弱极性溶剂有机硅涂料的制备与检测

data-full-width-responsive="true"> 1 引言有机硅涂料具有优良的耐热性、耐潮湿及抗水性；对臭氧、紫外线和大气的稳定性良好，对一般的化学品也有很好的抵抗性，多用于耐热、耐候性涂料。但目前市面上大多数有机硅涂料由于极性的限制多使用一些酯类、醚类、酮类等强溶剂作为溶剂和稀释剂。众所周知，这些强极性溶剂不仅味道难闻，而且毒性相对较大，对生产和使用者容易造成一定的伤害。本文介绍了一种新型的有机硅树脂，拼加一部分低极性丙烯酸树脂，使用低极性、低毒性脂肪烃溶剂200溶剂油作为溶剂和稀释剂，开发出一种新型弱极性溶剂有机硅双组分环保涂料，这种涂料可广泛地应用于户外对耐老化、耐沾污要求较高的建筑，也可做为一种性能优良的防腐蚀涂料应用于机械、防腐等领域。2 试验部分21 原料及配方试验原料及配方见表1。固化剂为日本产弱溶剂HDI 三聚体。22 试验设备分散机，国产；布鲁克菲尔德黏度计，进口；Q-SUN老化仪，进口；Q-LAB 盐雾箱，进口。23 试验工艺砂磨工艺：将丙烯酸树脂、分散剂、消泡剂、钛白和部分溶剂进行预混分散，然后研磨至细度小于10 m。调漆工艺：将研磨浆、NAD 树脂、有机硅树脂、防沉剂和溶剂依次加入，搅拌均匀。配漆：将主漆与固化剂按照NCO ∶ OH 为11 ∶ 10进行配比，熟化10 min 后制膜制板检测性能。3 结果与讨论31 试验数据目前国内还没有相关的有机硅涂料标准，本文参考了HG/T 37922005《交联型氟碳涂料》标准，除氟含量一项外其它性能都按氟碳涂料制板和检测。检测结果见表2。32 结果讨论从表2 检测结果来看，本试验所用的弱溶剂有机硅双组分涂料完全能够满足氟涂料（除氟含量外）标准中的性能要求。321 弱溶剂丙烯酸树脂的影响本试验选用的弱溶剂丙烯酸树脂采用了一种特殊工艺降低其极性，使其能够很好地溶解在200溶剂油中，同时含有18 mgKOH/g 的羟基，不仅能够提供很好的颜料润湿性、增加涂膜的柔韧性，同时在涂膜干燥过程中也能够和固化剂进行交联反应，提供很好的硬度。322 NAD 树脂的影响NAD 树脂（non-aqueous dispersion 非水乳化树脂）是近几年出现的一类新工艺树脂，是将高极性树脂乳化在低极性溶液中，它的使用不仅解决了水性乳液暂时无法满足高性能涂料需求的问题，同时也为高毒性、高极性溶液型树脂的发展开辟了一条新的路径。本试验所选用的NAD 树脂是一类甲基丙烯酸烷基酯共聚物，其相对分子质量和羟值都远大于上面所选用的弱溶剂丙烯酸树脂。它的使用提高了涂膜的交联密度和柔韧性，提高了涂膜对底材的附着力和涂膜的耐溶剂及耐化学品性能。但NAD 树脂和水性乳液有一个共同点就是不能受到强剪切力的持续影响，以免造成破乳，所以NAD树脂需要在调漆阶段加入，在低剪切速率下分散搅拌。323 有机硅树脂的影响本试验所选用的有机硅树脂是一种能够在200溶剂油中溶解的低极性微浊树脂，SiO2 含量为20%，羟值为132 mgKOH/g。在配方中提供有机硅涂料的大部分特性，如耐候性、与无机底材的附着力、耐沾污性等。但是这类有机硅树脂本身也存在一些缺陷，如单独成膜后涂膜很脆、涂料稳定性较差、价格昂贵等。解决这些缺陷就需要前面所提到的2种丙烯酸树脂和有机硅稳定剂。首先丙烯酸树脂的羟值高、相对分子质量大，能够提供足够的交联点和柔韧性，由于3种树脂都有一定量的羟值，所以在成膜时都可以和固化剂交联，这种交联不是单一树脂间的交联，而是3种树脂之间与固化剂形成的一种均匀的混合网状结构，在涂膜表面形成一种均匀分布的态势，由于有机硅树脂使用量最高，在涂膜表面中硅的含量就相对最多，达到一定量后就能充分体现出有机硅涂料特有的高耐候和高耐沾污性。本试验通过对硅树脂含量进行梯度试验发现，硅含量在10%时，涂膜就能够满足3 000 h 耐老化试验和较好的耐沾污要求，通过3种涂料在户外6个月的耐雨痕试验对比可看到，在一定时间内，有机硅涂料的耐污染性并不比氟碳涂料差，而且远好于聚氨酯涂料。其次，有机硅树脂加入到研磨料中制成涂料后，由于体系中pH、微量元素等的影响极容易造成有机硅之间的缩聚反应，宏观表现为涂料在贮存过程中随着时间的延长黏度不断增加，最终导致涂料的凝胶。对此本试验采用了一种新型的有机硅稳定剂，在贮存过程中，稳定剂与有机硅树脂形成一种不稳定的络合物，阻止有机硅树脂聚合，在配漆施工干燥过程中，这种稳定剂会随着溶剂一起挥发，络合物分解，有机硅树脂重新恢复活性，继续交联成膜，这类似于长油醇酸涂料中的防结皮剂甲乙酮肟的反应原理。324 钛白粉的影响钛白粉的选择往往容易被忽略，很多配方师只注意了钛白的晶型，而容易忽略钛白的包覆材料。钛白的包覆材料通常有氧化硅、氧化铝和氧化锆，不同的包覆材料有着不同的特性，主要体现在分散性、酸碱度、耐候性等方面。有机硅树脂对pH 比较敏感，那么对所选用的钛白就必须有pH 的要求。通过对不同类型的钛白进行pH 的测定，最终选用氧化铝/氧化硅复合包覆的金红石型钛白，这种钛白的pH在70左右，基本属于中性，而且在后续的钛白筛选过程中，只有这种钛白在贮存稳定性上表现得最好，黏度最稳定。4 结语弱极性溶剂有机硅涂料的开发成功，不仅保持了有机硅涂料特有的优点，也解决了以往高耐候性有机硅涂料的高毒性、难施工等弊病，为有机硅涂料的推广又增添了一类新产品。