近零VOC水性醇酸分散体具有溶剂型醇酸树脂的性能

发表于2016/10/8 11:18:12| 次阅读| 来源中国涂料| 作者CNCIA

摘要：Erin Vogel et al., The Dow Chemical Company

　　采用机械分散的水性醇酸涂料可与溶剂型涂料相媲美

　　当决定要研发水性醇酸树脂技术时，其中一条技术路线是将高疏水性、高分子量、高黏度树的脂分散到水中，而无需对醇酸进行任何亲水性改性。期望用这些分散体能制备出能保留溶剂型醇酸涂料优异的高光泽、附着力和各种抗性的水性醇酸涂料。整个工艺研究证明，机械分散可分散具有各种组成的未改性醇酸树脂。配方研究表明，这些分散体可用来配制具备溶剂型醇酸树脂性能的水性醇酸涂料，同时可降低VOC含量。

　　机械分散是一种连续的乳化工艺，在剪切力作用下，将经过计量的醇酸树脂流和经过计量的水流混合，制备出具有规定质量的乳液。得到的分散体不含溶剂(生产中不添加溶剂)，固含量通常为50%～65%，黏度为500～5 000 mP · s，粒径分布很窄，在100～300nm范围内。图5为工艺流程示意图。该工艺特别适用于产品的快速周转，调节方便、产量缩放十分经济(1～100kg/ min树脂流速)。它只需极少甚至无需表面活性剂(0%～4%)，可分散各种酸值(2～30 mg KOH/g)、各种油度(短油、链终止型、中油和长油)、各种分子量(高达250 kg/mol)以及各种黏度(高达250.000 mP·s)的醇酸树脂。短油和中油醇酸树脂分散体的特性如表1所示。

　　上文提到的水性醇酸树脂经过改性后会降低涂层性能，但这种新型水性醇酸分散体与此不同，它的性能可以与市售溶剂型醇酸树脂相媲美(图6)。

　　对短油和中油醇酸树脂分散体的试验证明，它确实有效

　　为帮助了解水性醇酸涂料市场发展趋势，在2011年开展了一项“市场之声(VOM)”的研究。该研究的主要结论如下： 1)尽管当前水性醇酸树脂技术存在不足，但配方设计者仍在采用;2)只要能消除在光泽、附着力和防腐性等方面的性能差异，绝大多数配方设计者还是会采用水性醇酸树脂。

　　为证明最新分散体技术的实用性，对VOC为560 g/L的溶剂型短油醇酸树脂与同种醇酸树脂通过机械分散的分散体(VOC(< 5 g/L)接近零)性能进行了对比(表2)。将清漆刮涂在冷轧钢板表面，干膜厚度(DFT)1 mil，在23 ˚C和相对湿度50%下固化14 d。14 d之后对光泽、附着力、硬度和耐MEK擦拭进行测量，结果见表3。盐雾试验200 h后的防腐性能如图7所示。可清楚看出，这两种树脂的性能十分相似，但是与溶剂型醇酸涂料相比，水性醇酸涂料的防腐性能有所提高， VOC含量更低。

　　在假设得到证实后，下一步是为工业应用中的金属防护研发一种优异的醇酸树脂。采用实验设计(DoE)方法，同时对短油(SO)和中油(MO)醇酸树脂进行研究。中油醇酸树脂的最优构成是通过改变油度、支化度、分子结构和羧酸含量进行DoE来决定(表4)。根据耐黄变性能、硬度、柔韧性、光泽、附着力、抗粘连性、抗划痕性、流动性和流平性对涂料进行评估。根据上述结果，确定了具有最佳综合涂料性能的中油醇酸树脂，作为下一步研究的候选对象。

　　根据第一组DoE实验中得出的结果，将实验设计扩展至短油醇酸树脂的坐标位置，假设短油醇酸树脂能提高防腐性能。为探讨多元醇的类型、脂肪酸的类型和芳香酸的类型对清漆性能的影响，在Box-Behnken实验设计中安排了三变量，三水平的格式(图 8)^[4]。根据耐黄变性能、硬度、柔韧性、光泽、耐化学性、附着力和防腐性能，对涂料进行评估。基于上述结果，将中油度和短油度试样的量进行放大，并对其进行分散，进行其他一些涂料配方的研究工作。