水性漆配方中性能的调整-耐水性

在水性漆研发过程中,都需要通过对树脂和助剂的选择,调整来达到理想的漆膜性能。常见的性能调整主要包括:硬度,耐水性,耐溶剂性,耐污性,耐磨性和耐划伤性,耐烫性等。本月我们将专题介绍这方面的知识。

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耐水性

水性木器漆基料在合成时使用相当数量的各种表面活性剂,或采用亲水性单体合成聚合物,从而导致成膜后的漆膜耐水性不良,使得漆膜变软,硬度下降,强度变差,吸水率越高的漆膜强度损失越大,所以水性木器漆应该是吸水率越小越好。

吸水率大小与漆膜浸水后是否泛白并无对应关系,泛白现象是光线折射发生了改变引起的,是存在于漆膜中的水分子与聚合物链段对光线共同作用的结果。有些吸水率高的漆膜浸水后并不泛白,与此相反有些吸水率很小的漆膜浸水后明显泛白。所以,仅从浸水后泛白性能不能判断漆膜的亲水性和耐水性高低。

大多数漆膜吸水泛白后,重新干燥可以恢复透明状态。但是对于较厚的漆膜泛白恢复的过程可能很长,有时长达数周。也曾观察到在室温下,有的漆膜长期干燥不能回复透明状态的现象,究其原因一是漆膜太厚,水分不能完全迁移出来;也可能漆膜浸水后引起聚合物的分子结构发生了变化,折光性能改变,这种变化是一个不可逆的过程,从而泛白不能恢复。

调整水性涂料的耐水性可以从3个方面考虑:

1)水性树脂,如水性聚氨酯水性丙烯酸的聚合物结构

乳液聚合时用的表面活性剂的都是两亲的,即一端有亲油性,另一端有亲水性。聚合完成后这些表面活性剂仍然存留在乳液中,成膜后残留在漆膜内,遇水后亲水基与水作用,促使水在漆膜中更多地渗透、扩散和迁移,增大了吸水率。为了克服表面活性剂的不利影响,现今已可采用无皂聚合法制备乳液,合成的乳液耐水性有显著提高。

不同乳液或水分散体吸水率有很大差别。低的在10%以下,高的可超过100%,主要由聚合物的结构决定。聚合物分子中的亲水结构及合成时所用的亲水单体对漆膜的吸水率和耐水性有极大的影响。(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟乙酯,(甲基)丙烯酸羟丙酯、马来酸酐、二羟甲基丙酸、而羟甲基丁酸等亲水单体可以改善聚合物在水中的分散性,有利于乳液或水分散体的形成和稳定,同时又带来成膜后漆膜吸水率升高,耐水性下降等缺点。聚氨酯结构中有聚乙二醇链段时吸水率会增大;而有聚酯结构的聚氨酯水解降解的可能性大,耐水性会受影响。乳液合成时引入氟碳单体或有机硅化合物可提高漆膜的耐水性,并随着氟碳和硅化合物用量的增多耐水性增加。

2)通过添加外交联剂交联

交联能显著提高漆膜的耐水性。同一种漆通过添加外交联剂交联后,无论用的是异氰酸酯固化剂交联,氮丙啶交联,还是环氧化合物交联,虽然吸水率下降幅度有差别,但是通常都可降至15%以下。亲水改性的异氰酸酯固化剂中亲水链段的亲水性越强,交联固化后的漆膜吸水率越高。耐水性好的乳液或水分散体本身吸水率就很低,交联后吸水率下降幅度小。反之,亲水性大的漆膜交联后吸水率下降幅度大。

3)通过物理方法改善漆膜的耐水性

配方中添加憎水性化合物可以改善漆膜的疏水性,减少或降低对漆膜的浸润。蜡乳液和蜡粉是最常用额改善憎水性的添加剂,其中以PE蜡乳液效果最好。此外,某些疏水添加剂有更好的效果。可以产生类似荷叶效应的结果。常用的疏水添加剂有Tego公司的phobe1400、Cognis公司的HS200等,其中Phobe1400效果最好,能长期保持憎水效应。这种疏水效应是由于疏水添加剂在漆膜表面有规则地聚集产生的,疏水剂的迁移会使荷叶效应消失,因此加入疏水剂的漆膜经多次擦洗后会失去憎水作用。用这种方法不能从根本上改进漆膜的耐水性。

对于有耐水要求的涂料客户,可以考虑采用美国华津思公司的HD2081 高附着力水性丙烯酸乳液。HD2081高附着力水性丙烯酸乳液不含普通丙烯酸乳液所使用的表面活性剂,并拥有特殊设计的憎水基团。因此,HD2081高附着力的水性丙烯酸乳液具有卓越的耐湿性,可以在漆膜干燥后防止水分子对基材的渗透,达到防水防潮的效果。

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