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近零VOC水性醇酸分散體具有溶劑型醇酸樹脂的性能

2016-10-08 16:06:06| 次閱讀| 來源中國涂料| 作者CNCIA

摘要:Erin Vogel et al., The Dow Chemical Company

  采用機械分散的水性醇酸涂料可與溶劑型涂料相媲美

  當決定要研發水性醇酸樹脂技術時,其中一條技術路線是將高疏水性、高分子量、高黏度樹的脂分散到水中,而無需對醇酸進行任何親水性改性。期望用這些分散體能制備出能保留溶劑型醇酸涂料優異的高光澤、附著力和各種抗性的水性醇酸涂料。整個工藝研究證明,機械分散可分散具有各種組成的未改性醇酸樹脂。配方研究表明,這些分散體可用來配制具備溶劑型醇酸樹脂性能的水性醇酸涂料,同時可降低VOC含量。

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  機械分散是一種連續的乳化工藝,在剪切力作用下,將經過計量的醇酸樹脂流和經過計量的水流混合,制備出具有規定質量的乳液。得到的分散體不含溶劑(生產中不添加溶劑),固含量通常為50%~65%,黏度為500~5 000 mP · s,粒徑分布很窄,在100~300nm范圍內。圖5為工藝流程示意圖。該工藝特別適用于產品的快速周轉,調節方便、產量縮放十分經濟(1~100kg/ min樹脂流速)。它只需極少甚至無需表面活性劑(0%~4%),可分散各種酸值(2~30 mg KOH/g)、各種油度(短油、鏈終止型、中油和長油)、各種分子量(高達250 kg/mol)以及各種黏度(高達250.000 mP·s)的醇酸樹脂。短油和中油醇酸樹脂分散體的特性如表1所示。

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  上文提到的水性醇酸樹脂經過改性后會降低涂層性能,但這種新型水性醇酸分散體與此不同,它的性能可以與市售溶劑型醇酸樹脂相媲美(圖6)。

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  對短油和中油醇酸樹脂分散體的試驗證明,它確實有效

  為幫助了解水性醇酸涂料市場發展趨勢,在2011年開展了一項“市場之聲(VOM)”的研究。該研究的主要結論如下: 1)盡管當前水性醇酸樹脂技術存在不足,但配方設計者仍在采用;2)只要能消除在光澤、附著力和防腐性等方面的性能差異,絕大多數配方設計者還是會采用水性醇酸樹脂。

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  為證明最新分散體技術的實用性,對VOC為560 g/L的溶劑型短油醇酸樹脂與同種醇酸樹脂通過機械分散的分散體(VOC(< 5 g/L)接近零)性能進行了對比(表2)。將清漆刮涂在冷軋鋼板表面,干膜厚度(DFT)1 mil,在23 ˚C和相對濕度50%下固化14 d。14 d之后對光澤、附著力、硬度和耐MEK擦拭進行測量,結果見表3。鹽霧試驗200 h后的防腐性能如圖7所示。可清楚看出,這兩種樹脂的性能十分相似,但是與溶劑型醇酸涂料相比,水性醇酸涂料的防腐性能有所提高, VOC含量更低。

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  在假設得到證實后,下一步是為工業應用中的金屬防護研發一種優異的醇酸樹脂。采用實驗設計(DoE)方法,同時對短油(SO)和中油(MO)醇酸樹脂進行研究。中油醇酸樹脂的最優構成是通過改變油度、支化度、分子結構和羧酸含量進行DoE來決定(表4)。根據耐黃變性能、硬度、柔韌性、光澤、附著力、抗粘連性、抗劃痕性、流動性和流平性對涂料進行評估。根據上述結果,確定了具有最佳綜合涂料性能的中油醇酸樹脂,作為下一步研究的候選對象。

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  根據第一組DoE實驗中得出的結果,將實驗設計擴展至短油醇酸樹脂的坐標位置,假設短油醇酸樹脂能提高防腐性能。為探討多元醇的類型、脂肪酸的類型和芳香酸的類型對清漆性能的影響,在Box-Behnken實驗設計中安排了三變量,三水平的格式(圖 8)[4] 。根據耐黃變性能、硬度、柔韌性、光澤、耐化學性、附著力和防腐性能,對涂料進行評估。基于上述結果,將中油度和短油度試樣的量進行放大,并對其進行分散,進行其他一些涂料配方的研究工作。

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