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水性涂料用非离子型聚氨酯分散剂
2006年8月30日 9:55  来源:涂料涂装资讯网  

     丁奋 (上海市涂料研究所, 200062 )
 
 
    摘 要: 通过引入带有强吸附作用的锚基基团和具有较好亲水性的聚合物链段,自行开发了具有润湿和分散作用的非离子型水性聚氨酯分散刑。结合不同表面能的颜料对其进行分散试验,并给予黏度、外观、流动性及稳定性的性能评价,指出颜料与分散剂之间通过范德华力结合在一起,通过亲水链段提供的熵斥力达到有效稳定的水性涂料分散体系。

    ● 关键词: 聚氨酯分散剂;非离子;水性涂料

    •  引言

   目前国内外水性涂料市场中使用最广泛的水性分散剂主要为阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂主要是聚丙烯酸钠盐及其衍生物类,如常见的 P-19 , PA-101 , DA [1] 等,但这类分散剂的使用会给水性漆中引入离子,而其自身要在 pH 8~9 时才可充分溶解,这种对 pH 的敏感性给体系带来了不稳定的因素。并且在含有 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、 Fe 2+ 的体系中,羧酸盐的水溶液还会与这些离子发生分子间的交联,从而引起颜填料的冻结。非离子型表面活性剂主要是烷基酚聚乙二醇醚类,当它们的相对分子质量较小的时候,因不能提供足够的空间斥力而通常只用作润湿剂,如 HyonicPE-40 , SER-AD FNl566 , TRION CF-10 等 [1] ;相对分子质量过大可能发生“架桥”效应。所以国内外市场都希望得到一种既能起润湿分散作用且又不会对水性涂料稳定性产生影响的新型水性分散剂。水性非离子型聚氨酯分散剂正是一类能满足这一需求的分散剂,它由亲油基团和亲水基团两部分组成。亲油基团是具有较强亲和能力的锚基,如芳基、烷芳基、烃链等非极性基团,它们可通过范德华力以单点或多点锚定在颜填料的颗粒表面 [2 ~ 3] ;亲水基团是能够水化的聚醚链段,它通过空间位阻效应(熵排斥)对颜填料起到分散稳定的作用 [4] 。而传统认为非离子型聚合物依靠空间位阻有效地阻止了颜填料粒子间的结合,稳定效果好,对体系内共存离子、 pH 值、温度等因素敏感度小,并能改善涂料的流动性、储存稳定性及涂膜耐水性和光泽等,据此设计了分散稳定的非离子型聚氨酯分散剂。

    •  分散原理

    对于一个良好的分散体系而言,分散剂既能提供良好的空间斥力,同时也能牢固地吸附在分散粒子的表面,这样才能满足储存稳定性,以防止在受到外力作用时吸附层从粒子表面剥离而影响体系的稳定。因此,分散剂的结构与颜料表面的性质决定了体系的分散性。有文献表明, A , B 嵌段型分散剂的分散最为有效 [5] ,因此我们设计了下面的结构 [6] :

 

结构

结构

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    将具有这种结构的分散剂加入颜填料中,在外力条件下,它首先对颜料附聚体进行渗透和润湿,排出吸附于颜填料附聚体中的潮气及油污,促使水进入附聚体空隙内,从而降低了颜填料的表面张力。聚醚链段中- (CH 2 CH 2 O) -包覆在颜填料表面,而- O -则朝向水中。在受剪切力作用时分散剂就有机会包覆在整颗粒子表面,然后分散在水相中,如图 2 所示。所以聚醚的分子链长度不可太短,否则不能完全抵抗颜填料粒子间的吸引,即使分散开的粒子也有可能再次聚集。对于该体系中起决定作用的是熵排斥,这种空间位阻的稳定作用对于小颗粒的效果相当明显 [7] 。此外,分子结构中亲水基团与亲油基团的比例要适宜,一般要在满足聚合物能溶解于水中的前提下,提高亲油基团的数量,提高它对粒子的润湿分散作用有助于提高分散的稳定性 [8] 。

分散剂在颜填料表面的微观吸附状态

图 2 分散剂在颜填料表面的微观吸附状态

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