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提高水性色漆的稳定性和展色性的方法有哪些?

发布时间:2020-03-11 11:09:03 点击率:

如何提高水性工业漆的稳定性和展色性?我们知道合适分散剂的使用,是为了使颜料在水性涂料体系中具有良好的稳定性和展色性。将聚电解质分散剂与传统的非离子表面活性剂相结合,可以获得静电斥力和空间位阻力,通过本文所讨论的新型高分子量分散剂,可以改善涂料的稳定性和其他性能。

 新型高分子分散剂适用于工业与油墨应用中的低挥发性有机化合物(VOC)和不含烷基酚乙氧基化物(APE)的颜料分散。与传统的高分子材料相比,新分散剂使涂料性能得到了改善,提供了优异的展色性、增加了低粘度下的高颜料含量,也使得稳定性和光泽度得到了提高。


在过去的几十年中,对水性涂料中挥发性有机化合物立法和法规越来越严格,为了达到涂料所需的长期稳定性和应用性能,涂料配方制定者和制造商们在选择和使用传统分散剂方面面临着挑战。VOC的限制,加上对基于APE表面活性剂的限制,都在颜料分散方面对涂料配方制定者提出了新的挑战。因此,对高性能分散剂的需求将会显著增加。新型高分子分散剂是较传统的阴离子分散剂的改进替代品,使配方制定者能够在水性涂料体系中获得更好的颜料稳定性和颜色性能。它们也适用于工业和油墨应用中不含VOC和无APE的颜料分散。

分散剂功效的关键因素
分散剂有效的关键因素在于其分散和稳定颜料的能力。理想情况下,分散剂被吸附到小粒径的颜料上,覆盖其整个表面。尤其是在水性体系中,颜料分散剂的相互作用应能在各种变量条件下发挥作用,如不同的树脂化学成分、pH值、共溶剂以及终的颜料类型。无机颜料(金属氧化物)的着色强度和明度较低,然而,它们具有很高的不透明度,耐候性,且更易分散。反之,有机颜料粒径更小,因此具有较高的着色强度和明度,它们对紫外线和热度更为敏感,通常也更难分散。成功的分散剂需要具有通用性,既可以分散无机颜料,也可以有效分散有机颜料。


高分子分散剂在其结构中有两个主要成分---在颜料表面的锚定功能基团和在颜料周围形成空间位阻的聚合物链。或以单个或多个锚定基团,或以单个或多个聚合物链,分散剂可以通过使用这两种不同的化学方法来进行定制。锚定基团与颜料产生强大的相互作用,并吸附在颜料表面。锚定能力不足将会导致颜料的絮凝、沉淀和展色性不佳。

 1成功分散的另一个关键因素是聚合物链与溶剂/水的相容性。为了保持空间位阻的稳定,它们需要具有充分溶解。 理想的分散剂应具有以下优点:品质

 • 更高的颜色强度 

• 更高的光泽度

• 低雾度 • 无絮凝

 • 不产生相的分离 

 • 无沉淀/理想的储存稳定性

• 漆膜不产生如Benard cells旋流坑等缺陷

• 外观优良• 成膜性佳 • 较好的技术性能,

如: • 耐水性 • 耐候性 • 耐腐蚀性 生产 • 低粘度• 低/无泡沫产生 • 快速分散• 更有效的研磨 • 低能耗 灵活性• 较低或无需分散树脂或漆料

分散阶段

颜料分散过程包括三个不同的阶段,如图一所示:润湿、分离/研磨和稳定。颜料通常以干粉的形式出现,这些干燥的粉末容易团聚,团聚后将比原始颗粒大得多。在阶段,液体通过降低表面张力来取代颜料颗粒表面的空气。分离阶段包括通过研磨使颜料粒径小化。为了获得性能,应将颜料团聚物分解成更小的单元。稳定阶段,分散剂通过静电排斥、空间位阻或两种机制的结合防止颜料重新团聚。 聚电解质分散剂是由电排斥力来进行稳定的。它们在颜料表面形成一个双电层,以防止颗粒团聚。然而,聚电解质分散剂不具有润湿性,因此需要与润湿剂结合使用。此外,它们对系统中存在的其他离子很敏感,而且这些离子会对双电层结构进行破坏。 非离子型分散剂通过空间位阻作用进行稳定,并具有润湿作用。传统的非离子表面活性剂通过锚定基团吸附在颜料表面,再通过溶剂化链的空间位阻力来稳定分散。然而,较小的分子或较弱的单锚定相互作用可能无法进行吸附,因此,导致絮凝产生。 ,高分子分散剂包含多个锚定基团和连接到主链的多个溶剂化链(图2)。因此,防止了锚定基团的移动,实现了长期稳定。它们还具有湿润特性,且对其他离子不敏感。

新型分散剂

新的高分子分散剂于2018年底开发,它们由含有多个锚定基团的高分子量共聚物组成。这种新型分散剂是一种专为水性工业涂料和油墨设计的润湿分散剂。它能有效降低研磨浆的粘度,并提高颜料的颜色强度。本文将新型分散剂命名为Dispersant E,并与市场上同类分散剂竞品进行了比较,以证实其在一系列不同的颜料分散体中的优异性能。它具有良好的展色性、光泽和稳定性,且不含烷基酚乙氧基化物(APEO)。

实验与结果

粘度无树脂颜料浓缩浆是根据颜料的性质用不同的分散剂与颜料(d/p)的比例配制而成:• 基于酞菁蓝(Heliogenblue D 7079)的蓝色颜料 – D/P 65% • 基于MA 100的碳黑颜料– D/P 50% • 基于Ti-Pure R706的钛白浆– D/P 15%  在50°C下老化7天后测量浓缩浆的粘度。结果表明,所有浓缩物的粘度与市场参考样品的粘度相当。二氧化钛(TiO2)浓缩浆的粘度——分散剂E的稳定性可接受,而市场参考样品B显示了临界初始粘度,以及老化后粘度有所下降。 

颜色与光泽 根据不同的终应用,这些浓缩浆将被添加进透明清漆中,来确定老化前的颜色性能和光泽:• 基于Albedingk AC 2524的塑料透明清漆:一种经济型自交联多相丙烯酸分散体。• 基于Dow Maincoat HC 54 G的金属防护透明清漆:用于水性防护涂料的丙烯酸树脂,推荐用于底漆和光泽面漆。

 酞菁颜料对于酞菁蓝颜料(图3),分散剂E在色彩上的表现与市场参考样品A和B相似。样品B的大显色变化为0.3。 使用高分子分散剂E时,两种涂料的初始光泽度值。在塑料涂层中,分散剂E的稳定性非常出色-并未发现光泽度的变化。在金属保护涂层中,所有样品在老化后的光泽都有所下降。

 碳黑颜料在含有碳黑色浆的涂料中,分散剂E在亮度上显示出非常稳定的数值(图4)。两种体系的稳定性都很好。在塑料涂层中样品都发现了明显的颜色变化,但分散剂E的色差小。 


塑料涂料配方中,使用不同分散剂的结果对比较明显,分散剂E具有的初始光泽,老化后的效果也较好。在金属防护涂料中,所有样品的表现非常相似,没有明显的光泽变化。 

钛白粉在含钛白浆的塑料涂料中,对于分散剂的选择也显示出了不一样的结果(图5)。分散剂E具有良好的相容性,从而获得亮度值。老化后的变化很小,与其他市场参考样品类似。金属保护涂料中分散剂E与所有市场参考样品的亮度值类似。


塑料涂层的光泽度值具有明显差异-分散剂E在光泽度上的表现。金属防护涂层与分散剂E的相容性,光泽值。

指研实验

指研是展示颜料混合浆稳定性的基本测试方法(图6)。涂料施涂后,通过摩擦漆膜施加应力,颜料的团聚和絮凝可以比较指研区域和周围区域的颜色差别来进行观察,得出结果。

用3%酞菁蓝颜料浆对含钛白粉的基料进行着色时,新开发分散剂显示了与市场参考样品类似的结果。 当使用3%的碳黑进行着色时,分散剂E显示了优异的性能。在图6上,我们可以看到明显的颜色差异。ΔE值色差测定证实了分散剂E的在色差上的出色表现和优异性能,由于锚定基团可以很好地附着在颜料表面,使脱附过程得到了抑制。 工作人员使用不同的黑色颜料进行了更多的研究(图7)。研究对象主要选取了难分散、高黑度的碳黑。这些颜料价格昂贵,且经常用于高性能高光泽面漆中,在这些面漆中,颜色和黑度至关重要。出色的黑度通过非常小的粒径来实现,然而,粒径小又不易稳定,较高的表面积可以加强对抗颗粒先天的团聚力。在这方面,新型高分子分散剂因为具有高密度的锚定组,因而可以有效防止絮凝。

同时,研究还对分散剂E与市场参考样品在四种不同黑色颜料中的相容性进行了比较。将黑色色浆混合在丙烯酸乳液和聚氨酯分散体体系的涂料中,对初始状态和在室温下老化8个月后的结果进行比较。 终发现,在聚氨酯涂料体系中,所有颜料均具有良好的稳定性,而在丙烯酸乳液涂料体系中,结果并不一致。市场参考样品在老化后,光泽明显降低,而新型分散剂E则具有更好的相容性。

新型高分子分散剂使配方制定者能够开发出高质量的色浆和颜料体系,这种分散剂基于聚电解质和表面活性剂的组合功能来对色浆进行分散,在涂料生产过程中提高了颜色的展色性、光泽度和稳定性,且抑制了泡沫的产生。通过使用这种集合两种功能于一体的分散剂,也使得原材料产品和生产配方得到了简化。 与市场上其他竞争产品相比,新开发的分散剂提高了高分子分散剂的性能。本文的研究表明,老化试验后,其在酞菁蓝和炭黑颜料的分散方面,展色性和稳定性都很好,且改善了白色钛白浆配制涂料的光泽性能,新型分散剂与高黑度碳黑颜料也具有较好的相容性和贮存稳定性能。 使用这项技术,有助于简化配方,它取代了传统配方所需的润湿剂和分散剂,因而减少了原材料品类,增加了生产时间,节省了成本。





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