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水性聚氨酯橘纹涂料的研究,开发出一款水性聚氨酯橘纹涂料,讨论了树脂和助剂对橘纹涂料的影响,结果表明该水性产品可以达到溶剂型产品的性能,并在实际领域成功应用,中国建材网,cnprofit.com
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水性聚氨酯橘纹涂料的研究,开发出一款水性聚氨酯橘纹涂料,讨论了树脂和助剂对橘纹涂料的影响,结果表明该水性产品可以达到溶剂型产品的性能,并在实际领域成功应用
2019年10月05日    阅读量:485    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

0 前 言

橘纹涂料因其独特的外观效果,可以对基材起到一定的装饰作用。聚氨酯橘纹涂料主要应用在工程机械、电力设备和机床等领域,目前商品化的聚氨酯橘纹涂料大都是有机溶剂型产品,在使用过程中会向环境中排放大量的挥发性有机化合物(Volatile OrganicCompound, VOC),造成大气污染,给人类的健康带来危害。为了适应环保需要,采用水性涂料替代溶剂型涂料是未来发展的方向之一中国建材网cnprofit.com


由于水性涂料的研发、生产、施工等难度较大,尤其应用在水性涂料中的橘纹助剂品种较少,另外橘纹助剂在水性涂料中的分散稳定性较差,因此目前水性聚氨酯橘纹涂料应用得很少。本文研发出一款能够替代溶剂型聚氨酯橘纹涂料的水性产品,并在实际领域中成功应用。

 

1 实验部分

1.1 实验原料和仪器

原料:水性羟基丙烯酸树脂,水性异氰酸酯固化剂,分散剂,消泡剂,橘纹助剂,流平剂,基材润湿剂,丙二醇甲醚(PM),丙二醇丁醚(PNB),二丙二醇甲醚(DPM),二丙二醇丁醚(DPNB),丙二醇甲醚醋酸酯(PMA),醇酯十二(C-12)。

设备:高速分散机,天平,细度板。

1.2 水性聚氨酯橘纹涂料配方

涂料配方如表1所示。

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水性聚氨酯橘纹涂料配

1.3 性能参数

水性聚氨酯橘纹涂料参照HG/T 4761—2014标准的要求进行性能测试,如表2所示。

水性聚氨酯橘纹涂料的性能

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2 结果与讨论

2.1 树脂的影响

水性聚氨酯涂料中的主剂多采用羟基丙烯酸树脂,目前主要有乳液型和分散体型。其中分散体型树脂分子量相对较小,干燥速度相对较慢,而乳液型树脂容易制备高分子量的树脂,干燥速度相对较快。


水性异氰酸酯固化剂常用的主要有HDI(六亚甲基二异氰酸酯)和IPDI(异氟尔酮二异氰酸酯)两种。由于IPDI中脂肪环的存在,使用过程中干燥较快。干燥速度对橘纹效果有很大影响,如果涂膜干燥较慢,有利于涂膜的流平,不利于橘纹状态的稳定。因此,水性聚氨酯橘纹涂料宜采用乳液型羟基丙烯酸树脂与IPDI类型固化剂搭配使用,加快涂膜干燥速度,利于形成稳定的橘纹状态。


2.2 橘纹助剂的影响

橘纹助剂在橘纹涂料中起到关键作用,在橘纹助剂的作用下,涂膜表面张力不均匀分布,导致贝纳尔德窝的形成,是产生橘纹效果的主要因素。在溶剂型涂料中,溶剂型用橘纹助剂可以很好地分散到体系中,但是水性用橘纹助剂与水不相容,如何使橘纹助剂均匀分散到水性体系中至关重要。


图1是不同涂料在贮存时间后喷涂的效果。随着时间延长,橘纹效果越来越差,主要原因是橘纹助剂与水完全是不相容的两相,如图2(a)所示,橘纹助剂在水相中以液滴的形式存在,因此在贮存过程中,橘纹助剂会逐渐分离出来,造成使用过程中橘纹状态的破坏。

同一涂料不同贮存时间的橘纹效果

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图2是橘纹助剂在不同助溶剂中的溶解性。可以看出橘纹助剂可以溶解于PM和PMA中。PM和水混溶,因此在制备涂料过程中,可以先将橘纹助剂溶解于PM中,然后再分散于水性涂料体系中,可以提高橘纹助剂在水性涂料中的分散稳定性。另外,双组分水性聚氨酯涂料中,常用PMA开稀异氰酸酯固化剂,双组分混合过程中,PMA的存在也有利于橘纹助剂的分散稳定性。

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橘纹助剂与溶剂的相容性

2.3 分散剂和流平剂的影响

水性涂料中,对橘纹效果影响较大的主要是分散剂和流平剂。分散剂的存在有利于橘纹助剂在体系中的分散稳定。如图3所示,在水相中,分散剂的亲油片段结合在橘纹助剂表面,而亲水片段朝向水相,通过空间位阻和电荷排斥作用,使橘纹助剂稳定分散在水介质中。在贮存过程中,橘纹不会聚集析出;在使用过程中,能保持稳定的橘纹效果。

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分散剂对橘纹助剂的稳定作用

另外在橘纹涂料中,一般不宜加入流平剂,因为流平剂在涂膜成膜过程中作用于涂膜表面,对抗贝纳尔德窝,增加流平性,影响橘纹效果。

2.4 其他因素的影响

除此之外,涂料的黏度、干燥速度、施工过程中兑稀率、喷枪压力、出气量以及喷枪距离基材的距离等因素都会影响橘纹的效果,因根据对橘纹状态的需求,采取合适的施工参数。

 

3 应 用

本实验制备的水性聚氨酯橘纹涂料在工程机器人涂装领域可以完全替代溶剂型产品,如图4。表3为现场施工时水性与溶剂型产品性能对比。在实际应用过程中,水性产品贮存稳定性良好,橘纹效果与溶剂型产品完全一致。

机器人涂装实际应用 水性和溶剂型产品性能对比

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4 结 语

采用乳液型羟基丙烯酸树脂和IPDI类型固化剂作为涂料的树脂体系,在配方中通过分散剂和助溶剂PM、PMA的作用,制备出了贮存稳定性良好、具有优良橘纹外观的水性聚氨酯橘纹涂料。




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