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水性涂料的重要组成部分”水“的作用是什么?
2020年10月09日    阅读量:1089    新闻来源:360资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

水无色透明,没有味道,无毒无害,又无处不在。水的冰点是0 ℃,沸点是100 ℃,所以水性涂料要求保存在0 ℃以上。水,化学性能稳定,不燃不爆,所以水性涂料都是非危险品,生产、存放和运输过程都很安全涂料在线coatingol.com

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水是极性溶剂,根据相似相溶原理,作为涂料基本成分的基料和颜填料必须借助于乳化剂和分散剂分别乳化和分散在水里。乳化剂也称作表面活性剂,分子链的一端带有极性,另一端则是非极性的,而成膜物质,往往是有机高分子材料被乳化,存在于表面活性剂形成的胶束中,通过双电层保护或者空间位阻的方式彼此隔绝,由此稳定悬浮在水中。

而涂料中的颜填料则是通过带有负电荷的分散剂吸附在颜填料表面,形成颜填料分散浆料的形式存在于水中。这类分散剂可以是无机盐类,比如某些偏磷酸盐,现代涂料生产往往采用高分子类的分散剂,比如聚丙烯酸的钠盐或者铵盐。

水性涂料已成为当前家具行业的新宠,与水密切相关。其最大的特点就是用水取代油性漆中的有机溶剂作为分散介质,与油性漆相比,不使用有机溶剂,不含苯、甲苯、二甲苯、甲醛等有害物质,无毒无刺激气味,节省资源也更为环保。

水性涂料中所用的水,并非普遍意义上的自来水。而是经过特殊处理后得到的去离子水。去离子水基本要求是洁净、无机械杂质。普通水中内含的钙、镁等离子,在电泳漆中会影响漆液和槽漆的稳定性(尤其是会影响沉积泳装)。普通水还含有细菌微生物,更会影响涂料产品的质量稳定性。不过,去离子水由于需要专业设备操作,所以会产生较多生产成本。但总体来讲,去离子水相比有机溶剂,仍然低廉不少。

涂料是由树脂、颜料、填料、助剂和溶剂组成。树脂的类型就决定了涂料的种类。不同种类的涂料,其成膜机理差异大。要想对水性涂料的性能、特点、施工应用有一个原则性的认识,首先需要充分了解其成膜机理。


水性单、双组分涂料成膜机理各异


水性涂料主要是由水性树脂、颜填料、助剂、水组成,其成膜过程和溶剂性涂料有着完全不同的机理,并且相对复杂,主要是因为水性涂料中水性树脂的特殊结构和水分的存在。

当水性单组分涂料涂装在家具表面后,水分开始挥发。随着水分的减少,离散的乳胶粒子的排列由疏散变得更加紧密,在毛细管压力和表面张力作用下挤压变形,乳胶粒子相互融合、扩散而最终成膜。


水性双组分涂料在成膜过程还有多异氰酸酯和水的反应、多元醇和多异氰酸酯粒子的共凝结、多元醇和多异氰酸酯的反应等,这些都会影响双组分水性涂料的整个干燥过程。

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水分挥发是关键,但不是唯一因素


水分的挥发,如水分是否有次序的挥发、是否完全挥发,对水性涂料的成膜质量有着非常重要的影响。水性涂料的成膜不能只是单一的考虑涂料本身,而是应该结合家具底材种类、涂装方式、涂装设备、干燥方式等因素综合考虑,这样才能将水性涂料的性能发挥到最好,才能做出优异的表面涂装效果。

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水性木器涂料的成膜机理相对溶剂型涂料复杂,影响成膜的因素更多,水比溶剂更容易被木材吸收;水比溶剂更难于向上挥发掉;水的挥发比溶剂需要更多的能量。可以说最不确定的因素和最难控制的过程就是干燥过程!

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此可见,“水”简直就是水性涂料的命门,可以说成也是“水”,败也是“水”。

作为涂料行业中的水,不仅作为分散介质,而且水也参与到水性涂料的生产制造过程中,生产过程中帮助调整生产工艺,提高涂料质量,生产结束用来清洗工具和设备,涂料施工时水又作为稀释剂。合理用水,提高水性涂料生产工艺水平。


增稠剂的预分散


很多增稠剂,比如碱溶胀类增稠剂或者疏水改性碱溶胀类增稠剂在生产过程中,往往需要预稀释才能加入分散缸中。由于这类增稠剂都是酸性的,在没有加入涂料中的时候,它们的分子链团聚在一起,一旦加入到涂料中,遇到碱性环境,分子链上的羧基基团互相排斥,舒展开来,一方面吸附周围的水分子,减少溶剂水的自由流动,另一方面由于自身体积的庞大,限制了其他涂料组分的自由移动,疏水改性的增稠剂同时还能够吸附到不同乳胶粒子表面,互相牵制,从而达到增稠的目的。

在pH值越高的环境中,这类增稠剂的效果越明显,但是集中添加,往往带来局部增稠过度,导致涂料絮凝的风险越大。解决方法是将这类增稠剂用水预先稀释,增稠剂和水的比例一般在1∶1或者1∶2,在加入的时候缓慢滴加,同时加快分散速度,这样就能够有效避免黏度不均、絮凝返粗的现象。


纤维素的预制浆料


用于水性涂料生产的一般都是羟乙基纤维素,这类纤维素都是刚性的,分子链骨架上连接很多亲水基团。纤维素要能够在水性涂料中发挥作用,首先必须要良好地分散。由于分子量比较大,直接在生产过程中往往很难溶解得好,在涂料中既不能起到增稠作用,又形成了小颗粒影响了涂料的细度。

解决的方法是制作纤维素的预分散浆料,先将纤维素加入到高速搅拌的水中,然后再加入一些有机胺调节pH值,在碱性条件下,纤维素能够更好溶解,一般制得纤维素浆料的浓度为2%左右,这个过程也可以在涂料研磨阶段之前直接在分散缸内完成。同样的方法还适用于消光粉的预分散,不同的是纤维素浆料需要加入有机胺来帮助溶解,而消光浆则是通过加入少量分散剂来帮助在水中的分散。


成膜助剂的预稀释


成膜助剂是大部分水性涂料必须要添加的成分。它可以帮助水性涂料降低最低成膜温度,形成性能更好的涂膜。成膜助剂根据分子量的大小、分子极性的强弱,其干燥速度和成膜效果各不相同。

在水性涂料中,成膜助剂根据非极性强弱,分别存在于乳胶粒子的内部和乳胶粒子与水的界面上,完全溶解于水的溶剂,只能是溶剂而不是成膜助剂,比如酒精和乙二醇。水性涂料中常用的成膜助剂包括十二碳醇酯(醇酯12)、二丙二醇丁醚等。对于那些分子量大、非极性较强的溶剂,比如说醇酯12,建议采用水按1∶1,或者1∶2的比例预先稀释后在涂料搅拌的过程中加入。

醇酯12在水中不能溶解,搅拌的目的是形成短暂的小油滴分散体。如果醇酯12不经稀释,直接加入,局部的乳胶粒子内部融入大量的成膜助剂而可能导致体积急剧膨胀,突破乳化剂双电层的保护,最终导致凝胶破乳。而对于非极性不强的成膜助剂,则可以不用水预稀释。


防腐剂的预稀释


水性涂料往往都是阴离子保护体系,即乳化剂亲水端都是带负电的。这种水性涂料中使用的防腐剂往往是异噻唑啉酮类防腐剂,另外防腐剂中往往还有铜离子,所以这类防腐剂往往呈透明蓝绿色。由于铜离子为二价阳离子,如果局部浓度过高容易使阴离子保护的胶乳破乳。水性金属防锈涂料中使用的亚硝酸钠防闪锈剂往往也是用水配置成15%的溶液,在涂料搅拌的过程中缓慢加入,以免造成破乳。

在涂料施工的时候,往往加入水来调整施工黏度。如果水中含有较多的钙镁粒子,即通常所说的水的硬度较高,加入到涂料中,容易导致涂料的破乳。笔者曾经碰到这样的事件,一个知名涂料企业的工程内墙涂料在上海地区的销售非常好,但是销售到四川以后,当地的客户用水加入涂料后发现每一桶都会絮凝结块,原因是四川地区多采用地下水,水质较硬,破坏了乳胶粒子的阴离子双电层保护,造成涂料破乳。

我们不能改变消费者的使用习惯,要求他们一定要使用去离子水稀释涂料,只有企业自己通过改变配方增加涂料的钙离子稳定性,比如说增加一定的乳化剂来增强乳胶粒子的稳定性。因此对于带有阳离子的组分加入,一定要用水预稀释。按照上述的几点要求,在涂料的生产过程中,多个地方需要用水来调整工艺。

另外一些原料桶有残余的原料,特别是一些黏度较高的乳液,需要用水冲洗桶壁后加入缸内。可以先把配方总的用水计算出来,单独称量计重,如果有通过预制浆料加入的则扣除这部分的水。在实际生产的时候,不要一次性把水全部加完,而是结合工艺要求,分步预稀释、预混合,保证涂料各组分充分均匀分散混合,最好还要通过适量加入或者减少一定的水来达到出厂黏度的要求。同样的配方,添加同样数量的组分,得到的黏度未必相同,最后需要用水来调整。 



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