特殊塗料體系用有機膨潤土解決方案

    浙江豐虹新材料 葉秋杉、吉俊軍、羅軍、李靜靜

    一、概述

    隨著人類對環境及健康的日益重視，水性塗料已獲得了愈來愈廣泛的應用。傳統溶劑型塗料在生產和使用過程中所釋放的有機揮發性物質(VOC)產生的汙染，目前成為排在汽車之後的城市主要汙染源。水性塗料作為傳統溶劑型塗料的替代物之一，可以降低VOC的排放、減少有害廢物的生成、減少工人對有毒釋放物的接觸。據悉，「十三五」期間，全國將加強對揮發性有機物(VOC)總量的控制，對氮氧化物和VOC進行協同減排，工業塗裝範疇的轎車、船隻、貨櫃、家裝、工程機械、鋼結構和卷材製作等七大領域均須施行VOC限排管理。環保型低VOC塗料將迎來實打實的「暖春」，工業塗料的水性化有望迎頭趕上建築塗料，出現齊頭並進的態勢。水性工業塗料主要應用於汽車、鐵路車輛、橋梁管道、鋼結構、貨櫃等領域，目前國內工業塗料的水性化水平與工業發達國家相比存在著很大差距。

    溶劑型塗料的水性化首先面對的問題就是溶劑極性的急劇變化,從以有機溶劑為代表的低極性或非極性溶劑,到以醇類、酯類和醇醚類為代表的高極性溶劑，使得一些傳統的流變助劑在使用過程中出現了新的問題。以國內傳統的有機膨潤土流變助劑為例，其在高固體份塗料和高極性溶劑體系塗料使用情況就很不理想，很多塗料企業的技術人員對此束手無策。造成這一現象的主要原因就在於常規有機膨潤土產品，其結構為片層狀結構，且多呈堆疊狀態，它們在體系中的分散需要藉助適當的溶劑（傳統溶劑油、少量極性溶劑），但溶劑的極性過高，會影響膨潤土自身的雙電層，最終會影響片層狀結構的形成。總的來說，傳統膨潤土產品在高極性體系中表現出的問題主要有以下幾項：

    1.有粘度但無觸變性或觸變性很低，造成抗流掛性能差；

    2.基本無粘度，或處於弱膨脹狀態，無法在體系使用；

    3.有粘度，有觸變性，但貯存穩定性差，易產生硬沉澱。

    浙江豐虹新材料股份有限公司，為了適應市場對環保型塗料在高極性溶劑中需求，為塗料行業發展助力，經過近1年的潛心研究，在2016年底推出了一款適用於高極性溶劑的增稠流變助劑BP-200B。該產品是一種鏈層狀結構的有機鎂鋁矽酸鹽，具有既親非極性或低極性溶劑，又親極性溶劑的特點。應用於高極性溶劑的樹脂體系中，更容易被高極性溶劑潤溼分散，形成三維網架結構，實現把溶劑、樹脂和顏填料包裹起來，起到顯著的增稠防沉作用。此外，在有外界剪切力作用的情況下，這種網架的結構又能被拆散，粘度迅速變低，易於噴塗和施工；當剪切力消失，網架結構又能夠迅速恢復，體系粘度升高，起到很好的的防流掛作用。總的來說，這種剪切稀釋的觸變性，為塗料防沉、抗流掛等施工性能提供了極大的便利。BP-200B獨特的鏈層狀結構，使其在高極性溶體系、高固含體系和某些無溶劑樹脂體系，比傳統的層狀有機粘土產品有更好的分散性、增稠性、觸變性等流變性能，可廣泛應用於無溶劑環氧體系、高極性溶劑體系（如醇醚溶劑體系的水稀釋塗料）、醇類體系（含乙醇、丁醇等醇類）、不飽和聚酯樹脂體系、酯類體系（丁酯、鄰苯二甲酸二壬酯等）等。

    二、BP-200B在體系中的應用實例

    2.1在丁醇高極性溶劑中分散相關對比數據

    8%濃度流變粘度測試方法：將8.0g有機土分散於92.0g丁醇中，在標準杯中以2000r/5min分散，測試即時粘度，分散機為盤式砂磨機。分散對比圖見圖1。

    1%膠體測試方法：取上述分散膠液12.5g，以1500r/3min分散在87.5g丁醇中。24h1%膠體率對比圖見圖2。

圖1丁醇中8%濃度流變粘度對比圖

圖2丁醇中1%濃度24h膠體率對比圖

    如圖所示，BP-200B在丁醇體系中的分散粘度和膠體穩定性明顯高於傳統有機土產品，略高於進口同類產品，超過了進口同類產品的技術標準。

    2.2在丁酯高極性溶劑中分散相關對比數據

    測試方法同上，相應的結果見圖3和圖4

圖3丁酯中8%濃度流變粘度對比圖

圖4丁酯中1%濃度24h膠體率對比圖

    如圖所示，BP-200B在丁酯體系中的分散粘度和膠體穩定性遠高於傳統有機土產品和進口同類產品，表現出明顯的優勢。

    2.3在混合醇醚溶劑中分散相關對比數據

    混合醇醚為：二丙二醇丁醚：二丙二醇甲醚=2:1混合溶劑。測試方法同上，相應的結果見圖5和圖6

圖5混合醇醚中8%濃度流變粘度對比圖

圖6混合醇醚中1%濃度72h膠體率對比圖

    如圖所示，BP-200B在混合醇醚體系中的分散粘度高於國外同類產品，膠體穩定性兩種產品一致，但遠高於傳統有機土產品。

    2.4無溶劑環氧成品漆中分散對比數據

    1）試驗配方

     

序號	原料名稱	配比
1	無溶劑環氧樹脂	55
2	厚漿型消泡劑	0.4
3	有機膨潤土	0.8
4	二甲苯	17.8
5	丁  醇	6
6	金紅石型鈦白粉	20
合計		100

    2）試驗步驟

    A：投料1-2，1500轉/分*1分鐘；

    B：投料3，1800轉/分*5分鐘；

    C：投料4-5，1200轉/分*1分鐘；

    D：投料6，1500轉/分*3分鐘；

    E:加砂磨珠快手分散30min；

    F:取出過濾，測試相關性能。

    3）相應的結果在圖7、圖8

圖7無溶劑環氧成品漆流變粘度對比圖

    如圖所示，BP-200B在無溶劑環氧成品漆中分散粘度及觸變性能與進口同類產品類似，明顯高於傳統有機土。

圖8無溶劑環氧成品漆抗流掛值對比圖

    如圖所示，BP-200B在無溶劑環氧成品漆中的抗流掛值遠高於傳統易分散產品，略高於進口同類產品，在該體系具有明顯的抗流掛性能。

    三、結論

    通過以上試驗數據對比可以得出這樣的結論，BP-200B在高極性溶劑體系、高固含或某些無溶劑樹脂塗料體系中，比傳統的層狀有機粘土有更好的抗流掛性、增稠性、防沉性等流變性能，可替代國外同類型產品。BP-200B為客戶在無溶劑環氧體系、高極性溶劑體系、醇類體系、醇醚類體系、酯類體系、不飽和聚酯塗料體系等環保型塗料體系中提供有效的解決方案。

責任編輯：張一凡1