水性色浆在双组分水性聚氨酯涂料中的应用研究
欧阳德财(上海永宁化工有限公司,201708)
摘要:以高品质水性聚氨酯树脂、颜填料和助剂为原料,研究了水性色浆的配制工艺及其在水性双组分聚氨酯涂料中的应用。
关键词:水性色浆;双组分水性聚氨酯涂料;应用
随着人们生活的日益丰富,对消费品的要求不断提升。人们不仅仅只注重产品的使用质量,而且更加关注产品的环保性能。我国作为全球3C电子消费品的主要涂装制造基地,国际品牌公司起初只是对涂装产品上的涂膜提出环保要求;如今,随着人们环保意识的不断增强,不仅对产品涂膜有环保要求,而且希望涂装过程也使用环保型涂料。为了满足产品制造的需求,推动环保型涂料的发展,我们积极进行了水性涂料的应用研究工作。通过对水性色浆的配制工艺及其在双组分水性聚氨酯涂料中的应用研究,积累水性涂料配制经验,并在3C电子消费品行业推动水性涂料的应用。
1实验部分
1.1原材料
实验用原材料见表1。
1.2分散剂的选择
分散剂选用实验配方见表2。不同分散剂研磨色浆性能评定见表3。
表2分散剂选用实验配方
注:1.将所用工具清洗干净,并依配方量准确下料;2.将1~7原材料依次加入200mL研磨缸,在TMP=40℃状态于2000r/min分散10min(分散盘d=25mm);3.在1000r/min搅拌状态下,依次加入8~10原材料,3min内加完,然后在TMP=40℃下以4000r/min×20min对色浆进行均匀化;4.在研磨机上以8000r/min×30min(研磨介质d=45mm)对色浆进行研磨。
表3不同分散剂研磨色浆性能评定
注:1~4,由低至高。
由表3可见:配方F4经研磨后,TMP=25℃的贮存稳定性较配方F1、F2、F3好,故选择使用Disperbyk-194作为研磨分散剂。
1.3色浆配制工艺的选择
色浆配制工艺配方见表4。
表4色浆制备工艺配方
注:1.将所用工具清洗干净,并依配方量准确下料;2.将1、2、3、4、7原材料依次加入200mL研磨缸,在TMP=40℃状态以2000r/min分散10min(分散盘d=25mm);3.在1000r/min搅拌状态下,依次加入8~10原材料,在3min内加完,然后在TMP=40℃状态下以4000r/min×20min对色浆进行均匀化;4.在研磨机上以8000r/min(研磨介质d=45mm)分别对色浆进行研磨。
采用0~50μm、0~15μm刮板细度计评定研磨色浆细度,结果见表5。
表5不同研磨时段的色浆细度
由表5可见:配方F7比F5、F6、F8生产工艺具有更高的色浆研磨时效性,故选择配方F7生产工艺。
采用粒径仪评定粒径分布,结果见图1。
图1粒径分布图
配方5、6、7、8配制色浆的表面张力见表6。
表6配制色浆的表面张力
1.4色漆配制
采用配方F5~F8白色浆配制白色亚光漆,其配方见表7。
表7色漆制备配方
注:1.将所用工具清洗干净,并依配方量准确下料;2.将1~9原材料依次加入200mL缸中,在TMP=40℃状态下以2000r/min分散10min(分散盘d=45mm);3.在1000r/min搅拌状态下,依次加入10和11原材料,在3min内加完,然后在TMP=40℃状态下以3000r/min×15min、6000r/min×15min、6000r/min×30min分别进行分散;4.依次加入12和13原材料,2000r/min×10min。
1.5粉体在分散过程中的注意事项
实心体粉料(R-902钛白粉、MF-5110蜡粉)的密度与粉体质量和体积比一致;空心体粉料(OK-520消光粉、AEROSIL200气相二氧化硅)的密度与粉体质量和体积比不一致。粉体的分散效率与液体向粉体间隙渗透速率相关,可用Washburn方程来解释:
式中,h—经过时间t液体的渗透深度;r—毛细管半径;σ—润湿液体的表面张力;η—液体黏度;θ—润湿角;C—结构系数;W—润湿能量(热能)。
粉体分散过程中,漆液的温度会持续上升,漆液黏度快速下降,导致漆液内部层间相对速度降低,分散效率降低,所以需要控制漆液温度。粉体颗粒分散细度与防沉的关系:
V0—沉降速度;g—重力常数;ρ2—粉体颗粒密度;r—粉体颗粒粒径;ρ1—漆液密度;η—漆液黏度。
由上式可见:粉体颗粒的沉降速度与其粒径平方成正比,所以在原材料、配方一定的前提下,粉体颗粒的分散细度对涂料的贮存稳定性至关重要,在涂料制备过程中对其必须严格控制。
粉体颗粒的分散程度最终决定了粉体颗粒的细度,直接影响涂膜表面效果。粉体颗粒分散细度较粗时,涂膜薄涂时粉料颗粒很容易裸露在涂膜之外,表面效果显得粗糙、不滑爽;而当粉体颗粒分散细度较细时,无论在涂膜厚涂与薄涂时,涂膜表面效果均不会有较大的差异,且不会出现由于粉体颗粒分散细度不足而产生的涂膜缺陷。采用表面张力仪评定色漆表面张力,结果见表8。
表8色漆表面张力
由表8可见:色漆表面张力与粉料的分散细度没有直接关系,而涂料施工成膜过程中,粉体分散细度越好,流动性越好;反之,细度越差,流动性越差。
1.6N-80硬化剂配制
N-80硬化剂配方见表9。
表9N-80硬化剂配方
注:Bayhydur304是拜耳材料科技制造的第二代聚醚脲基甲酸酯,具有较高疏水性和更高的-NCO官能度。
配方F11在不同硬化剂比例、不同搅拌状态、不同干燥条件下的涂膜物性测试结果见表10。
表10涂膜物性测试结果
2结语
双组分水性聚氨酯涂料的固化配比设置与干燥工艺有紧密的联系,在一定程度上是单位时间H2O在涂膜中的保有率决定了固化配比与最终的涂膜物性。固化配比必须紧密地与作业环境和作业工序相结合,才能得到性能优良的涂膜。
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