CMCAB纤维素酯在水性金属闪光涂料中的应用

CMCAB 纤维素酯在水性金属闪光涂料中的应用

严 俊 ( 中化建常州涂料研究院 , 213016)

吴洪福 ( 新疆吐哈油田石油天然气化工厂 , 哈密

838202)

摘 要 : 介绍了 CMCAB 纤维素酯的一些特点和分散使用方法。研究了其在水性金属闪光涂料中的主要影响和作用 , 包括提高抗流挂性、防沉降性 ; 改善铝粉的取向 ; 改善涂料的的流平性 ; 提高底色漆的抗回溶性等。同时阐述了 CMCAB 纤维素酯用量过高后发现的一些新问题。

关键词 : 水性金属闪光涂料 ; 防沉降 ; 铝粉取向 ; 流平性 ; CMCAB

0 引 言

水性金属闪光涂料由于其具有较低的 VOC 含量 , 减少了涂装过程中的 VOC 的排放 , 有利于环境保护, 故越来越受到重视。但是由于水性涂料的一些固有特性 , 使得水性金属闪光涂料出现流挂、铝粉的沉降、铝粉的排列等一系列问题 , 一直没有得到很好的解决。在 CMCAB ( 分子结构见图 1) 纤维素酯出现之前 , 一般只能通过改进基体树脂的特性 , 如 : 提供触变性、

增加内交联等手段来改善水性金属闪光涂料的的一些性能 , 实施难度较大 , 效果也不是太理想。

图 1 CMCAB 的分子结构示意图

当 CMCAB 纤维素酯出现后 , 通过外加的 CM 2 CAB 纤维素酯 , 可以很方便地控制涂料的流挂、流平、铝粉的沉降、取向、排列等问题 , 对基体树脂的要求也不再特殊 , 大大增强了涂料的可施工性 , 直接缩小了和溶剂型金属闪光涂料的差距 , 为水性金属闪光涂料的广泛应用奠定了基础。

CMCAB 纤维素酯是一种羧基化的纤维素树脂 , 酸值约 60 mg KOH /g, 通过碱中和 ( 如 : 二甲基乙醇胺 ) , 可预制成水分散体或溶液 , 在低 VOC 的水性涂料中用作添加剂或成膜物。生产的产品为白色粉末状态 , 类似于其他纤维素酯状态。这种水分散体或溶液 , 既保持了纤维素树脂的特性 , 又可很方便地添加到各种水性涂料中 , 通过涂膜中水和溶剂的挥发 , 又变成不溶于水的高相对分子质量、高 T g 的刚性涂膜

[ 1 ] 。

1 CMCAB 纤维素酯的预分散

CMCAB 纤维素酯预分散的好坏直接影响它的使用 , 制备分散体的配方见表 1 。最简单的分散方法是将其溶解在乙二醇丁醚溶剂中 , 再用 DMEA ( 二甲基乙醇胺 ) 中和 , 中和程度控制在 10% ～ 15%; 然后慢慢加入去离子水 , 分散均匀即可。注意一定要将固体粉末完全溶解 , 包括容器壁上粘附的颗粒 , 否则加水

之后就很难再分散开。

表 1 制备分散体的配方

制备工艺 : 将乙二醇丁醚加入相应容器中 , 在低速分散的情况下 , 缓缓加入 CMCAB 纤维素酯粉

末 , 要尽量防止粉末到处飞扬 , 如有粘在容器壁上 , 应将其刮入分散液中 ; 分散时间尽可能长一些( 1 h 以上 ) , 以保证 CMCAB 纤维素酯粉末全部溶解 ; 然后再加入二甲基乙醇胺中和 , 分散 15 min 以上 , 最后缓缓加入去离子水 , 高速分散 30 min 以上即可 , 过滤备用。分散体外观为有一定黏度的半透明微乳状液体。

2 水性金属闪光涂料的制备

2. 1 原料

WB - 02 水性丙烯酸树脂、氨基树脂 (HMMM) 、助剂 ( 消泡剂、流平剂等 ) 、铝粉 ( 非浮型 ) 、CMCAB 纤维素酯分散体 (15% ) 、二甲基乙醇胺、乙二醇丁醚、去离子水。

2. 2 涂料配方

水性金属闪光漆的配方见表 2 。

表 2 水性金属闪光涂料配方

2. 3 配制工艺

按表 2 的配方将铝粉用乙二醇丁醚预分散好备用 , 用二甲基乙醇胺中和WB - 02 水性丙烯酸树脂 , 再加入 HMMM 、助剂、去离子水以及上述铝粉浆分散液 , 最后加入 CMCAB 纤维素酯分散体( 15% ) , 分散均匀即可。

2. 4 施工工艺

将上述漆液用去离子水调节黏度 , 采用空气喷涂涂装在电泳 + 水性中涂的钢板上 , 在 80 ～ 100 ℃烘烤 15 min, 然后罩上水性清漆 , 再在 80 ～ 100 ℃烘烤 15min, 升温至 140 ℃烘烤 30 min, 即制得水性金属闪光涂膜。

2. 5 试验仪器

爱色丽(X - Rite) 分光光度计 (M68 型多角度 , 美国 ) ; 数字型测厚仪 ( 进口 ) ; 雾影光泽计 (Byk

-Gardener, 德国) ; QCj 型漆膜冲击器 ( 天津材料试验机厂 ) ; 手用漆膜划格器 ( 天津光电通信公司仪器设备模具厂) ; QTX - 1 型漆膜弹性测定器 ( 天津材料试验机厂 ) 。

2. 6 涂膜性能指标

涂膜的性能指标见表 3 。

表 3 涂膜性能指标

3 结果与讨论

水性金属闪光涂料的配制 , 关键是铝粉的稳定 , 并且要在成膜时有良好的排列取向。本试验采用了CMCAB 纤维素酯 , 使涂料的流挂、流平 , 铝粉的沉降、取向、排列等问题得到了有效地控制。通过和未加 CMCAB 纤维素酯的配方的对比 ( 表 4) , 可以很明显地看到各种性能的提高。

表 4 未加和加 4%CMCAB 纤维素酯的水性金属闪光涂料的性能对比

3. 1 对铝粉的沉降性的控制

水性金属闪光涂料的稳定性非常重要 , 主要表现在贮存过程中 , 铝粉是否发生腐蚀 , 铝粉是否沉淀不易再分散。由于铝粉的相对密度远大于树脂、溶剂和水 , 很容易发生沉淀、聚结。而在添加了 CMCAB 的水性金属闪光涂料中 , 由于 CMCAB 具有较大的相对分子质量 , 较高的体系黏度 , 以及很好的颜料分散

性 , 使得铝粉的沉降速度得到明显地控制。添加了 4%CMCAB 的水性金属闪光涂料在常温放置 3 个月后无明显沉降 ( 见图 2) 。

3. 2 有效控制湿涂膜流平、流挂

在水性体系中 , 由于水的挥发速度相对较慢 , 尤其是在高湿度条件下 , 导致湿涂膜固体含量的提高速度变慢 , 体系黏度的提高也变慢。这种低的挥发速度使得水性涂料比较容易流平 , 但要防止流挂却困难。一般的流变助剂如碱溶胀增稠剂、缔合型增稠剂以及粘土等 , 虽然可以快速提高体系黏度 , 但是这些助剂同时也影响了涂膜的流动、流平。由于 CMCAB 形成的是牛顿分散液及溶液 , 而且它作用时不会改变体系的表面张力 , 分子间的作用力也很弱。故在低剪切速率下 , 体系黏度并不会有较大提高 , 有利于涂膜的流平。但是随着固含量的增加 , 黏度却提高很快 , 抗流挂性得到提高。添加 CMCAB 的水性金属闪光涂料在不同时间段黏度的变化如图 3 所示。