低VOC之水性金属颜料防沉及定向助剂:改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液

卢育彦、徐敬添、李玉娟、Carlos Feito、杨丽君/海名斯

水性涂料在不同的应用阶段均有不同的粘度需求,如在储存或施工后回复至接近不流动的低剪切粘度、生产时所需的低至中剪切粘度,以及施工时的中至高剪切粘度等,以使涂料具有易操作、抗流挂、抗飞溅、防沉降及较佳的漆膜外观等应用性能。有时一个涂料产品需同时具备有不同剪切力段不同效果的要求,如图1所示。

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图2所示的具有不同化学结构与特性的触变剂均可应用于水性涂料,来满足不同的应用性能需求。

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针对其中几种主要的流变助剂,加入涂料配方后,借由亲/疏水、结构与工艺等的调控,对涂料应用性能的影响见表1。

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而针对水性金属(铝粉&珠光粉颜料的定向,目前较为普遍的则是使用水性聚酰胺流变助剂,但该类助剂较适用于烤漆及含有共溶剂的涂料。对于不含共溶剂或低VOC的涂料体系则有其限制。

改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液,因其低VOC、使用方便且同样对水性金属颜料具有较佳的防沉及定向效果而越来越被广泛用于水性涂料。

开发背景与产品特点

一直以来,金属漆(铝粉&珠光粉)水性化的发展受限于金属颜料的排列效果,通过流变助剂的设计使其能在高剪切力的施工状态下具有较低的粘度,且施工于基材后粘度可快速回复,并使之有粘弹性效果,持续其对涂膜中铝粉的定位,也不会因干燥过程影响其效果。溶剂型涂料体系已有成熟的产品,如可使用EVA蜡类流变助剂及流平剂等进行调整,从而获得优异的金属颜料定向,同时由于溶剂的挥发速度较快,因此对喷涂后的流变特性要求稍低。而水性涂料则对流变特性要求较多,需在此部份进行优化补强。

此新颖的产品设计机理是基于以改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液,提供具有空间位阻的微粒及含触变行为的共聚物,改善铝粉或珠光粉等效应颜料在涂膜中的定向效果,同时能减少涂料在生产、运输或储存过程中的沉降,适用于水性金属涂料体系,如汽车涂料、工业涂料、木器及家具涂料及皮革涂料等。

理想的铝粉定位通过改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液所体现的排列效果,如图3所示。

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添加于水性涂料配方,改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液具有下列特点:

● 较佳的增稠触变性能

● 改善金属颜料(铝粉&珠光粉)排列定位,获得均一的漆膜外观

● 良好的防沉及防流挂性能

该类型改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液添加方便,使用前建议先搅拌均匀,并在适当的剪切分散下可直接添加,不需制备预胶或预稀释。同时,建议于铝粉或珠光粉前添加至涂料基料中。此外,体系pH值建议调整为9.0-9.5以确保其最佳效果;该改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液也可与其他类型的流变助剂配合使用,以获得更优异的触变效果。

另外,改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液的加入可以使涂料具有良好的粘度恢复性,如图4所示。涂料在高剪喷涂时具有较低的粘度及雾化性能,涂布至基材表面后又可快速回复至低剪时的高粘度,使涂料具有良好的防沉或定位效果。图四的测试结果也显示本研究产品在不同添加量均具有较佳的粘度回复。且添加量较高、粘度回复亦更快。

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如图5所示,添加一定量的改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液,使涂料具有一定的粘弹性,流体中的颗粒不易沉降及迁移,从而使涂料具有较佳的储存稳定性。另外,这些由特殊工艺所复合的微粉粒,在涂膜干燥后,可使片状铝粉排列均一,产生较佳的视觉效果,如图6。此外铝粉漆膜Flop-index 数据也显示改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液有较佳的铝粉排列结果,图7所示。

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同时,改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液的加入可有效改善水性铝粉漆的储存稳定性。如图8所示,添加改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液,无论是较高粘度的成品漆、还是较低粘度,均具有较佳的防沉性能。

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结语

走向水性环保,适用于低VOC应用的铝粉定向及防沉助剂,已可透过优异的技术制备改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液予以实现,未来涂料的流变助剂应用将更加全面,全水性化的工业涂料也将逐步拓展。



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