Surfynol 118水性涂料配方消除针孔的新型助剂

PCI编辑部
2020-04-15
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戴晔,赢创特种化学(上海)有限公司

随着环保要求的不断提升,目前水性涂料配方正得到大力开发,相比于溶剂型配方,涂料配方中的有机溶剂被水替代,而水相对于有机溶剂最大的区别是干燥速度相对较慢,但是为了满足涂装线及生产效率的要求,快干型水性配方成为开发的重点,比如通过开发快干型水性树脂、开发紧凑型涂装工艺(降低预烘烤温度、缩短预烘烤时间)等。

然而,快干型水性配方经常伴有针孔的缺陷,尤其是涂装工艺有下列要求:
-高温烘烤体系(如140oC以上烘烤)
-紧凑型涂装工艺(如汽车原厂漆涂装工艺)
-高湿膜厚度 (如单涂层实色高光面漆)

为了解决以上工艺中针孔的缺陷,目前基于高碳氢化合物的使用比较常见,其具有优异的消泡及消除针孔的能力,但是高碳氢化合物由于其极性较低,在水性配方中的相容性较弱,会引起最终漆膜低光泽、流平差、甚至缩孔等缺陷,尤其是在低VOC水性配方中更加明显。

不影响光泽、流平的新型消针孔助剂,为水性配方的开发提供更佳的选择

这是一款基于新型消针孔原理的新型助剂产品Surfynol 118,通过使用与水性配方相容性较好的非有机硅类脱气剂,能够使喷涂后水性涂料中积聚的大量微泡可以快速迁移到湿膜的表面而破灭,以防止漆膜表干后仍有少量微泡封闭于漆膜中,到下一工序高温烘烤时,封闭于漆膜内的微泡又被烘烤出来,在已经表干的漆膜表面留下针孔的痕迹;同时该新产品可以通过轻微延缓水性漆膜表面干燥速度,让从涂层中迁移到漆膜表面的微泡有足够的时间迁移,同时迁移到表面破灭后不留下痕迹,从而改善针孔缺陷。

漆膜的表干时间的微弱差别可由Rheolaser仪器分析鉴别,该方法通过监测漆膜表面颗粒(如乳胶粒、颜料颗粒等)的振荡频率来表征干燥速度。

水性涂料刚刚涂敷于基材时,水分比例较高,颗粒有足够的空间做无规震荡,此时震荡频率较高,随着水分的不断挥发,乳胶粒振荡空间减小,震荡频率不断降低,当水分挥发至一定比例时,乳胶粒开始相互碰撞,引发乳胶粒振荡频率升高,在图中出现峰值(T2),其后随着乳胶粒破乳成膜,其振荡频率不断走低,直至彻底干燥。

由于乙氧基类聚醚化合物有很好的亲水性,一定分子量的聚醚可以有效控制水性配方的干燥速度,如图1所示,通过使用不同乙氧基含量的化合物可以轻微延缓干燥速度60s左右(图中T2值的延长),这会大大有助于迁移到漆膜表面破灭的微泡能继续流平而不留下针孔。

但实验发现一般结构的乙氧基类化合物在水性配方中会产生更多的泡沫,需要选择特定结构的乙氧基化合物控制表干速度的同时而不引起泡沫问题。

综合以上两点,该新型助剂产品Surfynol 118拥有与高碳氢化合物相当的除针孔能力,如图2,采用配方为水性汽车色漆,喷涂具有梯度厚度的湿膜涂层,80 oC预烘烤后,在140 oC烘烤干燥后记录出针孔时的最低干膜厚度来表征控制针孔的能力,其值越高,控制针孔的能力越强,结果表明,Surfynol 118具有与竞品相当的消针孔能力,同时在水性配方中,Surfynol 118保持优异的相容性,不影响光泽、流平等,如图3,由于与该水性汽车色漆的相容性较弱,竞品助剂表现出明显的光泽降低,同时有明显的橘皮缺陷出现。

Surfynol 118不仅具有较好的消针孔能力,同时也表现出优异的消泡性能,如图4所示,在水性色漆中,通过震荡法测试泡沫高度(数值越低越好),不添加助剂的空白配方表现出明显的起泡性,Surfynol 118具有明显的消泡性能,其消泡强度与竞品相当,但其与该水性配方的相容性明显优于竞品,如图中所示,含有竞品的配方光泽下降显著,同时雾影明显变差,而Surfynol 118对光泽及雾影没有负面影响。

Surfynol 118兼顾了较好的消泡性能、消针孔能力及优异的相容性,不影响漆膜光泽、流平、外观等,为水性配方的开发提供更佳的选择。

图1:不同助剂对漆膜表干时间的影响(Rheolaser测试,T2表征水性配方中乳胶粒的组装过程,T2值越长,漆膜相对干燥较慢)


图2: 不同助剂在水性汽车色漆中出针孔时的最低膜厚(um)



图3:不同助剂在水性汽车色漆漆膜中的相容性(干膜膜厚40um,助剂用量1%)

图4:不同助剂(1%)在水性色漆中的控泡性能及相容性(光泽/雾影)