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户外绵绵粉综述
来源:阿克苏诺贝尔 | 发布时间:2018-5-8 | 浏览次数:

摘要:文章介绍了户外PU体系绵绵漆的简要反应机理以及不同的配方组分的作用,同时介绍了各种类型绵绵漆的配方设计和主要特点。

1 引言

    近些年来,随着国家对VOC排放的不断限制,胜博发移动客户端下载手机版以其零VOC排放等优势取得了长足的发展,各类创新性胜博发移动客户端下载手机版层出不穷,同时得益于部分原材料成本的下降,绵绵漆等特殊纹理产品以其良好的装饰性和性能逐渐在胜博发移动客户端下载手机版市场崭露头角。

    绵绵漆目前主要包括户内(环氧)和户外(PU)两大体系,环氧体系绵绵漆的主要优势在于较低的成本以及固化条件,而PU体系绵绵漆最大的优势在于优异的耐候性能和多花色产品的可实现性,其主要相关性能对比见表1。早期绵绵漆产品由于应用条件以及原材料成本的限制,户内体系占有主要份额,但因为其耐候性不佳以及催化剂对人体有害等原因,PU体系绵绵漆会逐渐成为未来的发展趋势,本文将从配方设计和各组分影响因素的角度介绍户外绵绵漆的类型和特点。
 

 
2 反应机理

    典型的PU体系绵绵漆主要包含羟基聚酯树脂,四甲氧基甲基甘脲(TMMGU),胺封闭的磺酸催化剂,流平剂,脱气剂,填料和颜料等成分,水纹、网纹、龟纹以及孔雀纹都基于该体系,在固化过程中其主要反应过程分为三部分:

    1)胺封闭的磺酸催化剂在高温(160-170℃)条件下开始解封,该过程中释放胺的化合物气体并伴随着磺酸的形成;
    2)带有磺酸基团的化合物会攻击四甲氧基甲基甘脲上的CH20CH3基团,该过程会释放出甲醇气体,并形成四亚甲基甘脲;
    3)四亚甲基甘脲与羟基聚酯中的羟基基团发生交联反应。

3 配方组分的选择

    户外绵绵漆的外观受配方中多组分的共同影响,因此影响因素非常复杂,下文通过对树脂、固化剂、催化剂以及其他一系列组分的分析来探究其影响。
 
3.1 树脂

    适合制备绵绵漆的羟基聚酯树脂羟值需要适中,羟值过高或过低都不利于纹理的形成,同时粘度一般较大。对于不同类型的纹理类型,树脂份含量介于55%-80%之间,对于水纹产品,树脂份略低,对于龟纹,树脂份含量推荐70%以上,网纹产品介于之间。对于同一种纹理类型,树脂份越高,光泽越高,花纹越大,同时立体感越强。

 
3.2 固化剂
 
    四甲氧基甲基甘脲(TMMGU)是一类氨基固化剂,最早是由CYTEC公司开发的用干制备高光、平光和纹理产品。此类固化剂的使用必须搭配磺酸催化剂使用,否则涂膜难以固化。不同类型的催化剂可产生不同的表面纹理。一般制备绵绵漆,固化剂四甲氧基甲基甘脲搭配封闭的磺酸催化剂使用。根据不同羟值的树脂,树脂与固化剂比例大约在(92-94):(8-6)。

3.3 纹理调节剂

    绵绵漆配方体系中的部分固化剂能够起到调节纹理和光泽的作用。封闭异氰酸脂是羟基树脂常用的固化剂,在绵绵漆体系中,通过调整封闭异氰酸脂和TMMGU的用量能够有效地调整纹理、光泽以及反应时间。1%-3%的封闭异氰酸脂加入配方体系中,漆膜表面光泽升高,体系反应速率加快。随着封闭异氰酸脂用量的不断增加,表面纹理逐渐消失,取而代之的则是平面高光的表面。

    TGIC在户外绵绵漆体系中同样可以起到纹理调节的作用。少量的TGIC能够显著减少绵绵漆“结点”的问题,但添加量过多可能会导致纹理消失,因此,对于TGIC的用量需要根据实际情况进行调整。

    双酚A型环氧树脂在户外绵绵漆尤其是龟纹体系中至关重要,少量的环氧树脂能够显著降低绵绵漆体系的光泽,3%左右的环氧树脂是形成龟纹表面必不可少的组分之一,但环氧树脂的添加会显著影响耐候性能,因此其添加量最多不超过5%。

3.4 磺酸催化剂

    封闭的磺酸催化剂是加快反应速度和形成绵绵漆纹理至关重要的成分。根据绵绵漆类型的不同,一般添加量介于0.5%-1.6%之间。当磺酸催化剂含量过低时,涂膜无法形成绵绵漆,如果其含量过高,则绵绵漆花纹过小且为无光表面,同时物理性能出现下降。
 
3.5 流平剂与脱气剂

    理论上,在户外绵绵漆配方体系中不添加流平剂与脱气剂仍然不影响涂膜的形成,且流平剂添加量多少与漆膜表面平整度没有必然联系,但仍建议添加部分流平剂与脱气剂来避免某些缺陷的形成。在某些配方体系中,流平剂的添加能够改善基材边缘的纹理差异。在羟基聚酯和TMMGU反应过程中会释放部分小分子,在膜厚较厚的情况下该问题导致的缺陷会比较明显,因此稍多量的脱气剂添加能够改善由脱气问题引起的“结点问题”。

3.6 填料

    不同填料的添加能够影响涂膜的外观和光泽。一般而言,粒径较粗的填料会导致更低的涂膜光泽和更小的花纹。填料添加量越多,花纹越小,光泽越低。当然填料只是诸多影响因素中一个,花纹较小未必就意味着填料较少,与浮花剂和粒径等都有关系。

3.7 浮花剂

    对于水纹类型的绵绵漆,一般是不需要添加浮花剂,但是对于网纹和龟纹产品,必须添加浮花剂以起到辅助起花和稳定花纹的作用。浮花剂主要分为两种,分别是用于网纹起花的BBM和用于辅助龟纹起花的龟纹剂。BBM的添加量一般在0.1%-0.3%左右,添加量越多花纹越小,光泽越高,除了添加量之外,BBM的粒径同样能够影响表面纹理,粒径越细,纹理越小,缺陷相对较少。龟纹剂的添加量介于0.3%-1.0%之问,添加一定量龟纹剂能够显著形成大且立体感强的问题,随着添加量的升高,光泽也会随之升高,纹理变小。

 
3.8 固化条件

    基于环氧树脂的绵绵漆叫在较低温度下达到固化要求,但是对于户外体系绵绵漆,由于树脂和固化剂之间的反应较慢,固化窗口最好保证200℃10分钟以上。对于龟纹产品,至少保证200℃15分钟的固化条件。
 
3.9 膜厚和粒径

    纹理粉末产品的外观与膜厚和粒径息息相关,对于户外绵绵漆产品,合适的粒径范围较普通平面产品更大。较小的粒径会使花纹较小且不利于储存稳定性,而较大的粒径会导致漆膜表面容易出现缺陷。

    除了粒径,膜厚对于绵绵漆纹理也有重要影响。一般膜厚低于50微米不利于绵绵漆纹理的形成,而膜厚超过200微米9lJ会导致纹理发生较大的变化或缺陷。

4 各类绵绵漆的配方及外观特点

4.1水纹绵绵漆
 

 
    水纹绵绵漆的特点是纹理非常小,光泽很低,纹理表面手感细腻光滑,其配方的主要特点如表2所示。配方中树脂份含量较低即可满足要求,同时不需要添加浮花剂来辅助起花。配方中最常见的问题是不起花和结点,不起花可通过添加额外的催化剂解决,而结点问题最为常见,一般少量的TGIC可以有效消除结点。
 
 
4.2 网纹绵绵漆
 
 
 
    网纹绵绵漆是在水纹绵绵漆的基础上制备的,相对于水纹绵绵漆,其纹理更大,光泽升高,且纹理大小可通过浮花剂进行调节。相对于水纹绵绵漆,网纹绵绵漆的缺陷更不容易显现,浮花剂对花纹的影响大于配方本身,合适的用量和粒径对稳定花纹具有重要作用。
 
 
4.3 龟纹绵绵漆
 

 
    龟纹绵绵漆的特点是光泽低,花纹大,立体感非常强,适用于某些需要装饰性强且质感粗糙的工件,高的树脂份含量和适量的环氧树脂是形成龟纹外观的关键。对于龟纹绵绵漆,由于质感粗糙,表面最大的问题不再是结点等缺陷,而是某些情况下不起纹理,这可以通过调节环氧树脂以及催化剂的用量来调节纹理。
 


4.4 孔雀纹绵绵漆


 
    孔雀纹绵绵漆是基于普通户外绵绵漆而发展起来多花色绵绵漆,是由白色底粉和多花色的点组成,具有颜色艳丽,装饰性极佳的特点,其主要配方设计如表5所示。配方设计中注意底粉与点的树脂含量要接近以避免喷涂时出现分离,同时点的遮盖要保证足够,避免出现遮盖不足的情况。另外,底粉与点的搭配一般为1:(0.3-0.6)%左右。
 
 
 
5 结语

    虽然户外绵绵漆的产品已经发展了好多年,但其应用仍然较少,成本因素是其中的原因之一,另一个重要因素在于配方设计较为复杂,增加了其在生产过程中的不稳定性。随着该类产品的应用越来越多,很多相应的问题都会得到更好的解决,户外绵绵漆的应用会有一个更加广阔的前景。
 
文/阿克苏诺贝尔胜博发移动客户端下载手机版
 
 
 
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