水性工业漆的使用规模极为广泛，集装箱、桥梁、钢构、钢桶、机电、钢材等可处处见到其身影。随着水性工业漆技术日趋成熟，水性工业漆能否真正得到充分地发展和应用，有待其综合性能的提高，包括耐水性、硬度、耐冲击、耐化学性、耐盐雾性能等等。除各类水性树脂外，水性涂料助剂对于提升涂料性能尤为重要。水性工业漆助剂一般包括润湿分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、防闪锈剂、基材润湿剂等。本文将主要对水性工业漆分散剂的选择与应用进行阐述。
1. 分散剂的选择
在涂料生产过程中，最重要的步骤之一是固体颜料颗粒在液相基料溶液中的均匀分散。商品颜料都是以聚集体的方式存在，需要机械力破坏将颜料聚集体分散成更小的粒子或者是初级粒子，才能得到优异的着色力、遮盖力及稳定性等。颜料经机械分散后，由于原始粒子比表面积大表面能高，颜料会自发的聚集以降低比表面积，即原始粒子会重新聚集成聚集体。如果颜料颗粒不是最佳分散状态，许多缺陷就会出现：絮凝、光泽降低、颜色偏移、浮色发花、分水沉淀等。因此，在涂料生产过程中合理选择分散剂十分关键，分散良好的颜料浆流动性佳，粒径较小，且在研磨颜料浆时可以提高颜料含量，提高研磨效率；应用在色漆中可以提高漆膜光泽与着色效果，相对的减少色漆中颜料用量，整体来说可以降低涂料的制造成本与原料成本。在水性工业漆体系中，不仅对涂料体系中分散剂的分散性、稳定性有要求，还要求能提高体系颜填料的展色性，以及防止色漆出现浮色、发花等。分散剂对体系光泽度的影响也尤为重要，在防腐漆体系，还要求分散剂不影响涂层的耐盐雾，耐盐水，耐水性能。
传统型小分子分散剂中的亲油基团对极性较低的颜料颗粒表面结合力不强，容易从颜料粒子表面脱吸附，导致颜料粒子重新絮凝，且分子结构中的亲水基团不能够产生足够的稳定效应，引起颜料分散体系不够稳定。在水性工业漆中，应用最广的是高分子类分散剂。高分子类分散剂通常包含锚固基团和溶剂化链，锚固基团与颜料颗粒通过离子键、氢键、共价键以及范德华力等发生作用，不易脱附；溶剂化链通过产生电荷斥力或空间位阻，从而防止颜料产生絮凝，使分散体系处在稳定状态。高分子分散剂按结构一般分为无规共聚物、接枝共聚物、嵌段共聚物。与无规共聚物相比，嵌段或接枝结构的共聚物能最大程度发挥分散剂中锚固基团和稳定基团的作用。
北京麦尔化工自主研发生产的分散剂HY-235、238、268是新一代的水性高分子分散剂，设计用于水性工业漆中颜料的润湿分散，其结构特征在于含特殊结构的多元颜料亲和基团和高分子链段。多元颜料亲和基团牢固吸附在颜料表面，使分散剂不易发生脱吸附；高分子链段伸展在水中，比传统分散剂提供更好的空间位阻作用，避免颜料粒子重新聚集在一起。该高分子分散剂的稳定机理不同于聚电解质分散剂，其稳定分散效果不受到体系中的电解质盐类所影响。以下将从研磨效率、粘度度、贮存稳定性、展色性、光泽耐水性等多方面来评估分散剂在水性工业漆中的应用。
2. 分散剂在水性工业色浆中的应用
2.1 分散剂HY-268通用性
按表1配方，分别制备红、黄、蓝、黑色浆，测试结果见表2。
表1 水性工业漆色浆参考配方
|
原材料 |
供应商 |
有机红 |
有机黄 |
酞菁蓝 |
炭黑 |
|
去离子水 |
自制 |
49.3 |
43.9 |
43.8 |
45.8 |
|
多功能助剂HY-95 |
北京麦尔 |
--- |
--- |
0.1 |
0.1 |
|
分散剂HY-268 |
北京麦尔 |
9.6 |
10 |
10 |
8 |
|
润湿剂HY-6170 |
北京麦尔 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
聚乙二醇 |
市售 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
杀菌剂HY-606D |
北京麦尔 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
|
消泡剂HY-1040A |
北京麦尔 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
颜料 |
市售 |
35 |
40 |
40 |
40 |
|
合计 |
|
100 |
100 |
100 |
100 |
表2 水性工业漆色浆测试结果
|
测试项目 |
有机红 |
有机黄 |
酞菁蓝 |
炭黑 |
|
初始细度，μm |
20 |
20 |
20 |
<15 |
|
初始流动性 |
好 |
好 |
好 |
好 |
|
室温储存30d |
||||
|
细度，μm |
20 |
20 |
20 |
15 |
|
流动性 |
好 |
好 |
好 |
好 |
图2 分散剂HY-268制备的水性色浆状态
表3 分散剂HY-268对不同含量炭黑色浆分散性能
|
测试项目 |
炭黑含量 |
||
|
30% |
35% |
40% |
|
|
分散速度 |
快 |
快 |
快 |
|
初始细度 |
<15μm |
<15μm |
<15μm |
|
初始流动性 |
很好 |
很好 |
很好 |
|
室温储存一个月 |
<15μm |
<15μm |
<15μm |
|
50℃热储1周 |
<15μm |
<15μm |
<15μm |
表4炭黑色浆（40%）室温储存稳定性测试结果
|
测试项目 |
15天 |
1个月 |
2个月 |
3个月 |
6个月 |
12个月 |
|
粘度，mPa·s |
2380 |
2400 |
2400 |
2570 |
2570 |
2570 |
|
细度，μm |
<15 |
<15 |
<15 |
<15 |
<15 |
<15 |
|
着色力 |
未发生明显变化 |
|||||
由表2、3、4和图2的测试结果可见，分散剂HY-268与润湿剂HY-6170搭配使用，适合分散多种有机颜料和炭黑，在制备水性工业漆色浆时具有优异的分散性能，降粘性好，可制备高颜料含量的浓缩浆，色浆储存稳定性很好，可保持良好的颜色和粘度稳定性，且色浆具有良好的流动性。
2.2 分散剂HY-235与竞品分散剂对比
按表5配方，对比测试不同分散剂对炭黑颜料分散效果，测试结果见表6和图2。由测试结果可以看出，针对所选用的炭黑，HY-235分散性能明显优于国产同类分散剂，与进口分散剂性能相当。
表5 炭黑色浆配方
|
编号 |
原材料 |
添加量 |
||
|
配方1 国产分散剂 |
配方2 HY-235 |
配方3 进口分散剂 |
||
|
1 |
水 |
41.8 |
45.8 |
45.8 |
|
2 |
聚乙二醇 |
5 |
5 |
5 |
|
3 |
分散剂 |
12 |
8 |
8 |
|
4 |
润湿剂HY-6170 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
5 |
多功能HY-95 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
|
6 |
消泡剂HY-1040A |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
7 |
杀菌剂HY-606D |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
|
8 |
颜料炭黑 |
40 |
40 |
40 |
|
总计 |
|
100 |
100 |
100 |
图2 不同分散剂制备色浆着色力对比
表6 不同分散剂制备炭黑色浆性能对比
|
测试项目 |
测试结果 |
||
|
国产分散剂 |
HY-235 |
进口分散剂 |
|
|
分散速度 |
快 |
快 |
快 |
|
细度 |
35μm |
<15μm |
<15μm |
|
初始流动性 |
很好 |
很好 |
很好 |
3. 分散剂HY-235在水性工业漆中的应用
表7 水性黑色金属漆推荐配方
|
编号 |
原材料 |
供应商 |
添加量% |
|
1 |
去离子水 |
自制 |
25.0 |
|
2 |
分散剂HY-235/进口分散剂 |
--- |
0.8 |
|
3 |
润湿剂HY-6170 |
北京麦尔化工 |
0.2 |
|
4 |
多功能助剂HY-95 |
北京麦尔化工 |
0.1 |
|
5 |
消泡剂HY-7010 |
北京麦尔化工 |
0.2 |
|
6 |
杀菌剂HY-606D |
北京麦尔化工 |
0.1 |
|
7 |
膨润土 |
市售 |
0.2 |
|
8 |
炭黑 |
市售 |
4 |
|
9 |
硫酸钡 |
市售 |
15 |
|
10 |
丙烯酸乳液 |
上海保立佳 |
50 |
|
11 |
成膜助剂HY-12C |
北京麦尔化工 |
2.5 |
|
12 |
中和剂HY-95 |
北京麦尔化工 |
0.5 |
|
13 |
消泡剂HY-7010 |
北京麦尔化工 |
0.2 |
|
14 |
基材润湿剂HY-6085 |
北京麦尔化工 |
0.2 |
|
15 |
防闪锈剂HY-79 |
北京麦尔化工 |
0.5 |
|
16 |
增稠剂HY-305 |
北京麦尔化工 |
0.5 |
|
合计 |
|
|
100 |
按表7配方，分别使用HY-235和进口分散剂配制水性黑色金属漆，对比测试分散剂HY-235与进口分散剂制备的漆性能，测试结果见表8。同时，将HY-235分散剂制备的黑色金属漆喷涂在马口铁板底材上制成漆膜，常温干燥7d，放入水中浸泡，观察漆膜是否出现发白、生锈、起泡等现象，测试结果见表9。
表8 黑色金属漆基础性能测试
|
检测项目 |
测试结果 |
|
|
HY-235 |
进口产品 |
|
|
表观状态 |
有光泽，无气泡 |
有光泽，有少量气泡 |
|
斯托默粘度，KU |
80 |
81 |
|
细度，μm |
<15 |
<15 |
|
室温储存30d，细度 |
<15 |
<20 |
|
50℃热储1周 |
细度不变，流动性好 |
细度、粘度增大 |
表9 漆膜性能测试
|
检测项目 |
测试结果 |
|
漆膜外观 |
平整光滑 |
|
表干时间 |
30min |
|
实干时间 |
10h |
|
耐水性 |
>240h 无起泡、起皱、脱落的现象 |
|
耐候性 |
>500h 不褪色、不失光、无裂纹 |
由表8、9的测试结果可见，HY-235分散剂性能与国外同类产品的性能相当，制备的漆膜展色性和光泽较好，对漆膜耐水性没有影响，制备的漆膜耐水性也良好。
4. 结语
水性工业漆用高分子分散剂是具有特殊结构的高分子共聚物，通过大量的应用实验可以看出分散剂通用性强，对多种有机颜料和炭黑特别有效，具有很好的降粘作用，显著降低色浆体系的粘度，且对颜料具有很好的分散稳定性能，储存过程中可保持良好的颜色和粘度稳定性，分散性能与进口产品相当。用于工业漆体系中，不影响漆膜的耐水、耐盐雾性能等。
主要讨论了高分子分散剂HY-235、268在水性工业漆中的应用，此类分散剂对多种有机颜料和炭黑均具有优异的分散性能，稳定性好，储存过程中可保持良好的颜色和粘度稳定性，分散剂性能与国外同类产品性能相当。分散剂适用范围广，可适用于水性工业涂料、水性色浆，水性油墨等领域。用于工业漆体系中，不影响工业漆的耐水性、耐盐雾性能等。
