王建刚、张国芳、秦铁汉、范增军
石家庄市油漆厂
摘要：介绍了一种高固体分丙烯酸聚氨酯涂料的制备工艺及性能测试方法,对比了不同功能助剂(抗流挂助剂、分散剂、流平剂、消泡剂)在涂料中的作用结果,并进行了简单分析,得出结论:(1)随着聚酰胺蜡的增加,抗流挂性明显增大,同时随着触变的增大,消泡剂的量、消泡能力要随之加强;(2)分散剂对涂料的贮存稳定性、抗流挂性有着较大的影响;(3)流平剂的类型及加量需进行筛选,防止暗泡、痱子等涂膜弊病的生成;(4)消泡剂的选择和溶剂、流平剂、施工黏度有着较大的关系。
关键词：功能助剂; 高固体分; 丙烯酸聚氨酯涂料;
前言
丙烯酸聚氨酯涂料因其具有优异的装饰性、附着力、机械力学性能、与其他树脂相容性好等性能被广泛应用在汽车、船舶、农业机械、工程器械等诸多领域，是综合性能最佳的涂料品种之一。但是，传统的丙烯酸聚氨酯涂料存在VOC含量高、施工固体分低(要达到要求膜厚，需要多次薄喷)的缺点，不仅VOC挥发量大，污染环境，而且费工，施工周期长。随着环境保护法律法规的日益健全和完善，国家和人民对环境保护理念越来越重视，高VOC含量的涂料将逐渐被行业与市场所淘汰，高固体分涂料在未来市场将占据主要份额。
在高固体分涂料的制备过程中，功能助剂的作用至关重要，本文通过对高固含量丙烯酸聚氨酯用助剂的筛选，制备出一种施工黏度下VOC<420 g／L的丙烯酸聚氨酯涂料，同时耐候性优异、弹性好、施工效率高。在响应国家环保政策的前提下，满足行业客户的需求，具有广阔的市场前景和经济效益。
1实验部分
1.1实验原材料及基础配方
色漆组分主要原料：羟基丙烯酸树脂、钛白粉R706、中黄、MAl00、分散剂、抗流挂助剂、流平剂、消泡剂、混合溶剂(自制)、异氰酸酯、丁酯、PMA、T-12等。实验原材料信息及基础配方如表1所示。
1.2实验仪器设备
砂磨机，QSM一Ⅱ型，天津市精科联材料试验机有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，TST202A一1B，成都特斯特仪器有限公司：多功能搅拌机，U450／80-220，上海微达工贸有限公司；电子天平，TC3K，常熟市双杰测试仪器厂；涂49黏度计，NDJ一5，上海平轩科学仪器有限公司；数显式比重计，YMS(0.1—5.0)，青岛创梦仪器有限公司。
1.3实验工艺及性能检测
(1)先把部分羟基丙烯酸树脂、抗流挂助剂配料反应釜A，高速搅棒均匀高速搅拌0.5～1.0 h至所需的细度，待用。
(2)慢速搅拌部分树脂、分散剂、溶剂、颜料配料反应釜B，分散均匀后，高速搅拌0.5～1.0 h后，至所需的细度。
(3)将反应釜B中的物料加入反应釜A中，补足剩余树脂、助剂溶剂，低速搅拌30 min，用100目筛网过滤后出料包装。
表2为涂料性能检测方法。
将涂料的色漆组分和固化剂组分按照质量比5：1混合均匀后倒入喷漆罐中，调整好喷枪压力和流量，将涂料均匀喷涂在样板，干膜厚度为25 lxm、50 lxm、80 Ilm、100 lxm等，标准条件下【温度23℃，相对湿度(50％±10％)】养护后测试。
2实验结果与讨论
2.1抗流挂助剂的选择
>高固体分双组分聚氨酯，施工膜厚较高，因此需首先选择合适的抗流挂助剂种类及其合适的添加量。
2.1.1不同种类抗流挂助剂的筛选
对常用的4种抗流挂助剂进行筛选，参照表1中基础配方设计A、B、C、D 4种实验方案，对制备的涂料进行抗流挂性、触变性、涂膜外观等性能测试，具体测试结果如表3所示。
从表3中可以看出，本实验产品为面漆产品，因此选择对涂膜外观影响较小的聚乙烯蜡和聚酰胺蜡进行实验，聚乙烯蜡虽然触变性较差但可以防止硬沉淀。最后选定聚酰胺类抗流挂助剂配合聚乙烯蜡配合使用。由于普通聚酰胺蜡对温度敏感，易返粗，因此选用了改进品种。
2.1.2抗流挂助剂添加量的筛选
通过2.1.1中实验结果，本实验选用聚酰胺蜡作为高固体分丙烯酸聚氨酯涂料的抗流挂助剂，因此需对其最佳用量进行测试。本实验设计添加量分别为0、0．5％、1％、1．5％4种，测试涂料的抗流挂性、流平性及涂膜的光泽度。具体测试结果如表4所示。
通过表4中实验结果，当聚酰胺蜡助剂添加量为1％时，制备的涂料既有良好的抗流挂性，又有优良的涂膜外观。
2．2分散剂的筛选
根据本厂的实际生产情况，一般采用树脂加颜料混色研磨生产工艺。因此分散剂要具有良好的通用性，优异的润湿分散能力，以减少浮色、发花、贮存后褪色、返粗等弊病。
润湿剂是有润湿作用通过降低颜料与树脂溶液接触角的物质，加速液相进入附聚的颜料结构体中。分散剂是吸附在颜料表面，通过电荷相斥和空间位阻作用来保持合适的颜料间的距离，这样减少了不受控的絮凝，提高颜料展色力、贮存稳定性、减少颜料用量。常用的分散剂种类及作用机理有4种，具体信息如表5所示。
根据以往实验经验，分散剂对涂料研磨效率、贮存稳定性、贮存涂膜后色差等性能影响较大。本实验选用8种分散剂进行实验，其中，1#、3#和8#为改性聚氨酯高聚物，2#、4#人6#为饱和多元羧酸聚合物与聚硅氧烷共聚物的混合物，5#和7#为含颜料亲和基团的高分子嵌段共聚物，具体测试结果如表6所示。
通过表6中实验对比，1#、3#和8#分散剂在分散效率和贮存稳定性方面较差，6#分散剂贮存后对涂料色差影响较大，故舍弃。2#、5#和8#分散剂虽然分散效率和贮存后色差较好，但是对于复色漆贮存后外观不及7”分散剂，7#分散齐tJSU备的涂料综合性能最好，因此选定7纷散剂方案为本实验的最佳分散剂。
2.3流平剂的选择
流平剂的选择非常重要，这直接影响涂膜的外观，因此和分散剂一样进行不同的类型合理搭配使用，以取得优异的外观效果。表7为不同种类流平剂对涂料性能影响结果。
从表7中可以看出，聚硅氧烷类流平剂可以为涂料提供较好的底材润湿性，同时增加了表面滑爽，阻止贝纳德漩涡形成，而流平和光泽均得到改善，在高固体分聚氨酯涂料中应用最多。但应避免添加过量，以免出现稳泡现象，不同助剂生产厂家的助剂浓度、添加量不尽相同，因此具体添加量不再讨论。
2.4消泡剂的筛选
由于高固体分涂料的一次成膜较厚(干膜大于80um)，因此消除涂膜中微小气泡非常重要，要使用一定的脱泡剂。本实验选用3种不同消泡剂对涂料的黏度、混溶性进行测试，具体测试结果如表8所示。
A类消泡剂为破泡聚硅氧烷聚合物，该类消泡剂在使用极少量不相容物质时就呈现出优秀消泡能力，但需要分散均匀，以免造成缩孔现象；B类消泡剂为高聚合物类消泡剂，在重涂时对层间附着力无不利影响，但消泡效果不及硅类消泡剂；C类消泡剂聚硅氧烷一聚醚共聚物，消泡效果适中。
消泡剂的选择和流平剂关系非常大，有的消泡剂不加流平剂时消泡效果非常良好，但加入流平剂，功能立即减弱许多，需要注意。还有混合溶剂的表面张力不同挥发速率不同，对消泡剂也有非常大的影响。
3、结语
本实验通过对高固含丙烯酸聚氨酯涂料用助剂进行实验与分析，得出以下4点结论。
(1)随着聚酰胺蜡的增加，抗流挂性明显增大，同时随着触变的增大，消泡剂的量、消泡能力要随之加强。
(2)分散剂对涂料的贮存稳定性、抗流挂性也有非常大的影响。
(3)流平剂的类型及加量需进行筛选，防止暗泡、痱子等涂膜弊病的生成。
(4)消泡剂的选择和溶剂、流平剂、施工黏度有着较大的关系。
文章发表于《中国涂料》2019年第5期
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