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涂料助剂
立面抗流挂水性清面漆中流变助剂的探究与筛选
2021-06-23 13:16  浏览:231
0　前　言
单组分水性涂料是现今木家具行业常见的水性涂料产品，因其施工便捷性、低成本等优点而得到广泛的应用。家具是由零件、部件和配件组合而成的，不同的组合形成不同的结构。这些不同的结构导致木家具的涂装方式、涂装工艺各有不同。尽管存在各种差异，但对于表面涂膜的装饰性和保护性的要求却是一致的，这就对木器涂料提出了更高的施工性能要求。抗流挂、流平性是施工性能中的核心指标，具有高抗流挂、流平性能的水性木器涂料，按照一定的施工工艺参数，既可以应用于简易的板式家具，也可以应用于立体整装家具，无论是平面，还是具有沟槽、雕刻等立体造型的表面，终均可以得到均一美观的水性防护涂层。

1　实验部分
1.1　主要原材料及仪器设备
主要原材料：水性丙烯酸乳液，展辰；成膜助剂，江苏怡达化学；表面活性剂、消泡剂、流平剂、流变助剂(包括HEUR增稠剂、无机流变助剂)，海名斯−德谦化学、毕克等。
主要仪器设备：流体黏度计：DIN 4#、盐田2#杯；斯托默黏度计；高速分散机；流挂仪；流变仪；喷枪(口径1.3 mm)；电子秤等。
1.2　实验方案
1.2.1　半成品的制备
为了便于添加、分散，预先根据表1配方将选定的2种无机流变助剂a、b原料制备成无机流变助剂稀释液A、B待用。

为了便于添加、分散，预先根据表2配方将选定的6种增稠剂a、b、c、d、e、f原料制备成增稠剂稀释液A、B、C、D、E、F待用。

为了节省制样过程，预先根据表3配方将水性单组分清漆制成水性清漆基料待用。

按原料配方比例依次加入乳液、水、成膜助剂混合液、基材润湿剂、消泡剂a分散15 min(1 000～1 400 r/min)，调节分散速度至高速分散(1 800～2 500 r/min)，加入消泡剂b，直至刮膜无缩孔，达到基料配方的品质要求。
1.2.2　水性涂料中流变助剂的特性研究
1.2.2.1　无机流变助剂的流变特性
(1)制备样品
设计无机流变助剂稀释液A/B的添加量为1%、3%、5%3个梯度，根据表4配方制备水性清漆样品。

(2)测定待测样品的斯托默黏度以及流动曲线
斯托默黏度在恒温、恒湿环境下养护测定，恒温、恒湿室环境温度：(25±2) ℃；相对湿度：50%±5%。流动曲线使用流变仪在旋转模式下测定，待测样品温度20℃，在第2 d测定。
(3)结果及讨论
从表5、图1、图2测定的黏度数据以及流动曲线，可以比较容易得出：(1)相同添加量的情况下，无机流变助剂B比A更容易提高水性涂料的斯托默黏度，但是这种黏度的提升不足以达到水性涂料的施工黏度要求；(2)无论是流变助剂A还是B，都会给水性涂料带来触变性，且随着添加量的增加，触变面积变大。水性涂料具有触变性后，会大大改善喷涂施工性能。在实验过程中还发现，随着无机流变助剂添加量的增加，水性清漆样品在高速分散时的泡沫也随之增加。


1.2.2.2　增稠剂的流变特性
(1)制备样品
设计待测水性单组分清漆的斯托默黏度为(70±3)KU，使用增稠剂稀释液A/B/C/D/E/F调节黏度，根据表6配方制备水性清漆样品。

(2)测定待测样品的斯托默黏度以及流动曲线
第1 d，斯托默黏度在恒温恒湿环境下测定后，养护。第2 d，在恒温恒湿室内，再次调节斯托默黏度至(70±3) KU。恒温恒湿室环境温度：(25±2) ℃；相对湿度：50%±5%。流动曲线使用流变仪在旋转模式下测定，待测样品温度20 ℃，在第2 d测定。
(3)结果及结论
从表7和图3可知，增稠剂c与f即使在较高添加量的情况下，斯托默黏度值较低，不同剪切速率下黏度也较低，其应为高剪增稠剂或牛顿型增稠剂；增稠剂a与d在较低添加量的情况下，可以提供较高的斯托默黏度，且在高剪切速率下黏度明显变低，其应为低剪增稠剂；增稠剂b与e带来的斯托默黏度适中，且在高剪切速率下带来更高的黏度，具有比较明显的中剪增稠剂表征。增稠剂b与e，尽管都有中剪增稠剂的表征，但是其添加量却差别极大，后续观测这种添加量差异是否会给水性涂料的抗流挂性能带来差异。


从流动曲线图3不难看出，多数的HEUR增稠剂不会为水性涂料提供明显的触变性。
1.3 后续工作
依据测定的数据，结合实验中观测到的现象，选定：
(1)无机流变助剂稀释剂A/B的添加量梯度1%和3%，确保给水性涂料带来触变性的同时，有效地减少泡沫的产生。
(2)增稠剂稀释液B/E，确保给水性涂料带来所需黏度的同时，测定添加量给水性涂料抗流挂性能带来的差异。
2　立面抗流挂、流平水性涂料的流变助剂配方设计
2.1　水性单组分清漆的制备
根据表8配方制成水性清漆待用。

按原料配方比例依次加入基料、无机流变助剂、水、增稠剂分散15 min(1 000～1 400 r/min)，调整斯托默黏度至77～83 KU，达到待测样品的品质要求。
2.2　数据的测定以及结果
2.2.1　黏度数据对比(见表9)

2.2.2　流动曲线对比(见图4～图6)


从测定的黏度数据和流动曲线可以得出，流变助剂的添加量越多，水性涂料的静态黏度越高，且流变助剂B比A可以给面漆带来更大触变、更高的静态黏度，这与流变助剂B更好的防沉降性能是相符合的。增稠剂B与E，除去增稠剂E的有效添加量较大外，其他差异不明显。
2.2.3　触变性曲线对比(见图7～图9)


从测定的触变性曲线可以看出，在相同斯托默黏度的前提下，无机流变助剂A可以带来更快的黏度回复速度。黏度回复速度快可以更有益于抗流挂性能的提升，回复速度慢更有利于流平效果的提升，而无机流变助剂B可以提供更高的起始黏度，在相同条件下，起始黏度越高抗流挂效果越好。可见，需要根据实际情况来调整流挂与流平的平衡，方可得到满意的黏度。增稠剂b与e的特性曲线依旧非常相似，差别就是增稠剂b的剪切稀化比增稠剂e更明显，这可能是由添加量的多少引起的。
2.2.4　制板抗流挂效果的对比
测试方法：将表8内所有水性清漆样品兑水稀释，调整至施工黏度(70±5) s，盐田2#杯。基材为涂覆UV清底漆的木板，平放喷板立放自然干燥，施工涂布量为120 g/m2，环境温度：27 ℃，湿度：50%。
判定方法：以涂膜边缘的堆积厚度判定抗流挂能力。以涂膜边缘以及板面的平整度判定流平性。
实际制板抗流挂效果如图10所示。


经过多次的实际喷板确认，流变助剂B添加量3%(质量分数)搭配增稠剂e的抗流挂、流平效果是佳的。依据板面效果，流变助剂B的抗流挂效果强于流变助剂A的，这与实验测定的流动曲线和触变性曲线是吻合的。增稠剂e的抗流挂、流平平衡效果强于增稠剂b，这可能是添加量的多少带来的影响。

3　结　语
(1)水性涂料自身是具有触变性的，但是较弱，不足以满足施工性能的需求。
(2)流变助剂可以给水性涂料带来更大的触变性，但是其对黏度的提升较弱，不足以满足施工对于黏度的需求。
(3)增稠剂是水性涂料黏度的主贡献者，是抗流挂能力的基础。水性涂料可以通过高黏度来实现抗流挂的需求，这是基于对流平性的牺牲，尤其对于立面施工来讲。
(4)水性涂料具有触变性后，可以通过调节黏度的高低以及黏度的回复时间来实现抗流挂性和流平性的平衡。
水性涂料的抗流挂、流平性能是水性木家具涂料的永恒课题，其性能的实现取决于配方中每一个组分的性能展现，常说的流变助剂，也就是流变剂和增稠剂，是在抗流挂、流平方面表现为明显的成分。其他组分特性也是在配方设计初期必须考虑的，比如，水性乳液或分散体的干燥速度、成膜助剂的稀释能力对黏度的影响、表面活性剂对黏度响应的影响等。
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