水性醇酸樹脂包括經(jīng)親水改性制成的水稀釋醇酸樹脂和醇酸乳液,醇酸乳液制得的水性涂料有更好的性能。
水性醇酸的成膜物本身是低分子量樹脂,通常分子量在2000~8000,嚴(yán)格地說(shuō)是一種低聚物,未氧化交聯(lián)前玻璃化溫度Tg很低(往往可達(dá)-60℃以下),樹脂的展布性能很好。
成膜過(guò)程中醇酸乳液經(jīng)歷了由水包油向油包水的轉(zhuǎn)變,成膜更加均勻,不容易出現(xiàn)丙烯酸乳液常見的成膜不良問(wèn)題。由于水性醇酸樹脂玻璃化溫度較低,常常可不用添加成膜助劑就能很好地成膜。
水性醇酸漆的表干可以較快,這取決于環(huán)境的濕度和溫度。但是,水性醇酸的氧化干燥比相應(yīng)的溶劑型醇酸慢。
比起溶劑型醇酸漆來(lái),水的存在使水性醇酸漆的干燥對(duì)相對(duì)濕度更加敏感。在水和助溶劑構(gòu)成的體系中,兩者比例的改變會(huì)影響到水性醇酸的干燥速率、穩(wěn)定性和施工性能。因?yàn)槌赡み^(guò)程中漆內(nèi)水與助溶劑之比與臨界相對(duì)濕度有很大關(guān)系。如果環(huán)境濕度高于臨界相對(duì)濕度,成膜時(shí)水的蒸發(fā)慢于助溶劑揮發(fā),結(jié)果水將富集于水性醇酸中;反之,如果環(huán)境濕度小于臨界相對(duì)濕度,隨著成膜的進(jìn)程水揮發(fā)更多,助溶劑會(huì)富集于涂料中。這兩種情況都會(huì)造成水與助溶劑的比例急劇改變,帶來(lái)的后果是施工產(chǎn)生流掛,或者樹脂過(guò)早呈現(xiàn)不溶性。水性醇酸干燥時(shí)最佳的相對(duì)濕度為50%~80%。
水比有機(jī)溶劑更易抑制醇酸樹脂吸收氧氣,減慢氧化交聯(lián)過(guò)程。這有兩方面的原因:其一是因?yàn)檠踉谒械娜芙庑员仍谟袡C(jī)溶劑中??;另一個(gè)原因是活性氧在水中的壽命短,醇酸氧化機(jī)理是氧由三線態(tài)激發(fā)到單態(tài),氧在激發(fā)態(tài)的壽命越長(zhǎng),與醇酸樹脂發(fā)生有效碰撞的概率越大。單態(tài)(激發(fā)態(tài))氧的壽命在水中為2μs,而在苯中為24μs,在四氯化碳中為700μs,可見水中單態(tài)氧的壽命比有機(jī)溶劑中短得多,這就大大影響了水性醇酸的氧化交聯(lián)速率,所以水性醇酸更必須添加合適的催干劑以保證有快速、充分的氧化交聯(lián)。
將油性催干劑加適當(dāng)?shù)娜榛瘎┖头稚┲瞥伤苫旌系臓顟B(tài),并用乙二醇單乙醚之類的助溶劑稀釋后加人水性醇酸酸中,這樣處理后可在生產(chǎn)的任何階段添加。
另一種方法是用具有乳化性能的配位體與催干金屬離子進(jìn)行預(yù)絡(luò)合以改進(jìn)相容性,預(yù)絡(luò)合催干劑可以防止催干劑水解失活,鈷的雙金屬預(yù)絡(luò)合物可提高活性并防止在水性醇酸中失活,此外在有胺存在時(shí)不會(huì)出現(xiàn)不良的副反應(yīng)。
水也是一種配位體,水可與鈷這樣的金屬離子形成絡(luò)合物,其產(chǎn)物[Co(H2O)6]2+或[Co(H2O)6]3+氧化能力較弱,從而使催干效率下降,出現(xiàn)所謂的失干現(xiàn)象,水的這種副作用可以通過(guò)預(yù)絡(luò)合以及選擇合適的配位體得到抑制。采用預(yù)絡(luò)合催干劑的水性醇酸漆在貯存時(shí)具有很低的失活性,也即大大減少了水性醇酸漆隨存放時(shí)間延長(zhǎng)干性變差的可能性。
鈷催干劑通過(guò)預(yù)絡(luò)合,與鋯,鈣輔助催干劑結(jié)合使用可將這種副作用減至最低,用鉍金屬預(yù)絡(luò)合鈷可進(jìn)一步降低鈷的失干性。
水溶性鋯化合物如碳酸鋯,乙酰乙酸鋯,羥基氯化鋯、原硫酸鋯、丙酸鋯和磷酸鋯鉀用作水性涂料和膩?zhàn)拥拇吒蓜┮灿泻芎玫男Ч?/p>
輔助催干劑鋯在多數(shù)水性醇酸漆中會(huì)生成不溶皂鹽從涂料中沉淀出來(lái),而鈣催干劑會(huì)使涂料黏度增大,用量越多,這種增黏效應(yīng)越嚴(yán)重,將鋯和鈣催干劑按1:1的比例配合使用可以抑制這種增黏效應(yīng)。
溶劑型醇酸漆中催干劑的用量很小,只要0.05%(以醇酸樹脂計(jì))就有很好的效果,水性醇酸中則不同,金屬皂是一種親水性的鹽,必然有一部分存在于水相中,而只有樹脂中的金屬皂才能與樹脂中的雙鍵絡(luò)合起到催化作用,所以水性涂料中催干劑的用量要大得多,常常要用到0.15%或更多。已發(fā)現(xiàn)的幾種較好的配合是:
①0.1%Co/0.15%Zr/0.15%Ca
②0.4%雙金屬鈷絡(luò)合物
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