水性涂料的配方设计的思考与助剂的应用.ppt

1、关于水性涂料配方设计和添加剂应用的思考，杨启月，南京汉宝工业原料有限公司，前言：要把我国从涂料大国转变为涂料强国，必须提高产品质量，强化品牌内涵，向环保、节能、减排方向发展。水性涂料是环境保护、节能减排的主要措施。水性涂料和溶剂型涂料的配方设计有很多不同之处，配方设计的思路也不同于溶剂型涂料。(1)水性涂料和溶剂型涂料的区别；(1)不同的溶剂：水在水性涂料中用作溶剂。溶剂型涂料使用有机溶剂作为溶剂。它们之间最大的区别是纯水的表面张力为72.5毫牛顿/米。由于类型不同，有机溶剂具有不同的表面张力(约18-35mN/m)。因此，水性涂料和溶剂型涂料在制造和应用上有许多不同之处。(2)不同的溶剂具有

2、不同的树脂结构。以水为溶剂，树脂必须是亲水的。市场上有三种水溶性树脂：水溶性、水分散性和水稀释性(乳液)。有丙烯酸、丙烯酸改性聚氨酯、水性聚氨酯、双组分水性聚氨酯、水性紫外光、水性环氧、水性聚酯、水性氨基烤漆等。前五种主要用于木器漆，后五种主要用于工业漆。它们的共同特征是亲水性。溶于水或分散于水中，或稀释并乳化于水中。溶剂型涂料的树脂是有机溶剂的溶液。根据溶解参数和氢键力，它们以分子状态溶解在相同或相似的有机溶剂中。(3)由于表面张力，水在一般基材上的润湿性不好，有机溶剂的润湿性好，但它们不完全相同。涂层能否在基体上铺展可以用铺展系数来表示。只有当S为正值时，才会发生铺展润湿。关键是rLs。为

3、了减少rLs，必须使用基底润湿剂，否则涂层将不会有良好的铺展润湿性。(4)流动和调平效果不同。涂料的流动性和流平性取决于涂料的表面张力及其对基材的铺展和润湿能力。水表面张力具有良好的流平性，但如果基材的润湿能力差，涂膜容易收缩和铺展，因此整体流平性差。有机溶剂的表面张力低，流平性稍差，但对基材的润湿能力强，涂膜的铺展性好，总体性能为良好的流平性。(5)水基涂料具有高表面张力，容易出现表面状态缺陷，但控制它们并不困难。由于表面张力低，溶剂型涂料不容易出现表面缺陷，但与水性涂料相比，它更难控制表面状态。(6)动态表面张力的平衡能力不同，所以水性涂料的动态表面张力容易失衡，但溶剂型涂料的动态表面张力

4、问题很少发生。这是因为溶剂的表面张力低，使用的表面活性剂的数量和种类少于水基涂料。因此，运动状态下表面活性剂重排不平衡的可能性很小。(7)发泡和消泡的难度不同，水性涂料容易发泡，溶剂型涂料相对较好。泡沫消除是困难和容易的，特别是高粘度的微气泡。一般来说，水基泡沫比溶剂基泡沫更容易消除。然而，水基烤漆的一些暗气泡像双组分溶剂型聚氨酯漆由于水而产生的气泡一样难以消除。颜料分散和储存的稳定性是不同的。颜料在水体系中很难润湿。一般来说，水体系的粘度相对较低，容易产生沉淀。它们中的大多数依靠增稠来防止沉淀。颜料在溶剂体系中的润湿性和储存稳定性优于在水体系中的润湿性和储存稳定性，颜料的润湿效率可参考以下公

5、式：W=k rcosr3/Young定理：rsG=rsL rLGcos。猪的润湿效率尤其明显的是温度和湿度。溶剂型涂料适用温度范围广，挥发速度可通过溶剂调节。然而，当温度过低(约10)时，水基涂料不能被涂覆，这将冻结在0以下，并且在溶解后涂层性能将受到影响。高温(35以上)会严重影响流平性，容易出现干喷现象(尤其是水性聚氨酯涂料)。湿度高，干燥速度慢，湿度低，温度高，流平性差。10.成膜机理并不完全相同。在上面的(1)和(2)中提到，水基和溶剂基涂料中使用的溶剂和树脂是不同的。溶剂型涂料包括物理干燥成膜、氧化聚合成膜、交联固化成膜，无溶剂涂料大多是交联聚合成膜。随着溶剂的挥发，涂膜的干燥和固化

6、持续进行，直到完全固化形成膜。水性涂料的成膜和固化是复杂的，尤其是水分散型和水乳化型涂料，必须配以成膜助剂和共存溶剂。水先挥发，然后是成膜助剂或共存溶剂。水流失后，成膜助剂或共存溶剂破坏乳化剂，使卷曲成球的大分子化合物溶解成拉伸的大分子，共存溶剂挥发挤出成膜，大部分为热塑性塑料。然而，有许多水性涂料是交联固化成膜的。如水性烤漆、双组份聚氨酯漆、水性紫外光漆等。第二，降低固/液界面张力，提高润湿和铺展能力，提高涂料的流动性和流平性，表面活性剂对表面张力和流动性流平性的影响表面活性剂降低表面张力(mN/M)铺展润湿能力(cm2) (0.1%水溶液25) (0.05ml 0.1%水溶液铺展在聚氯乙烯

7、上)含有E0壬基酚化合物35 20大分子硅氧烷表面活性剂31 5非离子氟碳表面活性剂17 20 Tego KL-245 21 160， 由上表可以看出，表面张力降低很强的表面活性剂不一定具有良好的铺展和润湿能力：氟降低表面张力的能力最强，但其铺展和润湿能力与表面张力降低最差的有机化合物表面活性剂相同。 原因在于它能否定向排列在固/液界面，降低rsL。Tego拥有一系列能够快速排列在液/固界面并降低rsL的产品。改善涂料的流动性和流平性。因为它设置在涂膜下面，所以不会影响层间的附着力，但有利于附着力的提高。这里，我们应该给基质湿润剂下一个定义：(1)定义，基质湿润剂是指能够定向排列在液/固界面并

8、降低其界面张力的表面活性剂。(2)应用：Tego的基材润湿剂是非常强的系列产品，分别是Wet245、250、260、265、270、280、Twin4000和4100。其中，245、260、270、280和4l00主要是推荐；Wet500D0-75 .它们都用于水和油(D0-75除外)。245具有最好的铺展性，因此它最适合水性产品。260水也很好，但它更适合溶剂产品。270具有很强的渗透性和抗收缩能力，适用于木材底漆和多孔材料。280具有良好的雾化和均匀性，适用于喷涂后涂层不均匀的涂层系统。除了245和260的特性之外，4100的特征还在于喷涂涂层膜的不稳定气泡和少量暗气泡。使用时注意rsL和

9、rLg的关系，rLsrLG最好，否则会出现收缩。特别是含粉末的体系，必须使用能降低rLg的流平剂。否则，粉末颗粒的表面张力将低于涂层的表面张力，从而形成缩孔施主。系列500和D0-75是动态表面张力平衡器，也可用作颜料的润湿剂。(1)流动性和流平性的定义，流动性是指在外力作用下在基材表面形成涂膜的整个过程。流平是指涂层在表面张力的作用下变得光滑平整的过程。粘度是涂层流动和流平的阻力。因此，涂料的流动性和流平性受到影响表面状态控制(硅、氟)、流动促进和流平(丙烯酸树脂、脲醛树脂)、高沸点混合溶剂，控制涂膜的开放状态，延长流平时间。(3)流平剂的应用大多数水性涂料流平剂是聚醚改性聚硅氧烷、聚醚或其

10、它亲水改性氟碳化合物。所有这些都是通过降低表面张力来控制表面状态(波纹-平面波、缩孔、防止Beenaert涡流-起霜桔皮、粉末分布)。降低表面张力等于降低涂膜自身收缩的能力，这不利于涂膜的流平性。但是，它可以平衡表面张力，防止缩孔、波纹和贝内亚特涡流，这具有涂层流动的意义。在这方面，可以说它可以促进涂膜流动。但是，最好不要将这种流平剂用于机械痕迹(刷痕、辊痕、印刷印痕等)。)。因为这些痕迹是山谷形的。只有高表面张力才能使其平滑收缩，不宜使用降低表面张力的流平剂。最好使用不降低表面张力的流平剂或基材润湿剂。湿KL-245和湿KL-260可作为基材的润湿剂。Glide-100、425和450用作流

11、平剂。(4) Tego有相当多的水性流平剂，主要推荐Glidl450、410和482。紫外光涂料可由活性流平剂Rad-21002700系列产品或添加剂432等制成。第四，消泡，(1)产生气泡，含有表面活性的物质会在涂料中形成气泡，尤其是在含水体系中。低表面张力的活性物质产生的气泡必须用低表面张力的消泡剂消除。水性涂料脱泡既困难又容易。通常使用消泡剂和消泡剂。然而，一些水性涂料，如水性氨基烤漆和水性环氧涂料体系，很难消除泡沫。我认为这可能是由以下原因造成的。随着水挥发性涂料浓度的增加，涂膜中微量水与树脂亲水基团的亲和力越来越强，但疏水性的排斥力也增强，物质会被挤压并向上移动，但由于其与树脂亲水基

12、团的亲和力，上升速度不会太快。当它到达表面时，表面浓度太高，所以它不能溢出。很难消除涂膜中的暗气泡。此外，大多数共存溶剂为两性高沸点溶剂，与水形成水合物，水不易释放。当温度达到一定水平时，表面干燥时不能释放。不同的溶剂涂层，有机溶剂与树脂相容，树脂释放迅速，容易上升到表面。只要控制好涂层溶剂的溶解参数和挥发平衡，就不容易产生暗气泡。如前所述，双组分聚氨酯涂料中会因水而产生气泡。这是因为固化剂的-NC0基团与水反应生成氨基甲酸。它进一步分解产生有机胺和CO2气体。在这个反应阶段，漆膜的表面已经达到表面干燥，所以气泡被浸泡在漆膜中。这种泡沫极难消除。(2)消泡困难表面活性物质的表面张力、泡沫膜的表

13、面粘度(活性物质之间的结合方式)、马拉内现象的阻断能力、体系粘度和泡沫浮力。(3)消泡剂的分类和破泡机理：消泡剂分为消泡剂和消泡剂。消泡剂用于消除上升到表面的气泡，而消泡剂用于使系统中的微气泡变大并迅速上升到表面。在高粘度和粘性涂层的情况下，最好将它们一起使用。(4)发泡剂的应用，相容性好，扩散能力强，消泡能力差，相容性差，扩散能力弱，消泡能力强。对于高弹性、高粘度的涂料，最好使用扩散能力强、相容性好、相容性差、扩散能力弱的消泡剂。消泡剂使用不当会产生缩孔、层间附着力下降等副作用。Tego消泡剂主要推荐泡沫810、815、822、825和843；Airex-901w、902w、904w、5。颜

14、料分散体，1(3)分散机理、电荷稳定性(尤其是水体系)、空间位阻熵排斥(主要是溶剂体系)和电阻稳定性(水性离子聚合物活性剂)。(4)分散剂、絮凝剂、高光泽流平(670、755)的应用；控制絮凝可以抵抗浮色和晕染，这不利于光泽，但有利于抗沉降和抗流挂(610，630)。(5)根据颜料的比表面积和丹尼尔流动点计算添加量和添加顺序，以达到饱和吸附，避免添加剂与裸点的桥接和交联导致过度絮凝，导致增稠、着色力下降等不良现象。三甘醇水基分散剂数量众多，分散性-715，735，740，750，755，752，760，762，VI。粘度调节剂，(1)定义，因此顾名思义粘度调节添加剂，其中许多是像膨润土，Si02和氢化蓖麻油；碱溶胀丙烯酸、羟乙基纤维素和缔合增稠剂：疏水改性羟乙基纤维素、羟乙基纤维素、疏水改性碱溶性乳液(HASE)、聚氨酯嵌段共聚物(HEUR) (2)、应用、增稠效率(主要取决于分子量)、与其他添加剂(表面活性剂、分散剂)的相容性、稳定性(酸碱度)和流变控制(屈曲)Tego只有HEUR(HE