有机硅防缩孔助剂在水性金属涂料中的应用

近些年，国家环保政策趋严。2013年9月12日，国务院印发《大气污染防治行动计划》明确提出在部分行业推广水性涂料。2017年 9月13日环境保护部、发展改革委等部门印发《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》，《方案》要求须从源头加强控制，使用低（无）VOCs含量的原辅材料，要求安装高效治理设施，加强废气收集。“油改水”成为这几年涂料行业的重要发展方向[1]。目前汽车涂料，集装箱涂料等行业基本已经完成水性化改革。

相较于油性涂料，水性涂料的溶剂是水，低VOCs的同时具有安全环保，应用方便等特性[2]。但由于水的高表面张力，会导致涂膜表面容易出现问题，尤其是在基材或涂料本身遭到污染的时候问题更为突出。其中涂膜缩孔缺陷是涂装中最大也是最难防范和根除的问题之一[3]。它不仅会严重影响漆膜的外观，破坏漆膜的连续性，还会严重影响漆膜对金属基材的保护性。露底的缩孔用一般的打磨、抛光等方法几乎无法消除。缩孔现象一旦出现，很难在短时间内找到问题的原因并将其消除[4]，严重影响生产效率。

水性金属涂料中出现缩孔的原因

水性金属涂料在涂装过程中出现缩孔与涂料本身和基材的清洁度有关。涂料或基材被污染的原因多种多样，主要有以下几点：
◆ 金属基材脱脂不干净，表面有油污，造成缩孔。
◆ 涂装环境清洁度差，有尘埃或有油脂（有机硅）污染源的场合。
◆ 涂料配方中部分原材料发生水解或反应，产生不溶的低表面能物质。
◆ 涂装及烘干设备中工业润滑油泄漏，污染漆膜。
◆ 操作人员的不规范操作，引入油脂，造成缩孔。
污染物油脂或者硅氧烷的表面张力一般都要比涂料张力低，使得基材或漆膜表面有低表面张力区，造成表面张力的不均匀，漆膜在表面张力差的作用下，由低表面张力处流向高表面张力处，结果形成一个个中心凹陷的孔洞-即形成缩孔。漆膜表面张力的不均匀，是缩孔形成的内因。涂料其他的性质，如粘度、触变性、涂料干燥速度以及涂膜厚度等，能加剧或减弱涂料流体的流动能力，从而会加剧或减弱缩孔的程度，这些因素归为缩孔的外因。
消除污染物对漆膜缩孔的影响，主要有两种方法，一是在污染源头上控制，脱脂干净、严格控制外来油污进入体系，从内因上解决问题。二是添加合适的表面活性剂，减弱或消除污染物带来的缩孔，从外因上解决问题[5]。
但是在实际生产过程中，潜在的污染源头很多，控制和检测都比较困难，因此从外因上解决缩孔问题成为一种有效的替代途径。

助剂防缩孔的应用原理

根据污染的位置，我们大致将污染的类型分为三类：
一是基材表面被污染，二是漆膜中间有油污，三是漆膜表面有油污。三种污染导致漆膜外观是不一样的，基材表面被污染表现为漆膜出现露底缩孔；漆膜中间有油污表现为漆膜出现火山口；漆膜表面有油污表现为漆膜表面出现不漏底的小凹坑。三种类型分别对应三种不同的解决方法。第一种情况我们可以选择润湿剂，涂料能将基材表面充分润湿即可解决露底缩孔问题。第二种情况我们可以选择添加对油脂具有优异乳化分散性的乳化剂，帮助油污分散成小于1um粒径以下的悬浮体，将油污“锁”在漆膜内部，干燥后与漆膜融为一体即可解决问题。第三种情况我们可以选择高效流平剂，帮助漆膜抚平小凹坑。

事实上，因为施工工艺，环境等原因，上述情况很难单独出现，往往会同时发生。所以解决缩孔问题一直是一个难题。它需要添加的表面活性剂同时拥有多种性能才能解决不同情况出现的问题。岳阳凯门水性助剂有限公司开发的Greesol GS194兼具基材润湿、流平和乳化性能，成功解决了水性金属涂料因为污染而导致的缩孔问题。

实验部分

分别通过4种树脂体系对GS194与市售防缩孔助剂的抗缩孔性能进行测试。

实验材料
羟基丙烯酸树脂PA4842：工业级，广州冠志；氨基树脂325，工业级，美国氰特；丙烯酸乳液719F，工业级，巴德富；环氧树脂HY-01，工业级，蓝德堡；异氰酸酯固化剂OS-9107，工业级，广州冠志；固化剂CA883，工业级，蓝德堡；BCS、DPnB、PGDA、DMEA、DPM、PNB：分析纯，国药集团；消泡剂DF904A：工业级，岳阳凯门水性助剂有限公司；消泡剂BYK024：工业级，毕克化学；色浆：工业级，世名科技；防缩孔助剂GS194：工业级，岳阳凯门水性助剂有限公司；机油：工业级，市售。

实验设备

水浴锅、烘箱、电子天平：河南巩义予华仪器有限责任公司；高速分散剂：标格达精密仪器有限公司；喷淋柜：义乌市炬驰机械设备厂。
◆ 在双组分聚氨酯体系中的测试
——涂料的制备

实验工艺

1、按表1先准确称取羟基丙烯酸树脂PA4842至于250ml烧杯中，开启分散机低速分散。然后准确称取水、DPnB、BCS混合后边搅边加。然后依次加入消泡剂、色浆等，600r/min，分散30min。
2、另取一只250ml烧杯，准确称取OS-9017固化剂和PGDA，600r/min分散20min。
3、分散完成后，按施工配方比例混合，600r/min分散10min。
4、取出过滤待用。

样板的制备及评估

按照GB/T1727-1992《漆膜一般制备法》喷涂在马口铁上。先将样板放入30℃烘箱闪干5min，再升至70℃烘烤30min，随后冷却至室温即可取出。目测马口铁板上漆膜外观光泽，平整性及是否有缩孔出现。

实验结果
由图1可以看出，在在双组分聚氨酯体系中，抗缩孔效果GS194＞市售产品1＞市售产品2＞空白。平整性和光泽也优于市售产品。
◆ 在氨基烤漆体系中的测试

涂料的制备

实验工艺
1、取250ml烧杯，按照表2准确称取羟基丙烯酸树脂PA4842和氨基树脂325。
2、开启分散机低速分散，边搅边将BCS水溶液按（1:2）比例混合后缓慢加入。
3、加入机油、DMEA、DF904A与色浆，600r/min分散30min。
4、用200目滤布过滤后待用。
按照GB/T1727-1992《漆膜一般制备法》喷涂在马口铁上。先将样板放入30℃烘箱闪干5min，再升至150℃烘烤30min，随后冷却至室温即可取出。目测马口铁板上漆膜外观光泽，平整性及是否有缩孔出现。

实验结果

由图2可以看出，在氨基烤漆体系中，抗缩孔效果GS194＞市售产品1=市售产品2＞空白。平整性和光泽三只产品几乎没有差别。
◆ 在单组分丙烯酸烤漆体系中的测试

涂料的制备

实验工艺
1、取250ml烧杯，按照表3准确称取丙烯酸乳液719F。然后开启分散机，600r/min，预分散10min。
2、另取250ml烧杯，按照表3准确依次加入水、DPnB、DPM、DMEA，混合后边搅拌边缓慢添加到第一个烧杯中。
3、最后依次添加等比例量的消泡剂、防闪锈剂、色浆，机油等。600r/min分散30min之后过滤待用。

样板的制备及评估
按照GB/T1727-1992《漆膜一般制备法》喷涂在马口铁上。在在样板柜里室温放置24h，取出。目测马口铁板上漆膜外观光泽，平整性及是否有缩孔出现。

实验结果

由图3可以看出，在在氨基烤漆体系中，抗缩孔效果GS194＞市售产品1=市售产品2＞空白。平整性方面，GS194≈市售产品2＞市售商品1＞空白。
◆ 在环氧树脂体系中的测试

涂料的制备

实验工艺

1、按表4先准确称取环氧树脂树脂HY-01和水至于250ml烧杯中，开启分散机低速分散。然后依次加入消泡剂、色浆等，600r/min，分散30min。
2、另取一只250ml烧杯，准确称取固化剂CA883、水和PNB，600r/min分散30min。
3、将A，B两个组分及机油混合，600r/min分散10min。
4、过滤待用。

样板的制备及评估

同在双组分聚氨酯体系中的测试。

实验结果
由图4可以看出，在环氧树脂体系中，抗缩孔效果GS194＞市售产品1≈市售产品2＞空白。平整性和光泽均优于优于市售产品。

结论

实验结果说明，在常见的树脂体系中，添加合适的防缩孔助剂对消除油脂污染带来的缩孔均有明显的效果，岳阳凯门水性助剂有限公司生产的Greesol GS194润湿流平剂，为乙氧基改性多支链硅烷化合物，其独特结构具有优异的防缩孔性能，是一支综合性能非常强的产品，特别适合非吸收性基材润湿和流平，具有不稳泡、极佳的抗缩孔效果，可以用于底涂和面涂。

来源：荣格-《涂料与油墨-中国版》


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