探索新型水性涂料与催干剂的应用研究分析

探索新型水性涂料与催干剂的应用研究分析

收稿时间为：2014-08-23星期六，张宇君.洲瑜QQ:1870523297/电话：186********（微信号）

随着工业的发展，环境污染问题越来越困扰着人类，所以发展环保涂料是大趋势。解决涂料对环境污染的根本途径是发展无溶剂涂料、水性涂料、植物基涂料、粉末涂料和高固体涂料。上述环保型涂料在国外早已经得到重要发展，如美国，1995年溶剂型涂料占33.4%水性涂料占50.5%，其他如粉体涂料、高固体、能量涂料、植物基涂料占16.1%，而到2013年美国溶剂型涂料占市场9.8%，而水性高固含涂料占市场的65%，植物基（生物基）涂料占市场的22%，其他高固含粉体及能量涂料占市场的3.2%。中国2013年石油化学溶剂涂料占市场的82%。能量涂料及高固粉体涂料占市场12%，水性涂料占市场的5%，植物基（生物基）涂料占市场1%。

我国涂料工业产品结构不合理，溶剂型产品比例过大，为了适应日益激烈的市场竞争，我们必须大力发展中、高端环境友好型涂料，这是我们涂料行业必须面对的大趋势。水性涂料是上世纪60年代德国最先发展起来的一类新型低污染、节约能源、节约资源的环境友好型涂料。水性环境友好型涂料由于工艺配方中水取代了石油化学有机溶剂，因而减少对环境的污染。而在2008年全球宣起一股绿色环保风，全世界对新型资源应用及石油资源的匮乏，德国、日本、美国、韩国、中国各大涂料研究所及涂料生产企业都在广泛研究、探索新型植物基（生物基）环境友好型涂料。随着人们环保意识的加强，以及石油化学有机溶剂费用的高涨，水性环境友好型涂料得到人们的重视，已得到广泛的开发和推广。

水性涂料目前树脂主要是。醇酸树脂、植物油改性聚氨酯、环氧酯、改性丙烯酸树脂、有机硅改性树脂等。而醇酸树脂是一种重要的涂料用树脂，其单体来源丰富、价格低、品种多、配方变化大、方便化学改性且性能好；醇酸树脂即可配制单组份自干涂料，也可配制双组份自然干燥（如聚氨酯涂料）或烘干型涂料（如氨基烘干涂料）。因此自醇酸树脂开发以来，醇酸树脂在涂料工业一直占有重要的地位。但是同其他溶剂型涂料一样，溶剂型醇酸涂料同样含有大量的石油有化学有机溶剂（约40%-50%左右），因此在生产、施工过程中严重危害大气环境及施工操作人员身体健康。近年来世界各国的环境保护法律法规日益规范严格执行。传统的溶剂型涂料受到越来越大的挑战，涂料的水性化、高固含粉体化、植物基（生物基）涂料研究、应用越来越明显。

水性涂料目前大多都是应用水性醇酸树脂。水性醇酸树脂以水和少量助溶剂为副体，石油化学有机溶剂用量大大减少或者不用。因此配制的环境友好型涂料体系的VOCs(可挥发性

有机物）有所减少或者更低（≯1%）。符合全球推广现代环境友好型涂料工业绿色、环保的发展方向。企业界、研究机构都已经投入了大量的财力、物力、人力进行创新研发。

随着水性涂料不断发展与应用，在应用过程中已出现很多的问题，如水性涂料干燥问题，传统石油化学有机溶剂靠挥发氧化干燥，而水性涂料里面含有大量水，水在自然条件是可以慢慢挥发，但是在水性涂料中他得不到挥发。水性涂料成膜树脂含有油分子与表面活性剂，当油分子与表面活性剂、水在一起时候就会形成（有包水或者水包油）锌乳液连接料。当形成乳液连接料水的氧分子与氢分子得不到很好释放，他，乳液连接料中油碳链与双键在表面活性剂下会吸收空气中氧气，形成薄膜，出现假性干燥。在此其中涂料工艺工程师会添加中和剂与催干剂辅助干燥固化，

目前市场上常用的催干剂包括金属钴、锰、锆、锌、钙、铁、钒、铈、镧、锡、铋有机酸盐及有机胺、络合型异氰酸酯。水溶性涂料所用的催干剂必须能在水溶性树脂溶液中有很好的分散性、水解稳定性或溶解性，才能取得良好的催干作用。

而目前市场大多数催干剂都是有机酸稀土盐类，是属于油性体系专用催干剂，市场有少量有用油性改性水性催干剂。（如：OMG -Soligen144/421aqua、CureⅡ，长风HLD061/064，氰特VXW-4940，EGE-有机酸复合稀土、君科合成-SO1 B）等其他催干剂。

举例：如锰干料会加重漆膜泛黄且贮存后容易出现粗粒，如果用螯合剂，如1，10-二氮杂菲使锰稳定，泛黄会进一步增加。当泛黄不是主要问题时，在水性黑色涂料中，锰是经济有效的干料，但在水稀释涂料中，锰不应是唯一使用的活性干料，因为长期贮存后它易于失去干燥性。虽然钴存有减活化潜力，但可以通过与锆和钙混合或加入活性剂及“饲给性”干料来降低其减活化作用，使钴成为活性干料。也可以适当地增加催干剂用量以提高涂膜的干燥速度。

具实验证明如下

在水性醇酸涂料实验中证明HLD061和HLD064是单一的钴或锰金属皂催干剂，虽能提高干燥速度，但用量过大时，容易引起结皮;在涂料贮存稳定性方面，单一的钴或锰催干剂容易被颜料吸附而失干。CobaltHydro-CureⅡ和OctaSoligen421是复合型催干剂。CobaltHydro-CureⅡ在提高干燥速度和贮存稳定性等方面效果明显，但CobaltHydro-Cure Ⅱ价格较高，JK-S01B高效复合氧化活性催干剂在水性醇酸、环氧酯、羟基丙烯酸等涂料连接料实验，干燥快，不反粗，明细高于HLD061/064/CURE-II,421.一般用在较高档的涂料中。如果用在较普通的场合，JK-SO1B的性价比较高。本文还对催干剂的用量进行了评价。随着催干剂用量的增大，涂膜的干燥速度明显加快，但催干剂用量过大，会给涂膜带来结皮等弊病。通过实验表明：催干剂建议用量为0.5%-3%时效果较好。

JK-SO1B干燥机理

JK-S01B水性催干剂催干机理是把水性油墨涂料配方中去离子水转换成活性自由基，用催干剂稀土盐来激活油墨、涂料配方中树脂大分子与自由基螯合，然后吸氧、催化、交联，从而到达催干效果。（注：在60-120°温度发生反应催干效果更快）水性烘烤涂料或油墨添加

0.5-3%可以缩短烘烤时间和提供附着力。备注在水性醇酸涂料中JK-S01B与有机胺中和应用效果会跟好。

实验检测方法：

STW-301 （上海新华树脂厂） 48.6%

DPM （伊士曼水性成膜助剂） 4.2%

中和剂（DOW） 1.2%

催干剂（君科合成JK-S01B） 1.1%

分散剂（BYK） 0.9%

助剂 10%

却离子水 34%

从以上实验配方中在空调房温度25℃±2.湿度65%±2条件下实验，漆膜后度约20UM，结果表明，触干80分钟，表干约160分钟，实干约480分钟后手压无指纹。24小时后2B铅笔检测无划伤，48小时后百格检测透明粘性胶纸拉5次无脱落现象。