环保型涂料的消光新技术

大师 · 发表于 2007-7-6 15:19:16

传统涂料的消光研究表明，有效的消光或降低光泽有赖于涂层表面形成微细的粗糙表面。涂层要形成微细的粗糙表面则必须具备两个条件：一是湿膜中存在大量粒径适宜的消光剂颗粒，二是涂膜干燥过程中产生体积收缩如果其中一个条件不能满足或不充分满足，那么消光将是困难的甚至是不可能的。
微米级的多孔性二氧化硅因其易添加与分散面被广泛用作消光剂。涂膜收缩则与配方有关，而且在很大程度上取决于树脂种类及所用的涂料技术，传统的溶剂型涂料，其挥发物的含量为30%-80%，因而干燥过程中涂膜收缩相当显著，相反，随着涂料技术向减少挥发性有机化合物（VOC）含量的方向发展，要么用水替代传统的有机溶剂，要么涂料体系降低有机溶剂的含量或不含有机溶剂。如高固体分涂料所含的VOC大大减少，而粉末涂料和辐射固化涂料甚至不含挥发性有机化合物，这样就使其干燥或固化过程的涂膜收缩相映的大大减少，甚至没有收缩，消光也就难得多。

1水性涂料的消光
水性涂料用水作为稀释剂以代替传统的有机溶剂，在降低VOC含量的同时，溶剂型涂料的施工优势也得以保留下来。水性涂料可像溶剂型涂了一样采用喷涂、辊涂和浸涂等方法施工。各种水性涂料用的树脂，如醇酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂等都已商品化，配方设计者面临的挑战是如何使水性涂料达到可与溶剂性涂料相媲美的性能（特别是透明度和耐化学性）
水性涂料用水作为稀释剂，在干燥或固化过程中水挥发而使涂膜仍有相当的体积收缩，所以水性涂料的消光并不难。事实上，其消光剂的用量甚至比有些溶剂型涂料体系还低。微米级的二氧化硅消光剂与水性体系相溶性好且消光效率高， C906消光剂（有机物表面处理，平均粒径6微米）和C809消光剂（未经表面处理，平均粒径9微米）均具有很好的消光效果。一般来说，建议水性涂料使用未经表面处理的消光剂。有机物表面处理消光剂用于溶剂型清漆中可防止硬沉淀的形成，而在水性涂料中，有机物表面处理消光剂并不能有效的防沉。水性涂料的防沉通过选择不同类型的增稠剂及调整增稠剂的用量来解决，如疏水改性的气相二氧化硅或缔合型PU增稠剂可很好的防止硬沉淀的形成，其他如蜡分散体或分散剂也能起到一定程度的防沉作用而不会导致触变性等不希望出现的粘度变化现象。
微米级二氧化硅消光剂与水性体系相溶的同时，也会遇到困难。将其添加、分散到水性体系的过程中，会因其多孔性结构特征而吸水过快，从而破坏基料颗粒得分散稳定性，进而使基料树脂颗粒絮凝，要使已絮凝的树脂颗粒再度分散将会十分困难，这样会影响形成连续的涂膜并在涂膜表面出现颗粒，另一个问题，如果从消光剂的细小孔隙中逸出的空气形成了稳定的微小泡沫，会导致涂膜发雾或呈乳白色，透明度变差。因微小气泡的存在对涂膜的耐化学品性也有影响。一般来说，为避免这些问题，可将消光剂预先分散在水/成膜助剂中，然后再添加到水性涂料体系中，但这种预分散方法不便于生产工艺的最后阶段调整光泽，也失去了消光剂可后添加与分散的优势。
目前一种称为水凝胶的二氧化硅消光剂能很好的解决上述问题。这种消光剂仍然具有多空性结构而具有消光效率高的优点，与传统消光剂不同得是，这种消光剂的孔隙结构中已含有约    水分，因而避免了消光剂在添加与分散过程中过快的吸收涂料体系中水分。格雷斯公司的syloid  W系列产品就是为水性涂料专门开发的消光剂，它的外观仍是粉末状，能自由流动，具有独特的特点；使用方便，操作无粉尘；极易添加与分散，润湿性强；吸水性低，不会使树脂颗粒絮凝；没有气泡，可节省消泡剂得用量；消光效率高，与syloid  ED系列产品相当。


2 高固体分涂料的消光
对工业涂料来说，固体分达到60%-70%称作高固体分料，而对装饰性涂料来说，固体分至少达到70%才能称作高固体分料。固体分的增加意味着消光难度的增加，达到同样的涂膜光泽时，配方中的消光剂用量也要相应增大配方中消光剂的用量太高，首先是成本问题，与此同时技术上也会造成极大的麻烦。随着消光剂的用量增大，涂料的黏度也相应提高，甚至黏度高的无法施工。此外，涂料中的无机物颗粒太多时，也会影响涂膜的理化性能。为了避免因消光剂用量太高而引起对涂料和涂膜的性能的不良影响，高固体分涂料的消光，应选用消光率高的消光剂：一是选择空隙率高的消光剂，二是选择可以接受的粒竟径最粗的消光剂，以便于形成微细的粗糙表面结构，通常选择平均粒径粗至11微米的高空隙率（1.8-2.0毫升每克)的消光剂,这使得由于高表面积和颗粒间的相互作用而导致的触变性得以大大改善,从而使其对黏度的影响简直最低,同时因高固体分涂膜收缩较小,消光剂的粒径稍粗也影响不大.

3.UV固化涂料的消光
  辐射固化涂料和粉末涂料,因其性能好且几乎零VOC排放而倍受推崇.目前辐射固化涂料主要是UV固化涂料,已广泛应用于各种领域.因UV固化涂料不含挥发性溶剂,且固化时涂膜收缩很少(小于10%)而使其消光变的困难,为了达到消光的目的,可采用以下三种方式:第一,增加消光剂的用量,第二采用粒径粗至,干膜厚度的消光剂,第三重新吲入挥发性成分(如有机溶剂或水).前两种方式常常会导致黏度太高而不利于施工,同时粒径粗的消光剂对表面手感不太好,有些涂料特别是家具涂料,表面手感是一个主要要求,使前两种方式的应用有所限制,第三种方式因其引入挥发性成分而增加了固化过程的涂膜收缩,其消光也容易些,这时可采用一般溶剂溶剂型或水性涂料所用的消光剂,但这种方式因增加VOC排放而实质上是倒退到溶剂型涂料.
  一系列的研究表明,尽管UV固化涂料固化时涂膜收缩很少,但通过优化消光剂的配方与工艺,仍然可以获得理想的消光效果,研究表明,UV固化涂料的消光与2个因素的关系尤为密切:一是UV固化涂料组分的反映活性,二是UV固化涂料固化速度的快慢,进一步的研究表明:粒径小(小于7微米),空隙率中等或较大(1.2-1.8毫升每克)且经表面处理的二氧化硅消光剂可获得理想的综合性能,此类消光剂用于家具,木地板和PVC板材等可获得很平滑的亚光表面,图2所示为格雷斯公司现已推出的消光剂SYLOID RAD2005在UV 固化涂料中的应用,该消光剂是专门为UV固化涂料体系设计开发的,其粒径相对较小(4.5-5.0微米)吸油量低(120克或100克) 达到中等或更低的光泽(60`光泽小于30)时RAD2005的用量不高(小于5%)这类新型的消光剂在具有高消光效率的同时,还可以得到比一般消光剂(如消光剂121等)低的多的黏度.
经表面处理的消光剂呈现很好的消光效率,但有些体系(如丙烯酸低聚体)因搅拌分散和管道输送等操作会出现泡沫,加入表面处理的消光剂有可能会起稳泡作用.使涂料黏度增加,并且泡沫影响最终涂膜性能(如透明度)等,当然,消光剂的不同表面处理,其影响程度也不同.通过广泛研究而筛选出适合的有机物表面处理,使其在体系中不会稳泡,这就是格雷斯公司推出的新型消光剂RAD 2105,其在UV固化涂料体系中的应用。在容易起泡的环氧丙烯酸酯体系中,RAD2005的消光效率最好;而就消光效率\粘度及不稳泡等综合性能来比较RAD2105是该体系最理想的消光剂.特别是淋涂或喷涂涂膜厚度较厚时,RAD2105的这种理想综合性能显得尤其重要.
上述RAD2005和RAD2105两种消光剂产品是为满足UV固化涂料体系设计开发的.随着UV固化涂料向更高的反映活性和更快的固化速率发展,新的消光剂仍在研究开发之中.

  4粉末涂料的消光
  目前粉末涂料的应用已不在局限于金属底材,低温固化和UV固化的粉末涂料也可以用于木材和塑料等对高温敏感的底材,粉末涂料因其固化时涂膜收缩很少,采用传统的颗粒状二氧化硅很难消光,即使使用粒径粗的消光剂,最多也能达到半光.当然微米级的多孔性二氧化硅可改善粉末涂料的流动性,防止由粘性组分或水分导致的结块现象;但作为消光剂来说,粉末涂料要获得更低的光泽,常用的二氧化硅消光剂并非有效.
目前,粉末涂料通过添加特殊助剂或混合树脂来获得亚光效果.其原理是控制不同组分或其中一部分的固化快慢的不同而导致涂膜收缩不同,进而形成不规则的表面结构.这种通过控制化学反应的方法来达到消光的目的技术不容易控制,也不具有广泛的适用性.对消光剂专家来说,研究开发出更好的消光技术仍是一个挑战.