1 試驗部分
1.1 主要原材料與儀器
原材料：脂肪族二異氰酸酯（ADI）、N- 甲基吡咯烷酮（NMP）、酒石酸（TA）、二羥甲基丙酸（DMPA），均為化學(xué)純，市售品；潤濕劑、消泡劑，分析純，德國BYK ；三乙胺（TETN），分析純，海明斯公司。
儀器：精密電子天平，BL-2000A，上海亞津電子科技有限公司；硬度計，BGD 509，廣州標(biāo)格達實驗室儀器用品有限公司。
1.2 水性通用樹脂的制備
1.2.1 含端羧基預(yù)聚體的制備
在氮氣氣氛下，將經(jīng)120℃脫水的60 kg 二官能團聚酯或聚醚和40 kg 脂肪族二異氰酸酯加入反應(yīng)釜中，逐漸升溫至65℃，反應(yīng)2.0 h，使體系中的—NCO含量達到理論值。
1.2.2 預(yù)聚體的擴鏈
稱取5 kg 二羥甲基丙酸，在N- 甲基吡咯烷酮中充分溶解后加入0.2 kg 催化劑，升溫至82℃左右反應(yīng)3 h，繼續(xù)加入5 kg 酒石酸，在70℃進行擴鏈反應(yīng)1.5 h，加入等極性溶劑降黏，制得含端羧基高聚物溶液。
1.2.3 高聚物的中和及乳化
將所得的高聚物溶液降溫到40℃左右，加入5 kg三乙胺中和劑，快速攪拌混合，中和反應(yīng)30 min，然后在高速攪拌下緩慢加入100 kg 去離子水乳化25 min，制得水性聚氨酯分散體。
1.2.4 脫去溶劑
所得的水性聚氨酯分散體真空減壓脫去，即得到穩(wěn)定的陰離子水性聚酯聚氨酯通用樹脂。水性通用樹脂制備工藝流程圖見圖1。
1.3 汽車涂料用水性通用色漿的制備
將水性通用樹脂、去離子水，分散劑、消泡劑等助劑，水性助溶劑混合均勻后，加入水性顏料，分散均勻；進入砂磨機研磨至細(xì)度達到要求后，再于分散條件下加入助劑，分散均勻，即制得汽車涂料用水性通用色漿產(chǎn)品。制備工藝流程如圖2 所示。
1.4 性能測試
耐酸堿性：按GB/T 9274—1988 進行測定；黏度：按GB/T 1723—1993 進行測定；pH ：按GB/T 9724—2007 進行測定；密度：按GB/T 6750—2007 進行測定。
2 結(jié)果與討論
2.1 DMPA對水性通用樹脂性能的影響
DMPA 作為體系的親水?dāng)U鏈劑是影響成膜物性能的重要因素之一。實驗表明：隨著DMPA 用量的增加，為體系提供了更多的親水基團，水性聚氨酯分子鏈的親水性增強，平均粒子尺寸顯著減小，在水中更易分散，分散體的外觀由不透明的乳白色逐漸變成透明液體；但粒子尺寸是影響體系黏度的主要因素，隨著粒子尺寸的減小，粒子在運動時受到的阻力就越小，表現(xiàn)為體系的黏度呈下降趨勢；DMPA 的用量越大，水性聚氨酯分子鏈上的親水基團越多，極性基團含量增大，中和后生成的水性聚氨酯親水性增強，在成膜過程中，親水鏈段極性基團聚集形成的親水區(qū)體積越大，水分子易被分子鏈上的親水基團吸附，從而導(dǎo)致吸水率增大，耐水性降低。當(dāng)DMPA 用量在3.0%~6.0% 時，粒子尺寸的變化雖有明顯不同，但在貯存穩(wěn)定性方面，均未發(fā)生凝聚或分層現(xiàn)象，完全滿足使用性能要求。
2.2 水性通用樹脂及顏料的影響
實用的高性能通用樹脂首先要求它具有盡可能好的相容性。為了解決這類樹脂與汽車涂料系統(tǒng)中常用樹脂的相容性，在脂肪族聚氨酯鏈上引入陰離子基團，賦予樹脂對極性類樹脂的相容性，以及提高它對各類顏料粒子表面的親和性，并且能夠使體系具有足夠的親水性而在水中形成穩(wěn)定的分散體，從而盡可能降低通用色漿用樹脂對漆膜性能的影響。色漿的主要原料是顏料，而顏料的種類直接影響色漿的顏色和性能。通常為了保證色漿的貯存穩(wěn)性，需要有較高的低剪切黏度；為了保證使用方便，攪拌時應(yīng)具有良好的流動性，即具有較低的中剪切黏度，因此，色漿應(yīng)具有良好的觸變性。隨著顏料用量增加，色漿黏度隨之增加，觸變性變大，在一定程度上有助于貯存穩(wěn)定性的提高，但顏料用量越大，分層沉淀的可能性越大，因此需添加具有防沉效果的功能性助劑，改善其貯存穩(wěn)定性。試驗表明，功能性助劑用量為0.4%~0.8% 時，色漿的綜合性能較好。
2.3 助劑的影響
由于水的表面張力較高，在水性涂料中需添加適當(dāng)?shù)臐櫇駝?，以降低體系的表面張力，增強其對基材的潤濕性和滲透性，提高流平性和附著力。但隨著潤濕劑用量增加，會使涂膜吸水率增大，水敏感性增強。實驗表明，潤濕劑用量約為0.3%。在配制色漿過程中，需要加入大量的顏料，使用高速分散機或砂磨機等設(shè)備進行充分地機械分散。然而，顏料顆粒在體系內(nèi)處于高度分散狀態(tài)，其表面能相當(dāng)大，顆粒在熱運動作用下，相互不斷碰撞，必定趨于相互結(jié)合，以減小體系的表面能，因而導(dǎo)致顏料絮凝、結(jié)塊。加入顏料分散劑，使其表面具有一定的排斥電勢，克服顏料本身存在的相互吸引力，保持體系長期穩(wěn)定。分散劑用量過大，電荷斥力作用受到過剩電荷影響而降低，大分子鏈段之間會產(chǎn)生絮凝，也會造成顆粒返粗，引起體系貯存穩(wěn)定性下降。試驗表明：分散劑用量在0.4%~0.7% 為宜。
在水性涂料中加入助劑，導(dǎo)致涂料更易產(chǎn)生泡沫，不僅會造成操作困難，而且在施工中會造成漆膜缺陷，使其耐水性和耐候性變差，所以消泡劑的選擇至關(guān)重要。良好的消泡劑應(yīng)同時具有抑泡和消泡作用，且長效消泡。但是在涂料長期貯存后，消泡劑會吸附少量的潤濕劑，提高自身在涂料中的分散性、相容性，從而降低或失去消泡的能力。因此應(yīng)選擇具有長期高效的消泡性且不會產(chǎn)生漆膜缺陷的消泡劑，試驗表明，消泡劑用量為0.4%。
2.4 性能指標(biāo)
通過對各種原材料及助劑的選擇性研究，選取定量水性通用樹脂，依次加入去離子水、潤濕分散劑、消泡劑、顏料等進行均勻分散后研磨，再于分散條件下加入功能助劑，制得汽車涂料用水性通用色漿，其性能指標(biāo)見表1。
3 結(jié)語
通過在脂肪族聚氨酯鏈上引入陰離子基團，使其具有足夠的親水性和貯存穩(wěn)定性，制備成水性通用樹脂，其對顏料潤濕性和樹脂相容性良好，進而通過對水性助劑和顏料的選擇性研究，開發(fā)出一種高性能汽車涂料用水性通用色漿，并確定了親水?dāng)U鏈劑用量為3.0%~6.0%，功能性助劑用量為0.4%~0.8%，潤濕劑用量為0.3%，分散劑用量為0.4%~0.7%，消泡劑用量為0.4%，實現(xiàn)了低VOC 排放、水性環(huán)保、安全無毒，給施工操作帶來了極大的便利。隨著涂料工業(yè)的發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，在未來的涂料水性化發(fā)展的道路上，該通用色漿必將對我國涂料工業(yè)的發(fā)展具有極大的推動作用。
東莞市恒豐新材料有限公司專業(yè)銷售:涂料助劑
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