 L9 固化剂：TDI/TMP加成物。/ |. H, U( z9 c0 g7 ?1 u4 k2 C. V$ D( y( _$ x施工配比：主漆：固化剂：稀释剂1：0.5：0.50.6。- O7 m$ i% Z; P& h0 M$ p- K% W* Z$ q! O表1高透明度木器亚光清漆配方) B% 0 3 i0 O% Hu) g+ n) 1 1 Q6 g原材料 质量百分比/. L( J! E& R& r羟基醇酸树脂 6878 V+ V. Q# f2 x防沉剂 23 5 I* . d 0 t! C消光粉 38; u4 Q; q. s$ F4 b% t! r蜡粉 0.52. 7 m X( F; h9 e9 Z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 ) |( H6 q% Q0 q# P% Y; w0 7 gO/ 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# Q4 7 X t I. P7 k# u2 d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& g Q( L7 h, & l+ |1 Z; C/ v6 N3 d+ o木器清漆透明度的检测暂时还没有标准，主要通过目测来进行比较，即在涂装好同一膜厚、同一透明度漆的黑胡桃木板上，喷涂相同膜厚的透明木器亚光清漆2道，待实干后比较其透明度。其余检测指，如光泽、附着力、柔韧性等按相关国家标准进行检测。高透明度木器亚光清漆的性能检测结果见表2。, ( t0 7 W2 c9 R! z: x2 : O5 n( N0 l% Q+ Q& i7 A3 h) |/ i. N6 3 g4 r9 P c W6 l3 m2结果与讨论) 7 r& c( K! $ tQ2 V2 K A% xqy C. P n2.1消光粉对透明度的影响0 v8 e2 M5 n! s% b, S8 dx4 G- f1 g0 S在透明木器亚光清漆中广泛使用的消光粉主要是二氧化硅消光粉，其性能主要由孔系率、粒径大小、表面处理等来决定。具体地说，首先二氧化硅消光粉并不是一种实心颗粒，它类似海绵结构，有一定的孔隙率。高孔隙率的二氧化硅由于单位质量下的颗粒较多，因而具有高的消光效率，目前二氧化硅消光粉的孔隙率一般都达到了1.8mLg以上；其次二氧化硅消光粉粒径的选择取决于涂膜的厚度，通常用于木器漆的产品平均粒径在68m一般说来，较细的二氧化硅消光粉，其涂层的表面手感较好，但消光效率较差；而较粗的二氧化硅消光粉虽消光效率较高，但涂层的表面较粗糙。再次，有些二氧化硅消光粉表面使用有机物处理，它能提高抗划伤性，并防止硬沉底，但通常其消光效率要低一些。我们选择了几种常用类型的二氧化硅消光粉，从其用量和种类来考察对透明度的影响。 ! n v ; - m4 ! O2 s! Z8 r. R2 n7 j/ I$ O( + Q- G2.1.1二氧化硅消光粉用量对透明度的影响7 p# V2 h! E8 B! R8 + Z7 o, a * b5 x: H( # _6 d, j0 / 8 L1 x t保持透明木器亚光清漆配方的其它组成不变，只改变二氧化硅消光粉的用量，其结果见表3、表4。% S9 a5 o1 t& O+ U l5 U$ 5 B) T* & a9 |! s2 J: e8 F表3消光粉1的用量对光泽和透明度的影响+ ?; T9 _& K: G0 K$ v* P* g, M2 k$ l8 8 E消光粉用量 60光泽 透明度: a& : E- s2 C8 8 N（3%） 64 6 v( e0 + l4 Z5 J（4%） 50 - 6 ! z; Pk3 S% y3 H（5%） 32 # x% W t: x9 r0 X& u; . h9 d, g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/ 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& N: V P8 * D( h2 l% L/ v 6 X q: Y4 e0 T9 J% J- D: 由表3、表4可以看出：漆膜透明度随着二氧化硅消光粉用量的增加呈现下降的趋势，同时可以看出：粒径较小的2号消光粉的消光效率明显低于粒径较大的1号消光粉。2 p) i0 p8 e# r2 d& f- s2 H$ j 3 S, g4 5 : V2.1.2二氧化硅消光粉型号对透明度的影响% i5 l. X& ) J; 1 V& v b- E# B0 l( _; z. l- e/ c保持透明木器亚光清漆配方的其它组成不变，只改变二氧化硅消光粉的型号，并使光泽保持在5060范围内，其透明度结果如表5所示。9 D) |! e5 1 K1 k1 q* f& v7 z% f) 5 E: z J- K/ d1 Q9 r 6 p* p# F1 G4 s, 7 g5 K + k7 u / w, k, R不同型号的二氧化硅消光粉其消光效率、透明度相差很大。从表5中可看出：5号消光粉的用量虽较大，但透明度最好，同时由于其粒径较小，其涂层表面手感滑爽，因而为最佳选择。5 A- 0 q( _$ p/ E* X Y; J# y( D9 S: Q o/ E( V3 E0 n u+ M9 H2.2蜡粉对透明度的影响9 D% ?4 g8 r6 J* ?3 K+ & C ; 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。- H* v5 D, c: B3 O* ! O6 S2 A( O% J2 Y# N% K d % 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。- X& Z& o 0 m# 8 G- J5 J- J( N2.3树脂对透明度的影响3 b: I6 B$ G9 T: t) r 4 ! I7 : dY7 n& y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。# L8 - Z2 L4 T7 u( o( v1 t/ g 7 d1 R; G- T6 w1 H; e% |1 u9 C% KN+ m& k, 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。$ h! |+ z! t1 h% x- ) e3 P # _: x8 u0 |& P2.4固化剂对透明度的影响* s, S7 R3 l5 % W5 d$ ! q 3 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& c2.4.1固化剂的用量对透明度的影响6 ?8 n( t7 r& _$ 3 M * D2 h9 K) E/ c/ M以TDITMP加成物固化剂为例，保持透明木器亚光清漆配方不变，只改变固化剂的用量，其结果见表8。$ 0 H. R7 S9 W3 G 0 1 V% o, r# M* u7 V( , e# V3 l # v0 i由表8可以看出：固化剂用量的不同会导致涂膜光泽的不同，在相同的光泽下，适当减少固化剂的用量可减少消光粉的用量，从而提高透明度。( X9 D4 i$ J- w* m W, O ( s- lf3 o( N2.4.2固化剂种类对透明度的影响(表9)5 t2 7 L% K E1 z/ I0 V# u2 P2 j1 t: K# f% P g; x0 b, X* p8 L- e! M由表9可以看出：TDI三聚体虽然可大大减少消光粉的用量，但是会引起涂膜透明度的下降，因此应慎重考虑。! l* x3 m. E/ F/ D, R+ o; Z7 XZ/ p2.5 助剂对透明度的影响; l4 Q# J7 j1 g1 x, i+ D9 S0 v