高性能一级分散体羟丙乳液的开发与应用
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作者：陈伟林，盛光佳，金雅萍，杨立滨，夏建峰 / 巴斯夫新材料有限公司
水性木器漆在中国的发展累计已有20多年，最早可追溯到1996年德国都芳水性木器漆以及山东亚力美两个品牌在中国的上市。最初十年，配方工程师基本处于原始的摸索阶段，不断测试乳液原料储备配方。因为性价比相对有优势，单组份体系（包括丙烯酸、聚氨酯丙烯酸酯PUA和聚氨酯分散体PUD），在松木儿童家具、木门、板式家具、木器玩具及装饰品等细分领域率先脱颖而出，到2010年前后，应用技术基本上形成了“油底水面”或者“UV底水性面”的成熟工艺流派，但性能上还是难以接近溶剂型双组份聚氨酯（2KPU），无法在高端应用领域取得更多突破涂料在线coatingol.com。水性2K PU的技术探索大约起步于第二个十年，技术上先后开发出三代聚异氰酸酯固化剂，性能各异的羟丙乳液甚至是羟基PUD，物理性能可以媲美溶剂型2K PU，但高昂的原料成本，复杂的原料搭配以及狭窄的施工适应性，使得水性2K PU的应用推广“雷声大雨点小”。时至今日，水性2K PU已开发出“低羟低光”和“高羟高光”两套体系，如下表1所示。由于施工适应好，不容易发现漆膜弊病（暗泡、针孔、痱子等），低羟体系已经成熟地应用推广。反观高羟体系，虽能达到超高光和不错的丰满度，但漆膜干燥慢，耐堆叠性差，严重影响生产效率，而且漆膜缺陷非常容易发现，返修率很高，鲜有成熟的解决方案，整体成本较高。这些都是高羟体系的应用痛点，使得配方工程师轻易不敢尝试。
羟丙乳液合成的技术路线针对高羟体系的要求，分析羟丙乳液的合成分类，更有助于我们理解更多开发的思路。羟丙乳液按照合成工艺分，可分为一级分散体和二级分散体。如下图1所示，一级分散体是通过一步法即可得到最终产品，二级分散体则需要通过溶剂聚合得到聚合物，再通过分子链上的亲水基团重新稳定分散到水中得到产品。如图1所示，从设备上看，二级分散体必须配备防爆的反应釜，投资成本大，转嫁到产品的单位成本更高，售价自然偏高。从聚合物的微观结构来看，二级分散体的分子量分布更窄，再分散的粒径以及水相物质都更加可控，理论上来说，乳液外观清透性和化学抗性应该比一级分散体更好。
实验部分实验原料Joncryl? OH 8770ap、Hydropalat? WE 3221、FoamStar? SI 2280、Rheovis? PU 1191、Dispex Ultra PX4575：巴斯夫新材料有限公司；对标产品1、对标产品2：其它外资公司；二乙二醇丁醚（BDG）、DMEA、乙醇：国药集团化学试剂有限公司；Tioxide R706：Chemours 公司。
测试设备便携式光泽仪、摆杆硬度测试仪、线棒-100微米：BYK公司；铅笔硬度测试仪：现代环境有限公司。
水性涂料的配制水性清漆配制：A组份按表3乳液在搅拌600rpm状态下，依次按配方缓慢加入各原料，所有A组份原料加入完毕后，再均匀充分搅拌15分钟完毕。
水性白漆配制过程如下：按表2配方将各组分研磨分散至15微米，得白色水性白浆。制作白漆时，将表3清漆与表2白浆按质量比5:1混合均匀，获得了白色水性涂料。
样品漆膜制备涂料漆膜：采用黑白卡纸和玻璃板， 参考GB/T9271-1988制备涂料漆膜试板，使用线棒100微米进行涂膜，漆膜干膜厚度25-30微米。室温养护7天后用于测试涂料漆膜的光泽、硬度、耐污渍性能。
性能测试按GB/T9754-2007测定涂膜光泽；按GB/T6379-2006测定涂膜铅笔硬度。按ISO-MAT-0066-R2测定涂膜耐乙醇污渍性能。
耐刮擦保光率的测定：在Leneta卡纸上刮涂100微米湿膜，常温干燥4小时后，50℃干燥16小时，测量原始光泽（60°）；负载500g砝码， 砝码下面贴有3 M 标准砂纸（ 型号3M2 81QWETORDRY，直径3.5cm），来回摩擦20次，测刮擦后的光泽(60°)；测试过程如图2。计算保光率=刮擦后光泽/原始光泽。
高羟乳液的配方设计及测试结果针对水性2K PU在高羟体系的应用难点，再对比分析两种分散体的特点，我们不难看出一级分散体的技术路线更容易得到高性价比的方案。巴斯夫研发并生产出新款的一级分散体Joncryl? OH 8770 ap, 我们将从外观到性能进行分析对比。
将Joncryl? OH 8770 ap和两款市面常用的二级分散体，选择搭配相容性好的原料，配制成高光清漆。除另有说明外，均依据国标的测试方法来对比考察高光清漆的性能，进而分析Joncryl? OH 8770 ap与对标产品之间的差别。
1）漆膜的清透性。通过控制羟丙乳液的粒径，可进一步改善乳液外观和水性漆的湿膜清透性，图3也充分印证了这一点，平均粒径在100微米左右可以做到半透明的效果。至于干膜的清透性，除了羟丙乳液的平均粒径之外，还有受到干燥条件，成膜情况，以及水性漆配方中各组分相容性的影响，只能根据实际结果而定。
2）双重交联。水性2K PU的配方成本主要来自羟丙乳液和固化剂，尤其固化剂价格更居高不下，所以在羟丙中引入适当的自交联单体，在固化剂用量比例相同的情况下，漆膜交联度更高，致密性更好，化学抗性会更好，如图4所示。因此，在交联密度相同且不影响性能的情况下，引入更多自交联单体，可以降低固化剂的用量，从而降低水性漆配方的总体成本，同时也降低了反应过程气泡产生的风险，使涂膜表观得到进一步提高。
按照表2的清漆配方，及在清漆配方基础上添加20%钛白浆，测试干膜的化学抗性发现，Joncryl? OH 8770 ap与两款二级分散体也同样存在差异，如图5~6所示。在清漆干膜的耐醇性（1小时）测试中，相同的固化剂用量，对标产品2耐乙醇的测试过程中出现漆膜破损，Joncryl?OH 8770 ap则通过测试，而对标产品2则必须增加固化剂用量才能通过测试。在色漆的耐污性测试中，我们选择了最为苛刻的测试介质黄芥末（1小时），相同的固化剂用量，测试后Joncryl? OH 8770 ap残留的黄芥末明显要少。
3）玻璃化温度。提升羟丙乳液的玻璃化温度，一方面有助于乳液自身变得更加快干，有效快速地漆膜硬度建立，并提升漆膜的耐堆叠性；但另一方面，乳液快干自然使得漆膜的流平时间缩短，光泽和丰满度会变差，只能通过调整配方加以均衡。通过对不同NCO/OH比例下的三支羟丙乳液物理性能进行对比发现，Joncryl? OH8770ap与对标产品2的摆杆硬度在早期就能达到较高水平，因此干性和耐堆叠都能满足实际的要求，而且在固化剂用量增加的情况下，Joncryl? OH 8770 ap的最终硬度还有可提升空间；另一方面，尽管快速干燥造成Joncryl?OH 8770 ap的漆膜丰满度稍有不足，但Joncryl? OH 8770ap初始光泽却很高，具体效果如图7所示，这主要得益于所使用的单体及其用量优化。从以上测试结果可知Joncryl? OH 8770 ap的优缺点。为弥补Joncryl? OH 8770 ap丰满度的略微不足，实际的应用配方可混拼慢干的二级分散体进行调整，正如传统的溶剂型双组分聚氨酯涂料一样，2-3支树脂搭配3-4支固化剂，效果会更好。固化剂的筛选很关键，主要考虑双方的相容性及性能的最优化。
成膜助剂的筛选也应仔细考察，从我们的前期筛选结果来看，PnB会影响其透明性，DPnB则会影响储存稳定性，除了单用二乙二醇丁醚之外，还可以采用DPM搭配TPnB（4:1）的组合也是合适的。另外，如果和其他水性树脂混拼的话，需要注意里面是否含有与Joncryl?OH 8770 ap不匹配的成膜助剂。
结论随着VOC消费税的征收以及环保法规的逐步严格，溶剂型木器涂料在中国的市场份额会被UV涂料和水性木器涂料所取代。鉴于水性单组份体系仍无法从性能上直接与溶剂型产品抗衡，从趋势性来说水性2K PU才是最终的发展方向。本文介绍的Joncryl? OH 8770 ap正是一款超高光涂层的突破性产品，拥有快速干燥，硬度发展快，耐堆叠好的特点，同时聚异氰酸酯固化剂需求量低，降低暗泡风险也可以降低配方成本，产品极具特色，优异的耐化学和超高光泽表现非常值得推荐配方工程师一试。 外墙涂料顾名思义就是使用在房子外墙上面的涂料，一般具有防水、防晒的功效，房子在长年累月的水淋日晒中很容易受损破旧，外墙涂料工程可以增强房子的抗水抗晒能力，保持装饰性，延长使用寿命，今天我们去了解下外墙涂料施工工艺。 1、薄层外墙涂料的施工 薄层外墙涂料，十分的适合于细拉毛墙面，通常采【兰陵化工集团涂料油漆】公开日： 2008.07.30
申请人： 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司
地 址： 215151江苏省苏州市高新区浒墅关保卫路20号
发明人： 沈春林;储建军;康杰分;王玉峰;杨柄元;杨 军
专利代理机构： 苏州创元专利商标事务所有限公司包含碱土金属氟化物配合物的转化型涂料
【公开（公告）号】 CN1714171
【公开（公告）日】 2005.12.28
【申请（专利权）人】 PPG工业俄亥俄公司
【地址】 美国俄亥俄州
【发明（设计）人】 J·A·格里水性漆是以水作为稀释剂、不含有机溶剂的涂料，无毒无刺激气味，对人体无害，不污染环境，漆膜丰满、柔韧性好并且具有耐水、耐磨、耐老化、耐黄变、使用方便等特点。水性漆包括水溶性漆、水稀释性漆、水分散性漆3种。水性漆的主要组成：①聚合物乳液或分散体;②成膜助剂;③抑泡剂和消泡剂;④流平剂;⑤润湿剂;⑥分散剂饮水舱除锈施工时按新钢板操作规程，将内部锈蚀彻底清除，清洁后涂刷水泥浆，也可采用喷涂的方法。
①涂刷水舱的水泥，应选用500号以上的硅酸盐水泥，水泥与水的配比是2：1——2.5:1；即用水泥200—300kg与100kg不混合，在容器内混合搅拌均匀即可使用。拌和好的水泥浆在施工中必须不断
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