過氧乙酸成分分析-廣東省有色金屬檢測中心

相關資訊:水性叔氟丙烯酸酯涂料的制備與性能研究

    丙烯酸酯類涂料以成膜性好，保色性佳，耐酸堿性，耐水性，耐擦洗性好等優點被應用于建筑涂料中。但也存在成膜溫度高，涂層強度低等缺點。氟聚合物具有特殊的表面能，用氟碳單體改性的丙烯酸酯涂料性能更加優異，叔碳單體具有良好的屏蔽性能和成膜性能，用氟碳和叔碳共同改性的丙烯酸酯涂料具有良好的耐候性、耐久性、耐粘污性、耐化學品性、耐酸堿性、耐水性、耐磨性及防腐蝕性等性能。顏填料可以提供涂料所需要的裝飾色彩，遮蓋被涂底層，改善漆膜的性能，提高漆膜的機械強度和防腐性能，減少漆膜的透氣性和透水性。涂料助劑主要包括潤濕分散劑、pH調節劑、防凍劑、成膜助劑、流平劑、增稠劑等。這些助劑共同作用可以改善成膜性能并賦予涂料良好的穩定性。本文以自制的叔氟丙烯酸酯乳液為成膜物質，研究水性叔氟丙烯酸酯涂料的制備方法，討論分散潤濕劑、增稠劑、pH調節劑、顏基比、固體份含量、乳液種類等對涂料性能的影響。并對涂料的穩定性、漆膜抗沖擊性、光澤度、接觸角、吸水率等一系列性能進行表征。

    1  試驗部分

 

    1.1  試驗原料

 

    乳液：自制；潤濕劑：工業級，山東瑞泰化工集團有限公司；聚羧酸鈉鹽分散劑、聚丙烯酸類顏料分散劑、疏水改性堿溶脹型增稠劑、聚氨酯流變改性劑：工業級，大連金鼎祥化學有限公司；羥乙基纖維素、消泡劑、乙二醇、金紅石型鈦白粉、重質碳酸鈣、滑石粉：工業級。

    1.2  涂料制備方法

 

    涂料的制備工藝分為研磨、高速分散和調漆。

    1）研磨

 

    按配方標準稱取適量的潤濕劑、分散劑、防凍劑等助劑分散于水中，加入顏填料，消泡劑，充分攪拌均勻，然后在600 r/min的條件下研磨半小時，制成漿料。

    2）分散

 

    移至高速分散機，在800 r/min的轉速下加入乳液、成膜助劑，高速分散10min，加入適量的增稠劑的水溶液高速分散10min，使顏填料粒子在高速攪拌機高剪切速率作用下被分散成原級粒子并且在分散助劑的作用下得到分散穩定狀態。

    3）調漆

 

    調節pH至適中，低速攪拌10 min至分散均勻，攪拌過程中滴加適量消泡劑，氣泡，過濾、出料，得到涂料。

    1.3  涂料性能的測試

 

    將制備好的涂料分散液倒入10ml量筒內，靜置3h，測量沉降高度 ，測定涂料的沉降體積；用靜滴法在接觸角測定儀（JY-82）上測定涂料表面對水和乙二醇的接觸角；根據公式X＝（m1－m0）/m0×100﹪測定涂料的吸水率，式中，X—吸水率；m1—浸泡后涂膜的質量/g；m0—浸泡前涂膜的質量/g；在掃描電子顯微鏡（S4300）上觀察涂料的形貌；根據標準測定涂料的其他性能：固含量，GB/T6751-1986；常溫穩定性，高溫穩定性，低溫穩定性，GB/6753.3—86；施工性，GB/T9755-2001；耐水性，GB/T1733-1993；耐堿性，GB/T9265；耐有機溶劑性，GB/T9274-88；光澤度，GB/T 9754-1988；鉛筆硬度，GB/T6739；柔韌性，GB/T6742；附著力，GB/T9286-1998；漆膜抗沖擊性，GB/T1732-1993；干燥時間，GB/T1728-1979（1989）。

    2  結果與討論

 

    2.1  成膜物質對涂料性能的影響

 

    基料是涂料不可缺少的組分，對涂料的性能起決定作用。由表1可以看出，從純丙涂料、氟碳丙烯酸酯涂料到叔氟丙烯酸酯涂料，它們的耐水性、耐堿性、耐有機溶劑性等性能依次明顯提高，接觸角和吸水率也有明顯的改善，表明涂料的耐候性、耐粘污性得到改善。這是由于在涂料配方相同時，涂料的性能與基料的性能成正相關。在純丙乳液中引入氟碳單體后，乳液性能有所提高，從而涂料的耐水性等性能也得到良好的改善；繼續引入叔碳單體，使涂料的性能進一步提高，說明用氟碳單體和叔碳單體共同改性的乳液做為成膜物質制備的涂料性能。

 

    2.2  潤濕分散劑的用量對涂料性能的影響

 

    潤濕分散劑在涂料體系中經電離逐漸吸附在固體粒子的表面，使其產生雙電層結構，得到一定的電位（ζ電位）。潤濕分散劑用量不足時，不能充分潤濕顆粒表面，使固體顆粒分散不完全，體系黏度大，并具有一定的觸變性，沉降體積大、速度快，分散效果不好；隨著潤濕分散劑的增加，電離的離子增多，吸附逐漸穩定，ζ電位逐漸升高，顆粒表面形成的雙電層產生的斥力增大，電荷斥力和空間位阻的共同作用減緩了固體顆粒之間的碰撞，從而使顆粒更容易被分散開，體系黏度減小，沉降體積減小、速度減慢；當潤濕分散劑的濃度達到值時，分散穩定程度，潤濕性，體系類似于牛頓流體，并可達到短期穩定狀態；繼續增加潤濕分散劑，會因過飽和吸附使固體表面的親水性反而下降，不利于潤濕和分散，甚至會因陽離子的濃度升高使雙電層的電位下降，造成粒子的團聚。如表2所列，潤濕分散劑的用量為0.8%。

 

    顏填料的分散程度還可以通過涂膜的光澤度來表征，顏填料分散得好，漆膜表面的粗糙度低，光的漫反射低，光澤度高，否則，光澤度低。由圖1可看出，當潤濕分散劑用量達到0.8%時，光澤度，達到14.31，繼續增加潤濕分散劑的用量，對光澤度影響不大。說明在分散劑用量為0.8%時，顏填料已經達到了很好的分散效果。

 

    2.3  pH對涂料性能的影響

 

    pH對分散劑的分子形態和解離度有影響。如表3所示，當pH較低時，潤濕分散劑幾乎不離解，此時潤濕分散劑以卷曲纏繞的方式存在于固液界面上，吸附層很薄，幾乎無位阻作用，因而懸浮液黏度和沉降體積較大；隨pH的增加，潤濕分散劑的離解度增加，鏈節間的靜電斥力使其逐漸伸展開來，可以在較遠范圍內提供靜電位阻作用，因而懸浮液具有較小的黏度和沉降體積，當pH增加到8時，分散效果較為明顯；同時，從圖2中光澤度的變化也可以看出當pH為8時，分散效果較好。

 

    2.4  增稠劑的種類對涂料性能的影響

 

    纖維素醚類增稠劑（HEC）和丙烯酸堿溶脹型增稠劑（HASE）主要通過分子間的氫鍵及鏈纏繞對水相增稠。聚氨酯締合型增稠劑（HEUR）則既對水相增稠，又締合乳膠粒子和顏料粒子，形成立體網絡結構。但由于締合型增稠劑分子量低，水合后的有效體積增加少，在水相中的分子間纏繞有限，因而增稠倍數較低。如表4所示，將HASE（203）與HEUR（003）復配使用效果。增稠劑同時增稠水相并締合乳液粒子與顏填料粒子，能使體系達到長期的穩定狀態，使體系達到中低剪切黏度，有利于流平并防止流掛。

 

    2.5  增稠劑的用量對涂料性能的影響

 

    由表5可以看出，增稠劑的用量直接影響涂料的穩定性和涂膜性能。增稠劑用量少時，體系黏度低，有輕微流掛，穩定性不理想，隨著增稠劑的增加，分子鏈間纏繞加強，形成穩定的網絡結構，乳膠粒子進一步膨脹，與顏填料顆粒緊密締合，體系黏度增大，常溫穩定性及高溫穩定性逐漸提高，當增稠劑用量增加到體系的0.8%時，涂膜性能及涂料性能達到，繼續增加增稠劑用量，體系非常粘稠，導致體系內部出現絮凝現象。

 

    2.6  顏基比對涂料性能的影響

 

    通過掃描電子顯微鏡照片（圖3）可以看出：顏基比較大時，基料不足以填充潤濕固體顆粒，從而導致固體顆粒緊密連接，分散不均勻，涂層的性能差（圖a）；當顏基比小時，自由體積沒有得到完全填充，涂層均一干燥性變差，形成微量裂紋（圖c）；只有顏基比在顏料臨界體積濃度（CPVC）附近時才能使涂層均一，使漆膜性能良好（圖b）。本文采用顏基比法探討了乳液、顏填料的用量和配比的確定。

 

    顏基比對涂料的性能影響較大，由圖4可看出：隨著顏基比的增大接觸角先增大后減小，吸水率先減小，然后趨于穩定，在顏基比為1:1與2:1之間接觸角變化不大，吸水率幾乎不變，說明顏填料與基料在此范圍內時已達到CPVC值附近。因此，本文選擇顏基比1:1為配比對其他條件進行討論。

 

    2.7  固體含量對涂料性能的影響

 

    由圖5可以看出，隨著固體分含量的增加，涂料黏度上升，接觸角先增大后減小；吸水率先下降后趨于不變。當固體分含量低時，成膜過程中，隨著水分的揮發，可能會形成大量的微孔，導致接觸角小而吸水率大，隨著固體份含量的增加，因水分揮發而形成的微孔會大量減少，接觸角和吸水率都會有所提高，當固體分含量增加到70%時，涂料性能達到，而繼續增加固體分含量時，由于涂膜性能的下降而導致涂層性能下降。

 

    2.8  涂料性能

 

    本試驗對涂料的吸水率、耐水性、耐堿性和接觸角等性能進行了測試，測試結果如表6所列。

 

    3  結語

 

    本文以叔氟丙烯酸酯乳液作為基料，添加各種助劑及顏填料制備水性涂料，并對其性能進行了一系列的測試。結果表明：當w（潤濕分散劑）=0.8%，pH=8，w（增稠劑）=0.8%，w（固體含量）=70%，顏基比為1:1，制備了性能優異的氟碳涂料，其水接觸角為103.4°，吸水率為4.12%，耐水性、耐堿性、耐有機溶劑性均較好。

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