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CARMOT助剂在高耐磨涂层中的应用

制备水性涂层时,时常会遇到各种问题,工程师们也经常性头疼,尤其一些高性能涂料追求极度的平衡性,有的客户追求与油性涂层同样的性能,所以对于研发水性涂料是一个比较复杂的过程。
你大致会遇到这些问题,可能包括以下几个方面:
➷涂料存储外观不良,沉降、变色、分层
➷涂料存储变质,气泡、稠化、结皮、固化
➷生产,质检中各种各样问题
➷颜色衍生问题,ΔE偏差程度
 
颜色是涂料的核心技术之一,没有颜色的涂料是极其单调的,没有色彩的生活是枯燥无味的,所以颜色对我们极其重要。
 
颜色问题为何难以把控,主要原因分析和解决方法:
通过分散剂加入色浆,生产加工得到高品质的涂料。 分散剂其作用主要有稳定颜料防止沉降,提高研磨效率,防止返粗和起粒,提高光泽和鲜映性,改善流平,防止浮色发花,增加展色性能,降低色浆研磨粘度,增加流动性。
颜料色浆加工的整个过程包括润湿、分散、稳定三大部分。分散剂吸附颜料示意:
 

颜料的分散过程就是颜料从聚集状态变成为细化状态,理想的状态是极其细化的分布,构成本质是悬浮液的颜料浆体。颜料颗粒的三种理论分布形态:
高分子分散剂主要分为聚氨酯类、 聚丙烯酸类、聚马来酸类等等,传统离子型表面活性剂主要分为阴离子型、阳离子型、电中性化合物、非离子型。

实验室分散剂评估参考方法:
1、研磨色浆 
按照配方在专用容器中依次加入水,消泡剂,分散剂,其它助剂,色粉,用搅拌机预先搅拌分散均匀,封盖后利用快手和震荡机研磨。达到预定时间,利用细度板检测颜料的分散程度,细度达到要求停止研磨,利用尼龙滤网过滤后存放。 
2、检测粘度
利用粘度计检测色浆的粘度。 
3、调漆
检测调色将剩余色浆取出少许,色浆中添加一定数量树脂,助溶剂,其它助剂调成色漆。刮涂黑白卡测试光泽度和遮盖力。 
4、检测调色性 
将剩余色漆调成不同的复色漆,平行刮涂黑白卡,在灯箱内利用肉眼观测色差程度,若无色差判定合格。 将剩余的复色漆,置于烘箱中,保持 50℃  2周,重测调色性。
5、检测存储稳定性
将剩余色浆置于烘箱中,保持 50℃ 2周时间。用肉眼观测色浆变色、沉降、霉变、干结、 稠变等情况,利用调刀探测沉底情况,利用粘度计测试粘度变化情况,用细度板检测细度, 重复检测调色性、颜色稳定性。
6、整理 
清洗实验过程中使用的工具,对使用的材料进行整理,对检测记录进行完善和保存。
7、其它参考方法
流涂试验:将不同分散剂配备的漆液倾流于聚酯薄膜上,平行观察各个漆液的区别。
指研试验:将色浆配色的漆液涂布于基材上,研磨数次观察涂膜颜色变化程度。
粒径试验:将色浆样品放入粒径仪,采用分布图法测量粒度状态。
 
以下结合高耐磨水性涂层案例,说明分散剂的涂层应用:
Ⅰ实验背景
以特殊的水性聚酰胺树脂配备涂层,具备较高的耐磨性,可能在高耐磨性能方面产生实用价值。
Ⅱ实验方法
采用分散剂研磨无树脂白浆、无树脂蓝浆,储备调漆。
Ⅲ实验仪器设备
多功能一体化搅拌机;刮板细度计;制备器;行程擦拭仪;光泽度仪;电子秤;快手;
Ⅳ实验操作
蓝色浆试验样品制备,按照配方依次混合,震荡2小时完成,制取备用
序号 原材料 数量wt/% 型号
1 去离子水 44.8  
2 有机硅消泡剂 0.3 CARMOT-F1301
3 分散剂 19 CARMOT-Dis2130
4 蓝色粉P.B. 15:3 35 BGS
5 PH调整剂 0.4 DMEA
6 抗菌剂 0.5 B-10
  总共 100  

白色浆试验样品制备,按照配方依次混合,震荡1小时完成,制取备用
序号 原材料 数量wt/% 型号
1 去离子水 25.15  
2 有机硅消泡剂 0.15 CARMOT-F1301
3 分散剂 3.5 CARMOT-Dis2130
4 钛白粉P.W.6 70 R996
5 PH调整剂 0.2 DMEA
6 抗菌剂 0.5 B-10
7 防沉剂气硅 0.5 R972
    100  

蓝色漆试验样品制备,制取备用,试样配置完毕,约在5小时以内需用完。
序号 原材料 数量wt% 型号
1 聚酰胺水性树脂 90 PA-100
2 交联剂 1.8 F-150
3 有机硅双子润湿剂 0.18 CARMOT-1611
4 蓝浆 4.5  
5 白浆 4.5  
    101  
按设定的检测配方,准备所需原料,按序号依次加入原料搅拌均匀,设置搅拌机转速在500-1200rpm之间,设置烘烤温度在170℃,烘烤时间5-10min,制备器75-100μm均匀涂布耐磨料浆,待涂层干燥,进行检测耐磨性、粘度、细度等参数。

Ⅴ实验数据
将干燥得到的样板进行检测,得到以下结果
耐磨性 次数/1kg 粘度 η/cps 细度 /μm
50次,无痕 700 20
使用摩擦布,通过1kg负荷往复擦拭,很清晰地看出涂层具有较高的耐磨性。(添加耐擦过程视频)

Ⅵ实验结果分析
实验中采用不同分散剂Dis2130、样品A进行色浆研磨,蓝浆研磨对比分散剂Dis2130更加适合,而样品A研磨的蓝浆质量较差。

序号 项目 CARMOT-Dis2130蓝漆 样品A蓝漆
1 光泽/60° 87 20
2 平整度 平整 粗糙
3 气泡
4 颜色 均匀 不均匀

实验中采用不同的消泡剂进行效果对照,研磨过程消泡剂对照,CARMOT-F1301具有较强的消泡效果。
CARMOT-F1301 样品B 产品C
气泡少 气泡很多 气泡多

调漆过程消泡剂对照,CARMOT-1611体现较好的低泡性,兼具良好的基材润湿性。产品D、E、F属于有机硅型消泡剂,产品G、H、I属于丙烯酸聚合物型消泡剂,产品J属于矿物油型消泡剂,这些消泡剂均出现涂膜缺陷。
序号 消泡剂 效果 序号 消泡剂 效果
1 CARMOT-1611 低泡不缩孔 5 样品G 缩孔
2 样品D 缩孔 6 样品H 缩孔
3 样品E 缩孔 7 样品I 缩孔
4 样品F 缩孔 8 样品J 缩孔

效果对比照片(中间CARMOT-1611):

从实验分析说明,CARMOT-Dis2130分散剂具有与水性聚酰胺树脂很好的兼容性,具有比其他类型分散剂如聚氨酯类较大的优势。
在水性哑光涂层制备中,CARMOT-Dis2130分散剂也具有较好的哑粉分散性,有效提高哑光程度。

CARMOT-Dis2130 2.5%使用量,实验室制备消光粉具有良好的效果。

序号 消光剂 消光剂添加量wt% 光泽/60°
1 TS-100 4.3 11.5
2 天一105B 5 10.4

CARMOT-Dis2130 2.5%使用量实验室制备,分散同一国产消光粉105B,具有较好的效果。
序号 分散剂 消光剂添加量wt% 光泽/60°
1 CARMOT-Dis2130 5 10.4
2 样品K 5 10.8
3 样品L 5 9.5


CARMOT-Dis2130分散剂其它一些涂层应用照片:
最后,高品质涂料制备过程中,使用分散剂使得颜料和填料完全发挥了作用,这样的涂层具备更高的性能。
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