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            水---水性涂料的重要組成部分

            新聞來源:水性涂料助劑專家-佛山建涂助劑   發布時間:2014-10-8 16:14:48
            這些年一直從事水性涂料的研發和生產,對涂料中的水也有著越來越多的認識。不斷看到越來越多的涂料品種水性化—水性木器涂料、水性金屬涂料、水性塑膠涂料、水性汽車涂料、水性光固化涂料,等等,水性化已經成為當今涂料業發展的趨勢之一。在強調低碳經濟的時代,涂料水性化對于減少碳排放保護地球環境更有意義。
            水,無色透明,沒有味道,無毒無害,又無處不在。水的冰點是0 ℃,沸點是100 ℃,所以水性涂料要求保存在0 ℃以上。水,化學性能穩定,不燃不爆,所以水性涂料都是非危險品,生產、存放和運輸過程都很安全。水是極性溶劑,根據相似相溶原理,作為涂料基本成分的基料和顏填料必須借助于乳化劑和分散劑分別乳化和分散在水里。乳化劑也稱作表面活性劑,分子鏈的一端帶有極性,另一端則是非極性的,而成膜物質,往往是有機高分子材料被乳化,存在于表面活性劑形成的膠束中,通過雙電層保護或者空間位阻的方式彼此隔絕,由此穩定懸浮在水中。而涂料中的顏填料則是通過帶有負電荷的分散劑吸附在顏填料表面,形成顏填料分散漿料的形式存在于水中。這類分散劑可以是無機鹽類,比如某些偏磷酸鹽,現代涂料生產往往采用高分子類的分散劑,比如聚丙烯酸的鈉鹽或者銨鹽。
            作為涂料行業中的水,不僅作為分散介質,而且水也參與到水性涂料的生產制造過程中,生產過程中幫助調整生產工藝,提高涂料質量,生產結束用來清洗工具和設備,涂料施工時水又作為稀釋劑。本文著重討論了水和水性涂料的關系。

            1 合理用水,提高水性涂料生產工藝水平
            1.1增稠劑的預分散
            很多增稠劑,比如堿溶脹類增稠劑或者疏水改性堿溶脹類增稠劑在生產過程中,往往需要預稀釋才能加入分散缸中。由于這類增稠劑都是酸性的,在沒有加入涂料中的時候,它們的分子鏈團聚在一起,一旦加入到涂料中,遇到堿性環境,分子鏈上的羧基基團互相排斥,舒展開來,一方面吸附周圍的水分子,減少溶劑水的自由流動,另一方面由于自身體積的龐大,限制了其他涂料組分的自由移動,疏水改性的增稠劑同時還能夠吸附到不同乳膠粒子表面,互相牽制,從而達到增稠的目的。在pH值越高的環境中,這類增稠劑的效果越明顯,但是集中添加,往往帶來局部增稠過度,導致涂料絮凝的風險越大。解決方法是將這類增稠劑用水預先稀釋,增稠劑和水的比例一般在1∶1或者1∶2,在加入的時候緩慢滴加,同時加快分散速度,這樣就能夠有效避免黏度不均、絮凝返粗的現象。

            1.2 纖維素的預制漿料
            用于水性涂料生產的一般都是羥乙基纖維素,這類纖維素都是剛性的,分子鏈骨架上連接很多親水基團。纖維素要能夠在水性涂料中發揮作用,首先必須要良好地分散。由于分子量比較大,直接在生產過程中往往很難溶解得好,在涂料中既不能起到增稠作用,又形成了小顆粒影響了涂料的細度。解決的方法是制作纖維素的預分散漿料,先將纖維素加入到高速攪拌的水中,然后再加入一些有機胺調節pH值,在堿性條件下,纖維素能夠更好溶解,一般制得纖維素漿料的濃度為2%左右,這個過程也可以在涂料研磨階段之前直接在分散缸內完成。同樣的方法還適用于消光粉的預分散,不同的是纖維素漿料需要加入有機胺來幫助溶解,而消光漿則是通過加入少量分散劑來幫助在水中的分散。

            1.3成膜助劑的預稀釋
            成膜助劑是大部分水性涂料必須要添加的成分。它可以幫助水性涂料降低最低成膜溫度,形成性能更好的涂膜。成膜助劑根據分子量的大小、分子極性的強弱,其干燥速度和成膜效果各不相同。在水性涂料中,成膜助劑根據非極性強弱,分別存在于乳膠粒子的內部和乳膠粒子與水的界面上,完全溶解于水的溶劑,只能是溶劑而不是成膜助劑,比如酒精和乙二醇。水性涂料中常用的成膜助劑包括十二碳醇酯(醇酯12)、二丙二醇丁醚等。對于那些分子量大、非極性較強的溶劑,比如說醇酯12,建議采用水按1∶1,或者1∶2的比例預先稀釋后在涂料攪拌的過程中加入。醇酯12在水中不能溶解,攪拌的目的是形成短暫的小油滴分散體。如果醇酯12不經稀釋,直接加入,局部的乳膠粒子內部融入大量的成膜助劑而可能導致體積急劇膨脹,突破乳化劑雙電層的保護,最終導致凝膠破乳。而對于非極性不強的成膜助劑,則可以不用水預稀釋。

            1.4 防腐劑的預稀釋
            水性涂料往往都是陰離子保護體系,即乳化劑親水端都是帶負電的。這種水性涂料中使用的防腐劑往往是異噻唑啉酮類防腐劑,另外防腐劑中往往還有銅離子,所以這類防腐劑往往呈透明藍綠色。由于銅離子為二價陽離子,如果局部濃度過高容易使陰離子保護的膠乳破乳。水性金屬防銹涂料中使用的亞硝酸鈉防閃銹劑往往也是用水配置成15%的溶液,在涂料攪拌的過程中緩慢加入,以免造成破乳。在涂料施工的時候,往往加入水來調整施工黏度。如果水中含有較多的鈣鎂粒子,即通常所說的水的硬度較高,加入到涂料中,容易導致涂料的破乳。筆者曾經碰到這樣的事件,一個知名涂料企業的工程內墻涂料在上海地區的銷售非常好,但是銷售到四川以后,當地的客戶用水加入涂料后發現每一桶都會絮凝結塊,原因是四川地區多采用地下水,水質較硬,破壞了乳膠粒子的陰離子雙電層保護,造成涂料破乳。我們不能改變消費者的使用習慣,要求他們一定要使用去離子水稀釋涂料,只有企業自己通過改變配方增加涂料的鈣離子穩定性,比如說增加一定的乳化劑來增強乳膠粒子的穩定性。因此對于帶有陽離子的組分加入,一定要用水預稀釋。按照上述的幾點要求,在涂料的生產過程中,多個地方需要用水來調整工藝。另外一些原料桶有殘余的原料,特別是一些黏度較高的乳液,需要用水沖洗桶壁后加入缸內??梢韵劝雅浞娇偟挠盟嬎愠鰜?,單獨稱量計重,如果有通過預制漿料加入的則扣除這部分的水。在實際生產的時候,不要一次性把水全部加完,而是結合工藝要求,分步預稀釋、預混合,保證涂料各組分充分均勻分散混合,最好還要通過適量加入或者減少一定的水來達到出廠黏度的要求。同樣的配方,添加同樣數量的組分,得到的黏度未必相同,最后需要用水來調整。
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