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水性涂料铝颜料技术   

2008-03-15 21:11:41|  分类: 颜填料(色母)应 |  标签: |举报 |字号 订阅

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环保法律的修定和环保意识的不断增强, 使水性产品的需求越来越普遍。这种需求起源于汽车工业,如今正向整体涂料工业转移。金属效果在涂料业正越来越受欢迎,然而未经处理的铝颜料与水接触会产生大量的氢气。因此铝颜料要在水性体系中成功的应用,必须克服这种发气的问题。
     
     现在,提供各种水性涂料非但可以成为涂料厂商的竞争优势,来自环保方面的法规也迫使生产商必须具备生产水性产品能力。不过,不同的工业用途对产品有不同的性能要求,对原材料的要求也不同于或高于汽车业已开发的产品。对原材料供应商来说,必须提供能满足这些市场不同技术要求的各种产品。为满足各种市场的不同需求,市场上出现了各种“与水兼容”的铝颜料。
     
     简介
     铝片在水中会产生如下氧化反应,而引致发气的情况:
     2 Al + 6 H2O --→ 2 Al(OH)3 + 3 H2
     克服上述问题有两种基于不同原理的技术 :其中之一是添加剂技术,即在铝颜料粒子的表面上以物理方法混合添加剂,通过一种阻隔层机理在铝片外层形成一个保护层,最终阻止铝和水发生反应。第二种技术被称为包覆技术,铝片被包裹起来,单个的颜料粒子就被完全包封。
     
     添加剂技术
     一向以来,最常用的阻止铝片产生发气的方法是使用有机磷化合物进行处理。这类产品在市场上已经存在了多年,已经非常成熟。其通常在各种溶剂中以65%铝颜料浆的形式出现。不同的溶剂是十分必要的,因为必须配合不同的树脂体系及其与稳定剂的兼容性。
     
     其中一种产品系列(STAPA Hydrolac系列)含有溶剂汽油和另一种溶剂,溶剂可以是水(STAPA Hydrolac W-系列),也可以是甲氧基丙醇(STAPA Hydrolac PM-系列),或者丁二醇(STAPA Hydrolac BG-系列)。下一步是研究出一系列不含溶剂汽油(STAPA Hydroxal)而仅含上述溶剂其中一种的产品。这类产品可以消除涂料体系中因与溶剂汽油兼容性太差而导致的表面缺陷问题(如鱼眼)。含水的STAPA Hydroxal W系列可以用于生产零“VOC”油漆产品。
     
     稳定的一个副作用是涂料的一些性能会受到不利的影响(比如干燥时间、涂层间附着力、耐湿性)。要弥补这些不良影响,稳定剂的使用量可以在保护产品性能不致受损的情况下减至最低。
     
     包覆技术
     开发水性铝片的第二种技术是将颜料颗粒完全包覆以提供更好的保护。
     
     第一代采用包覆技术的颜料系采用了一层不溶性的铬(III)化合物(STAPA Hydrolux) : 这些颜料不含可溶性的铬(VI)盐(<1ppm),因而无毒。第二代(最新产品)系采用二氧化硅进行包覆再经一层由有机物进一步处理(STAPA Hydrolan),由于其独特的夹层结构,这一代的产品于循环线上使用时更能表现其稳定性。
     
     可以对这些采取不同稳定方式的铝颜料在同一种涂料配方中的发气量进行测定。试验中制备了一种标准配方的水性油漆,并储存在一种特殊设备中,从而可以测定在40℃下、一定时间内氢气的产生量。这种测试的优点是其结果非常接近真实情况,缺点是最终结果最早要在10天或30天以后才能得到,具体时间取决于所采用的树脂体系。然而多年的经验显示,经过3天的测试就已经可以对最终结果作出一个很好的预计。
     专家指出,各种不同型号的稳定剂产品都应在个别的树脂体系中进行测试,以寻求最佳的整体稳定性。
     
     配方注意事项
     要使产品的光学性能、技术和发气特性达到最优化,所有的原材料、树脂、颜料和添加剂,以及生产技术等都必须列入配方师的考虑范畴。
     ◆ 金属片状颜料与树脂的良好混
     合 :两者不恰当的混合 — 所用的剪切力过高 — 会对产品的光学性能造成负面影响。高剪切力会从两方面损坏片状颜
     料 :首先,它会使片状颗粒产生弯曲,由此降低其亮度 ;其次它还会将保护层从其表面剥离,从而导致了发气的产生。
     ◆ 铝片预分散体系的制备:所有的铝粉浆都需要在一种合适的溶剂中进行预分散以得到颜料浆。颜料浆必须在所有其它需要较高剪切力的组分都加入之后才加入涂料体系中。
     ◆ 润湿剂:许多情况下都宜在金属片颜料浆中加入润湿剂以辅助片状颜料的润湿。
     ◆ pH值与中和 :如果使用水溶性树脂,则不宜使用碱性太强的中和剂,例如需避免使用易与铝发生反应的氨
     水 ;比较适宜的是用诸如DMEA(二甲基乙酰胺)或TEA(三乙醇胺)的胺类对pH值进行中和。总体而言,pH值不应高于9,理想值介于7-8之间。
     ◆ 金属片状颜料的排列定向:这是金属效果涂料一个非常重要的方面。较差的定向将会降低涂料的亮度以及随角异色效果。片状颜料越能平行于基材排列,则颜料的金属效果越好。可以在水性漆中加入聚乙烯蜡分散液以提高其定向性能
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