新型催干劑在水性工業(yè)涂料中的應(yīng)用

隨著社會環(huán)保安全意識的不斷增強(qiáng)，用于限制VOC 排放量的法律法規(guī)相繼出臺，傳統(tǒng)溶劑型涂料正受到越來越大的挑戰(zhàn)，涂料的水性化發(fā)展要求愈發(fā)迫切。在水性涂料研究不斷推進(jìn)的同時，催干劑在水性涂料中的應(yīng)用逐漸成為新的研究重點(diǎn)。水性涂料市場前景廣闊,但大量水不利于涂料樹脂的干性。在自由基反應(yīng)中，水起到轉(zhuǎn)鏈劑的作用，造成涂膜干燥慢，外觀不佳等現(xiàn)象，因此需要使用催干劑來提高水性涂料的性能。硅鋁類多孔微球?qū)ξ镔|(zhì)的吸附來源于物理吸附（范德華力），其晶體空穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫侖場，對極性分子（如水）具有強(qiáng)烈的吸附能力。在水性涂料的應(yīng)用中，其空穴內(nèi)部能有效地吸收和鎖住多余水分，且因其不與涂料中的其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而不會對漆膜的其他性能產(chǎn)生不良影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器見表1。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

1.2 原材料

丙烯酸乳液、顏填料漿（自制）、水性催干劑（上海羽唐）、潤濕分散劑（德謙）、流平劑（迪高）、消泡劑（德謙）、防閃銹劑（德謙）、pH 調(diào)節(jié)劑（陶氏化學(xué)）、增稠劑（畢克）、去離子水。

1.3 涂料配方

水性工業(yè)涂料配方見表2。

水性工業(yè)涂料配方

1.4 水性涂料的制備

將上述原料依次加入多功能分散機(jī)中，以800 r/min分散30 min，調(diào)節(jié)pH 為8～8.5,并視情況增減增稠劑量或用水稀釋調(diào)節(jié)至施工黏度，過濾、噴涂，放置于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中自然干燥。

1.5 性能測試

1.5.1 涂層的表干和實(shí)干時間

根據(jù)GB 1728-1979 對涂層的表干、實(shí)干時間進(jìn)行測試。

1.5.2 涂層附著力的測定

根據(jù)GB/T9286-1998對涂層的附著力進(jìn)行測定。

1.5.3 涂層耐水性的測定

根據(jù)GB/T 1733-1993 對涂層的耐水性能進(jìn)行測定。

1.5.4 涂層硬度的測定

按照GB/T 1730-2007 對涂層進(jìn)行測試。

1.5.5 涂料貯存穩(wěn)定性的測定

將制備好的涂料放入壓蓋式金屬漆罐中，密封后將漆罐放入溫度為50 ℃的烘箱中，靜置貯存7 d 后取出，目測觀察漆罐中涂料有無增稠、分層現(xiàn)象，并以1～5 級進(jìn)行評價，1 級最好，5 級最差。

2 結(jié)果與討論

2.1 催干劑用量對表干、實(shí)干時間的影響

不同用量催干劑對涂層干燥情況的影響如表3所示。

不同用量催干劑表干、實(shí)干時間

從表3 可以看出，加入催干劑后，涂層表干時間明顯縮短，加入0.5%催干劑后表干時間縮短一半，加量達(dá)到1%時表干時間僅為0.5 h，繼續(xù)增加催干劑用量表干時間不再變化。而實(shí)干時間在添加量為2%時最快為24 h，繼續(xù)添加催干劑無明顯變化。由此可知，達(dá)到最佳干性催干劑添加量為2%，但從成本考慮加入1%的為最優(yōu)。

2.2 催干劑對涂層附著力的影響

通過對比附著力等級，得出不同用量涂層附著力級別。催干劑對涂層附著力的影響如表4 所示。

催干劑用量對附著力的影響

由表4 可以看出，未添加催干劑的涂層附著力為1 級，而加入催干劑后附著力達(dá)到0 級。這說明催干劑的加入能提高涂層的附著力，這是因?yàn)榇吒蓜┐嬖�，加快了水分子在涂層中達(dá)到揮發(fā)速度，而水性涂料成膜主要依靠水分子揮發(fā)，因此更快的干燥速度使得涂層成膜速度加快，從而增強(qiáng)了涂層與底材之間的附著力。又因?yàn)椴煌�于傳統(tǒng)的含金屬離子的催干劑，傳統(tǒng)的催干劑在涂層干燥后，涂層中殘留的金屬離子會影響涂層附著力，使附著力降低，而本實(shí)驗(yàn)使用的催干劑不含金屬離子且催干劑本身不與涂層中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也保證了涂層良好的附著力。

2.3 催干劑用量對涂層耐水性的影響

加入不同用量催干劑后的涂層耐水時間如下圖1所示。

不同用量催干劑涂層的耐水時間

由圖1 可以看出，隨著添加量的增加，涂層耐水性明顯增強(qiáng)。添加量為0.5%和1%時，增加明顯，由無催干劑的30 d 分別增加為40 d 和45 d，而添加量繼續(xù)增加時，耐水時間變化不大�？梢�，該催干劑對涂層的耐水性有明顯提升作用。

2.4 催干劑用量對涂層硬度的影響

加入不同用量催干劑后涂層硬度如圖2 所示。

催干劑添加量為0 和1%時涂層的硬度

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，固定催干劑的用量為0 和1%，每12 h 測定一次擺桿硬度，由圖2 可以看出，添加催干劑的涂層單擺硬度均大于不添加催干劑的涂層。隨著干燥時間的增加，兩涂層硬度均增加，但加入催干劑的涂層硬度增加更為明顯且上升幅度更大，由12 h 時的31 s 最后增加為54 s，其中36 h 處增加最多，由35 s 增加至47 s。這可能是因?yàn)橥繉佑杀砀赊D(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)干所致，而后趨勢逐漸平緩。

2.5 催干劑用量對涂料貯存穩(wěn)定性的影響

將50 ℃下靜置貯存7 d 后的漆罐取出，觀察漆罐中涂料分層情況并對分層情況進(jìn)行評價，然后用調(diào)刀以一定速率均勻攪動涂料，觀察涂料黏度變化。通過評級得出加入催干劑對涂料貯存穩(wěn)定性的影響情況，測試結(jié)果如表5 所示。

催干劑用量對涂料貯存穩(wěn)定性的影響

從表5 可以看出，對比空白實(shí)驗(yàn)加入催干劑后體系均出現(xiàn)黏度增大的現(xiàn)象，且隨著加入量的增加，后增稠更加突出�？赡苁且�?yàn)榇吒蓜�為多孔性微球結(jié)構(gòu)，造成其表面積大，從而需要大量液體包裹因此在靜置一段時間后出現(xiàn)后增稠現(xiàn)象。而隨著催干劑的加入涂料靜置分層現(xiàn)象得到改善，加入量為1%時達(dá)到1 級，之后繼續(xù)增加催干劑含量涂料分層情況并未明顯變化均為1 級。這種現(xiàn)象是因?yàn)橥苛橡ざ仍黾�，�?dǎo)致體系中分散的顏填料沉降速率減慢從而提高了體系穩(wěn)定性，而加入1%時體系后增稠所帶來的黏度增加已經(jīng)使涂料黏度滿足不分層條件，故繼續(xù)添加催干劑無明顯變化。

為保證涂料施工黏度要求，我們根據(jù)催干劑的用量減少增稠劑的使用量以得出最佳添加比例。根據(jù)上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果固定催干劑添加量為1%，調(diào)整增稠劑用量，測試結(jié)果如表6 所示。

增稠劑添加量

從表6 可以看出，當(dāng)增稠劑的添加量降低為0.1%時，分層和后增稠情況最好為1 級，而繼續(xù)減小增稠劑的用量則出現(xiàn)分層現(xiàn)象，而大于0.1%時，依然有明顯的后增稠現(xiàn)象。因此綜合考慮催干劑添加量為1%且增稠劑用量為0.1%時，涂料貯存穩(wěn)定性最優(yōu)。

3 結(jié)語

通過一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用新型水性催干劑后，涂層表干、實(shí)干時間明顯縮短，涂層的附著力和耐水性能有明顯的提升。該催干劑在涂層表干后能迅速提升涂層硬度，對涂層的初期防護(hù)能力有明顯增強(qiáng)。但使用該催干劑時有一定的后增稠現(xiàn)象，實(shí)際施工時需注意調(diào)整配方黏度，適當(dāng)降低增稠劑用量�？傮w來說，該水性催干劑性能優(yōu)異，在水性體系中應(yīng)用前景廣泛。