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几种常用水性涂料介绍

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几种常用水性涂料介绍

发布日期:2018-06-13 作者: 点击:

几种常用水性涂料介绍:

1 环氧树脂

环氧树脂具有优异的物化功用,如杰出的附着力,优异的耐化学性格和耐溶剂性,硬度高,耐腐蚀性和热稳定性优秀,因而,一直引起人们的重视。水性环氧树脂可分为水乳型环氧脂和水溶型环氧树脂2种。其制备方法首要有直接乳化法、相反转法和自乳化法3种[5]。此外,还有人选用纤维素单晶纳米资料混合改性法,制成柔韧性和硬度都较好的水性环氧涂料[6]。

水性环氧涂料经过环氧树脂与固化剂反响交联成膜,固化剂的功用对涂膜物化功用影响很大,故水性固化剂的改性研讨已成为当时国内外研讨热门。现在常用的水性环氧树脂固化剂首要是3种改性胺类固化剂:(1)36碳链二聚酸和多胺缩聚而成的聚酰胺;(2)18碳链脂肪酸和多元胺反响制得的酰胺化多胺;(3)环氧树脂与多元胺制得加成产品。关于水性环氧固化剂的组成,一般常用的胺首要包含脂肪族多胺、间苯二胺、曼尼希碱和聚氧乙烯二胺等[7]。因为该类固化剂与环氧树脂相容性比较差,故具有适用期短、耐水性差的缺陷,所以对其进行改性是首要问题。一般常用的改性方法首要有3种:1)下降伯胺的含量,以下降固化剂的整体反响性;2)选用单环氧化合物或丙烯腈封端;3)经过减压蒸馏法除掉未反响的游离胺,并参加有机酸,以进步其水溶性。石亚军等人研讨了水性环氧树脂乳液与固化剂的配比、防锈颜填料配比以及颜填料体积浓度等对水性环氧防腐涂料功用的影响[8]。研讨成果表明:选用优选的高功用水性双酚A环氧乳液和改性的多胺固化剂,当水性环氧乳液和固化剂的质量比为2∶1时,涂料功用最好当铁钛粉、铁红、滑石粉3者的质量比为1∶1∶1.5时,涂料的力学功用、耐酸碱性、附着力等功用都到达最好;在确保铁钛粉、铁红、滑石粉的质量比为1∶1∶1.5的前提下,当颜填料聚氯乙烯的体积浓度达47.7%时,涂料的硬度、附着力等归纳功用到达最佳。

近几年,除了对水性固化剂进行很多的研讨外,还对纳米资料改性的水性环氧涂料作了很多研讨工作。将纳米SiO2、纳米TiO2等纳米资料用于水性环氧涂猜中,制成水性纳米改性环氧涂料,可使其附着力、耐擦拭性、耐候性、硬度、柔韧性、耐老化性等功用得到很大进步[9]。黄丽等人研讨了复合改性的纳米SiO2/环氧涂料的功用[10]。首先将纳米SiO2与溶剂混合,再按必定的配比参加偶联剂和超涣散剂,制得改性纳米SiO2。然后将改性纳米SiO2与E-44环氧树脂混合,便制得纳米SiO2/环氧复合涂料。研讨成果表明:改性纳米SiO2用量为2%时,能够与树脂基料有用复合,可使热分化温度达296℃,比纯树脂基料进步了50℃,漆膜的机械力学功用也得到很大进步。

2 聚氨酯

聚氨酯含有强极性异氰酸酯基(—NCO)、—OH以及脲基等,并且聚氨酯分子间能构成氢键、存在范德华力效果力和较高的内聚力,对极性塑料外表具有很好的粘接力。关于非极性塑料(如PE、PP),除了处理塑料的外表外,也可在聚氨酯树脂上接枝具有与这些非极性树脂类似化学性质、外表张力和溶解度参数的链段[11]。

按水性聚氨酯的外观,分为聚氨酯水溶液、聚氨酯水涣散体和聚氨酯乳液。实践运用最多的是聚氨酯乳液及涣散液,一般统称为水性聚氨酯或聚氨酯乳液。按组成分有单、双组分之分,单组分归于热塑性树脂,聚合物在成膜进程中不发作交联,便利施工;双组分水性聚氨酯涂料由含有生动—NCO固化剂组分和含有可与—NCO反响的生动氢(羟基)的水性多元醇组成,施工前将二者混合均匀,成膜进程中发作交联反响,涂膜功用好。

2.1 单组分水性聚氨酯涂料

单组分水性聚氨酯涂料是水性聚氨酯涂猜中最常见的一种,也是最常用的,具有高开裂伸长率(可达800%)、恰当的强度(20MPa)和常温枯燥的长处。传统意义上的单组分水性聚氨酯涂料一般具有较低的相对分子质量或低交联度[13]。为进一步进步单组分水性聚氨酯涂料的机械功用和耐化学品功用,可经过引入反响性基团进行交联或运用复合改性基料的方法来进步涂料功用,选用诸如多元醇、多异氰酸酯和多元胺等多官能团化合物组成具有交联结构的水性聚氨酯涣散体;添加内交联剂,如碳化二亚胺、甲亚胺和氮杂环丙烷类化合物;选用热活化交联和自氧化交联等。与环氧树脂复合,将环氧树脂较高的支化度引入到聚氨酯主链上,可进步乳液涂膜的附着力、枯燥速率、涂膜硬度和耐水性[14]。

2.2 双组分水性聚氨酯涂料

20世纪90年代初,Jacobs[15]等成功开发出能涣散于水的多异氰酸酯固化剂,然后使双组分水性聚氨酯涂料进入有用研讨阶段,其具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度高以及耐化学性格、耐候性好等优胜功用。为得到表观和内涵质量均匀的有用涂料,双组分聚氨酯水涣散体涂料应满意:(1)多元醇系统应具有乳化才能,然后确保两组分混合后,简略把聚氨酯固化剂(特别是未经亲水改性的固化剂)乳化,具有涣散功用,使涣散体粒径尽可能小,以便在水中更好地混合涣散;(2)固化剂的黏度要尽可能小,然后削减有机溶剂的用量,乃至不必有机溶剂,一起又能确保与含羟基的组分很好地混合[16]。如运用于轿车内饰件的涂装,鉴于单组分水性聚氨酯的附着力更佳,可选用单组分水性聚氨酯制造底漆和中涂,双组分水性聚氨酯作面漆和罩光漆[17]。

3  丙烯酸酯

丙烯酸酯乳液以其优秀的耐候性、耐光性和气味小等特色,推动了丙烯酸酯乳液涂料的飞速发展,并且选用核壳结构能很好地处理乳液的Tg和最低成膜温度(MFT)之间的对立。现在,根据参加壳体单体方式的不同,可将丙烯酸酯类乳液聚合的方法分为间歇法、平衡溶胀法、半接连法和接连法。影响丙烯酸酯乳液功用的要素有乳化剂、核层/壳层的单体质量比和壳层Tg[18]。现在,对水性丙烯酸酯类涂料的改性有多种方法,例如聚氨酯改性、有机硅改性、含氟单体改性以及纳米资料改性等。

冯利邦等人经过紫外光固化技能组成了水性聚氨酯-丙烯酸酯涂料,并对其进行了研讨[19]。Jin等人经过两步乳液聚合法组成了一种用于增韧聚甲基丙烯酸甲酯的聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯核壳结构的丙烯酸酯乳液,成果显现:聚合物乳液的柔韧性得到了很大进步[20]。黄志彬等人制备了纳米SiO2/聚丙烯酸酯复合乳液,并对其功用进行研讨[21]。潘莉莎等人用有机硅氧烷对水性羟基丙烯酸树脂进行改性,制成具有坚固、耐磨、防水、耐划伤等长处的涂料[22]。这是因为有机硅氧烷单体中的硅氧烷基团在酸催化剂效果下会发作水解生成硅醇基,硅醇基不光与丙烯酸涣散体的多元醇发作缩聚反响,并且还发作分子间的彼此缩聚,构成网状结构涂膜,这样使有机硅氧烷改性的水性羟基丙烯酸树脂涂膜具有坚固、耐磨的特性。研讨成果表明:在配方中挑选较高活性的丙烯酸羟乙酯单体和阻止性的乙烯基三异丙氧基硅烷单体,挑选酸值为35~50 mgKOH/g,羟基含量为3.5%左右,Tg为25℃,中和度为60%,所得树脂与固化剂具有杰出的相容性,配制的双组分涂料具有优异的功用。

4 醇酸树脂

醇酸树脂是一种重要的涂料用树脂,其单体来历丰厚、价格低、种类多、配方变化大、化学改性便利,且功用好。水性醇酸树脂的开发经历了外乳化和内乳化2个阶段,现在首要运用内乳化法组成水性醇酸树脂涣散体。所谓内乳化法是将聚合物中的羧基或氨基分别用恰当的碱或酸中和,使聚合物可涣散于水中[23]。尽管水性醇酸树脂涂料具有杰出的涂刷功用和光滑功用,但也存在涂膜枯燥缓慢,硬度低,耐水性和耐腐蚀性差,野外耐候性欠安等缺陷,需求经过改性来满意这些功用要求。现在,人们对水性醇酸树脂的改性首要包含物理改性和化学改性,其间以丙烯酸树脂、有机硅树脂和苯乙烯改性的效果最为明显。王瑞宏等人用自干型水性丙烯酸改性醇酸树脂[24]。除了添加水性丙烯酸外,还在醇酸乳液中添加中和剂、催干剂和助溶剂。改性后的水性醇酸树脂涂料具有杰出的保色性、保光性、耐候性、耐久性、耐腐蚀性、快干性及高硬度等,战胜了惯例水性醇酸涂料储存稳定性差,枯燥速率慢,前期硬度、耐水性和耐溶剂性差等弊端,拓宽了水性醇酸涂料的运用领域。

周丽琼等人研制了磺酸盐改性的水性醇酸树脂[25],与惯例的水性醇酸树脂比较,改性后树脂的水溶性有大起伏进步,下降了助溶剂的用量。水性醇酸树脂的主链含有多元醇与多元酸聚合而成的酯键,而酯键遭到酸、碱(中和剂)的进犯简略开裂,所以在组成改性水性醇酸树脂时,选用水溶性磺酸盐预聚物,可大起伏进步树脂的水溶性,只需参加少数胺中和剂,即可取得杰出的水溶性,大大减弱了中和剂对酯键的进犯。经改性后的水性醇酸树脂除水溶性有了大起伏进步外,还具有优秀的柔韧性、附着力和耐冲击性。

聚氨酯涂料是归纳功用优秀的涂料种类。因而,人们希望将聚氨酯的优秀功用引入醇酸树脂中,用它改善醇酸树脂的物理机械功用、耐候性和耐化学腐蚀性。实践上,现在已构成产量大、功用介于溶剂型醇酸和双组分聚氨酯之间的一类涂料,即所谓的氨酯油或单组分聚氨酯涂料[26],而氨酯油的水性化则是当时研讨的热门。

5  水性紫外光固化剂

在传统紫外光固化涂料(UVCC)简称系统中,常用的丙烯酸酯类活性稀释剂对人体有刺激效果,除此以外,在紫外光辐照进程中,许多活性稀释剂难以彻底反响,残留单体不利于固化膜的长期功用。为了战胜了传统UVCC高硬度和高柔韧性不能统筹的对立,水性UVCC将传统UVCC固化技能和水性涂料技能的长处进行结合,开发出一种极具运用前景的新涂料。从组成上来看,水性UVCC是由水性UV树脂或预聚体、光引发剂和各种助剂等组成。

5.1 光固化树脂

光固化树脂决议了整个涂料的基本功用,一般是指含有亲水性基团和不饱和官能团的预聚物。常用的亲水基团有羧基、磺酸基、氨基、醚基或酰胺基等,现在用得最多的亲水基团是羧基,不饱和基团一般选用丙烯酰基、甲基丙烯酰基、烯丙基或乙烯基醚等,官能团的种类影响涂料的固化速度。在UV固化进程中,不饱和聚酯最大的缺陷是聚合进程的氧阻聚现象特别严重。向偏苯三酸酐引入羧基,然后中和成盐使树脂取得自乳化才能。别的经过在三羟甲基丙烷二烯丙基醚分子链结尾引入醚键和双键,添加抗氧阻聚功用[27]。水性UV超标化低聚物是一种新式的低聚物,因其具有球形或树枝状结构,与线型聚合物比较,具有高反响活性、易溶解、低熔点和低黏度的长处,成了最近研讨的热门。Shi等[28]报导了由多羟基功用性脂肪族聚酯为核心所组成的水性超标化聚酯(WBHP),因为其具有杰出的水溶性、低黏度,故能够削减稀释用水,显现了杰出的降黏效果。双酚A环氧丙烯酸树脂的结构中含芳环和侧位羟基,有利于进步附着力。芳环结构还赋予树脂较高的刚性,涂膜较高的硬度、光泽、拉伸强度以及很好的热稳定性和耐化学性格,缺陷是固化膜柔性缺乏、脆性高,光固化后膜层中剩余的丙烯酸酯基团较多,在环氧丙烯酸酯预聚物中引入乙烯基能够明显进步它的附着力、耐黄变性和耐腐蚀性等[29]。

聚氨酯丙烯酸酯预聚物是现在研讨和开发最生动的系统。聚氨酯丙烯酸酯预聚物分子中的氨酯键使得高聚物分子链间能构成多种氢键,使涂膜具有耐冲击性、耐磨性和耐化学性格等。结合聚氨酯的归纳功用优势和聚丙烯酸酯的价格较低的优势,选用接枝的方法处理了在简略共混时可能呈现的相别离问题[30]。Chen等[31]组成了一种新式水性UV固化聚氨酯丙烯酸酯,经过双羟基丙烯酸酯(PE-DA)和单羟基的HEA引入双键,此种方法制得的PUA涣散体一些功用乃至比溶剂型的产品要好。

5.2 光引发剂

作为光固化资料的重要组成部分,光引发剂的效果是吸收必定波长的光能后发生生动自在基或阳离子,引发或催化相应的单体或预聚物的聚合。水性光固化涂料一般只能用自在基型光引发剂。自在基聚合光引发剂有裂解型和夺氢型。前者在受光激起后,分子内分化自在基,是单分子光引发剂,以芳基烷基酮衍生物为主。夺氢型光引发剂吸收光能,在激起态与助引发剂发作双分子效果,发生活性自在基。这类引发剂首要有二苯甲酮叔胺光引发系统、硫杂蒽酮叔胺光引发系统。苯乙酮类光引发剂为了进步水溶性和易水涣散性,首要引入一个侧链基到α,α-二甲基-2-羟苯乙酮的苯基上,添加它的亲水性或外表活性剂的特性,分子中引入十二烷基侧链,既能起涣散效果,又能下降挥发性。多官能化的α-羟基酮,在引发进程中不会开释挥发性的光降解产品,并且不易从固化产品中迁移出来[32]。硫杂蒽酮类水性光引发剂的水溶性好,具有很强的吸光才能和较高的活性[33]。硫杂蒽酮以叔胺(如三乙醇胺)作为活性供氢体,具有很高的固化速度。

5.3 助剂

外表活性剂是外乳化型光固化水性涂料的一个重要组成部分,其间常用作水性涂料外表活性剂的是长链脂肪酸与长链烃磺酸的铵盐。可聚合外表活性剂除了具有恰当的活性和亲水性,一起为了战胜小分子外表活性剂的易迁移、易起泡,也能够选用大分子外表活性剂,如一些嵌段共聚物、接枝共聚物等。光固化水性涂料因为其共同的长处,可广泛用作塑料清漆、罩印清漆、光聚合物印刷版等,一起在木器、塑料涂饰方面有较高运用价值。我国的水性光固化涂料近10年来得到了迅速发展,但与发达国家比较,在种类、质量、市场规模、研制方面还有距离,需对引发效率高、可聚合、可乳化以及高相对分子质量的水性光引发剂进行深入的研讨。

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