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水性树脂的消光规律与配方分析
水性的消光规律与配方分析
梁 磊1，朱元斌2，郭 奋1，王金红2
（1.北京化工大学 教育部超重力工程研究中心，北京.北新建材股份有限公司，北京100096）
漆膜消光后给人优雅和舒适的感觉，质感强，很受人们青睐，中大量使用了二氧化硅作为。目前一些高档如，为了保证涂膜性能也不使用体质如碳酸钙、滑石粉等消光，而采用了二氧化硅等。一些要求无光表面，则必须使用消光剂才能实现。随着树脂合成和后分散技术的发展，各种水性涂料产品越来越多，消光产品的需求相应增加，其规律和应用方面的研究很有意义。
TS100 是德国Degussa 公司生产的一种气相二氧化硅，它消光性能高，透明度好，适用于各种涂层尤其是水性涂料。本文以TS100 为例进行讨论。气相二氧化硅是轻而松软的白色粉末，一次结构粒径7~40 nm，比表面积(BET 法)100~400 m2/g，堆积密度约为40~60 g/L。气相二氧化硅消光剂的粒度多是指其附聚体的粒度，其消光作用也来自其附聚体。二氧化硅消光剂粒度值因测试方法和分散程度不同而不同，依据粒度选用时要加以分辨。具体要依据消光要求、涂膜效果、涂膜性能和价格综合选择。
1 实验及结果
仪器：美国 Gardner GmbH 微型多角光泽计，60o 测量范围0~150GU ，精度& 1GU ；美国OHAUS Adventurer 电子称，测量范围2000g ，精度0.01g；上海SFJ-400 无级调速分散机，分散叶片直径60 mm ；100u m 丝棒涂布器、聚氨酯薄膜等。
参照标准 ：GB 色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜之20o、60o 和85o 镜面光泽的测定。
实验用乳液：E108、A633、GD87、APU 等，这些高档树脂的特点是玻璃化温度和/或高，光泽高，耐化学品性能好，硬度高等，可用于高档建筑及等。还有一种水性氟碳色漆，其性质见表1。
一般认为，除了消光剂和成膜物质本身性能，对消光的影响因素还有：配方构成、漆膜厚度、分散程度、施工方式等[2-4]。本实验中保证这些因素的一致性，分散盘转速300 r/min，分散15 min。实验清漆配方除乳液外，采用相同的、、、流变助剂，体积固含量控制在30 & 0.5%，样品使用100u m 丝棒涂布器在聚氨酯薄膜上涂布，干漆膜厚度可以控制在30 & 2u m。样品干燥1~2天后，用光泽计测定光泽，并与TS100 添加量处理成曲线，见图1。由于各乳液或分散液的固含量不同，添加比例换算为TS100 质量与乳液或分散液固含量的比值。
2 结果分析
二氧化硅消光机理是使干燥后涂膜表面成为不均匀的凸凹状态，这样的表面造成光的散射，因而降低了光泽，因此消光剂的平均粒径是决定消光效率的主要依据。但粒径增大影响漆膜性能和外观，因此不同性能的漆膜要使用一定粒径范围的消光剂，并不能任意选择大粒径消光剂使用。漆膜的原始光泽很高，消光作用初始明显，因此，漆膜的原始光泽对消光效率和最终消光效果的影响不大。消光作用随消光剂比例增加而逐渐减弱，在接近其消光极限时趋于无变化，其比例与光泽的关系曲线基本上类似悬垂线，图1 各树脂消光曲线均符合这种特征。曲线多数可分成两个区域 ：曲线开始阶段光泽和消光效率都下降很快 ；后半段光泽和消光效率都变化很慢。从经济和效果的角度考虑，消光剂最好在曲线开始阶段的添加比例范围内使用。以E-106 为例对消光曲线进行分析，见图2。在曲线的两端，近似直线或取切线，将它们延长相交。将形成的角等分，等分线左侧即经济区域。对各树脂消光曲线依次进行了分析，数据归纳于表2。1500 在添加比例4.5%以后没有数据点是因为发生絮凝。
光泽的划分多样，60o 光泽30~70 称半光。对于消光漆(亚光漆)有全消光、3 分光、5 分光等，其60o光泽分别是小于20，20~40 和40~60，本文取10、30和50 来处理。由表3 可知对E106、A633、系列8、UC90 和APU1062 等，其效率转折点对应的光泽均在30 以下，添加树脂固含量的0.5%~4%，就可以实现各种程度的半光效果，还可作为UC90 和APU1062 的全消光消光剂 ；而对于AC25131、GD87，其效率转折点对应的光泽均大于30，如果要求3 分光左右的光泽，就选择粒度比TS100 更大的消光剂。
对于溶剂型体系，不同的树脂类型，消光难易程度不同。例如饱和聚酯、聚氨酯不容易消光；交联率低的易于消光，交联率高的难于消光。对于本文研究的水性体系，没有重现这种规律，自交联聚氨酯E106 和UC90 等相比丙烯酸酯AC25131、GD87等容易消光。总体上看，树脂分散液比乳液容易消光。从二氧化硅消光机理和水性树脂体系成膜原理上分析，水性分散体与二氧化硅粒径的相对大小也是决定消光效率的重要原因。二氧化硅消光机理是使干燥后涂膜表面成为不均匀的凸凹状态，而漆膜是由树脂颗粒软化黏结而成的，所以漆膜凸凹程度决定于消光剂和水性树脂的相对大小。树脂在水性体系中呈不同分散状态，有一定的粒径分布。被分散的粒径在0.01~0.1 um的称为水分散，粒径在0.1m 以上的称为水乳液。水性树脂粒径减小，凸凹程度不明显，也就是容易消光。由于水分散型树脂一般比水乳型粒径小，所以容易消光。而溶解(或溶胀)在溶剂型体系中的树脂分子大小与消光剂粒径相比完全可以忽略，也就对消光没有影响。
3 应用分析
消光水平、漆膜功能和经济因素决定选择消光剂的类型和参数(主要是粒径)。高质量或透明漆膜如木器漆等要选用合成二氧化硅；建筑漆从平光到高光，可利用乳液量/类型和体质颜料量/类型调节
配方 来实现；但对于大面积平涂，人眼的观测角增大，要求85o 无光，就应该使用煅烧级硅藻土，如CEILIT499、281。
影响漆膜最终消光效果的因素很多，程度不同，为了便于讨论，给出一个关系式：
效果= 消光剂粒径消光剂比例/ 漆膜厚度消光效果与消光剂粒径、消光剂比例成正比，与漆膜厚度成反比，其中粒径的影响力最高。消光剂比例=加入量/配方固含量，所以配方的固含量不宜过高，因此，选高PVC 的低光泽涂料进行消光不一定经济，而且涂料固含量高的问题还不止于此。消光依靠涂膜的凹凸，涂膜厚，消光剂的堆积效率差，而且厚涂膜的流平性好，对消光是种削弱。因此，涂膜厚度越高，越不经济。消光配方固含量不宜高，涂刷尽量要薄或兑水施工，当然这样要求底涂相应厚些，以弥补遮盖等问题。评价消光剂时，测试光泽的漆膜要自然干燥。烘干会导致数据偏差，高光漆膜烘干时表面张力变化大，漆膜内形成benard窝，引起漆膜皱摺，光泽下降；对于低光漆膜，烘干使多孔、密度小的消光剂来不及迁移到漆膜表面，光泽会偏高。
没有进行表面改性的二氧化硅，表面富含羟基，分散到液态体系中形成二氧化硅网络，一方面对水性体系有较强增稠作用，应相应做配方调整；另一方面因其多孔性结构特征而吸水过快，从而破
坏基料颗粒的分散稳定性，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。对于絮凝倾向强的体系，比如：固含量高(自由水分少)、乳液和颜料粒度小、保护胶体或量不富裕等情况，要特别注意消光剂的分散。例如1500 中如果直接添加TS100，会随添加比例增高发生絮凝，应该考虑选用经表面处理或(比表面积)低的消光剂，并最好配制成消光膏使用。
(1) 消光剂比例与光泽的关系曲线基本上类似悬垂线，在接近其消光极限时趋于无变化，消光剂应该在经济填加量内使用，一般不超过配方含量的5 % 。
(2) 对于不同的分散状态的水性树脂，消光剂消光效率不同。粒径小的树脂更容易消光，其规律不同于溶剂型体系。
(3) 消光效果与消光剂粒径、消光剂含量成正比，与漆膜厚度成反比，其中粒径的影响力最高。消光配方固含量不宜高，无法避免时可利用特定施工方法弥补。
(4) 消光剂评价要注意采用自然干燥漆膜。
(5) 对于絮凝倾向高的水性体系，最好换用吸油量低的消光剂，并控制添加量，最好配制成消光膏使用。
(责任编辑：admin)
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第八章 丙烯酸树脂
第一节 概 述 丙烯酸（ 及甲基丙烯酸（ 第二节 丙烯酸（酯）及甲基丙烯酸（酯）单体 第三节 丙烯酸树脂的配方设计 第四节 溶剂型丙烯酸树脂 第五节 水性丙烯酸树脂
第一节 概 述
以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及苯乙烯等乙烯基类单体为 丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及苯乙烯等乙烯基类单体为 主要原料合成的共聚物称为丙烯酸树脂 丙烯酸树脂， 主要原料合成的共聚物称为丙烯酸树脂，以其为成膜基料的 丙烯酸树脂涂料。 涂料称作丙烯酸树脂涂料 涂料称作丙烯酸树脂涂料。 该类涂料具有色浅 保色、保光、耐候、 色浅、 该类涂料具有色浅、保色、保光、耐候、耐腐蚀和耐污 等优点，使用温度范围宽，已广泛应用于汽车、飞机、 染等优点，使用温度范围宽，已广泛应用于汽车、飞机、机 电子、家具、建筑、皮革涂饰、造纸、印染、木材加工、 械、电子、家具、建筑、皮革涂饰、造纸、印染、木材加工、 工业塑料及日用品的涂饰。 工业塑料及日用品的涂饰。 近年来，国内外丙烯酸烯树脂涂料的发展很快， 近年来，国内外丙烯酸烯树脂涂料的发展很快，目前已 占涂料的１ ３以上，因此， 占涂料的１/３以上，因此，丙烯酸树脂在涂料成膜树脂中居 于重要地位。 于重要地位。
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