孫 毅，潘 會 （鞍山輝虹新材料化工有限公司，江蘇泰州 225300）

0 引言

2020年，國家提出了“碳中和、碳達峰”的目標，加快了整個涂料行業(yè)“油轉水”的進程。水溶性樹脂體系涂料因其與水互溶、制漆工藝簡便，在整個水性涂料市場中占據(jù)了不少份額，但水溶性涂料的增稠一直是行業(yè)亟待解決的問題。

增稠劑分為天然和人工合成兩大類，天然增稠劑有淀粉、明膠等；人工合成的有聚乙烯醇類、聚丙烯酸鹽類、聚丙烯酸酯共聚乳液類、聚氨酯類等。人工合成類增稠劑一般通過氫鍵作用、電荷排斥、疏水締合等方式實現(xiàn)對體系的增稠。其中最為典型的是疏水改性堿溶脹丙烯酸共聚乳液（HASE）、疏水改性羥乙基纖維素（HMHEC）和疏水改性乙氧化聚氨酯（HEUR）增稠劑[1]。HASE屬于陰離子型丙烯酸酯共聚乳液，其分子鏈上帶有羧酸基團，pH一般在2～4。其增稠原理一般是因為疏水基團之間由于憎水作用而形成聚集，使大分子鏈產生分子內和分子間締合形成超分子結構，實現(xiàn)了較好的增稠效果。HMHEC通過強烈的水合作用和分子鏈的纏繞來實現(xiàn)水相黏度的提高[2]。HEUR在乳液型體系中，可以通過吸附的方式附著在乳膠粒子的表面，還可通過自身締合膠束和乳膠粒子間搭橋形成新的締合網絡結構來增稠[3]，其在乳液體系中的增稠效果非常明顯。但這3款典型的增稠劑在水溶性體系中的增稠效果就很一般，主要是因為水溶性體系中存在著較多的醇醚類溶劑，這些溶劑的存在使得增稠劑發(fā)生溶解而起不到增稠的作用，給涂料的貯存及使用帶來了諸多不便。

傳統(tǒng)結構的水性聚酰胺增稠劑本身存在多元酸多元酰胺結構，能夠在溶劑中溶解、在水中溶脹，使其在含8 %～30 %醇醚溶劑的體系中起到一定的增稠效果。但其本身為蠟狀，使用前需要預乳化，這給涂料生產和使用帶來較大不便。此外，傳統(tǒng)結構的水性聚酰胺增稠劑本身沒有水溶性（水乳性），其在水溶性體系中低溫條件下容易析出，導致涂料質量明顯下降；在施工過程中遇到加水兌稀，溶劑溶解力下降，也會造成蠟類結構的析出。通過對傳統(tǒng)聚酰胺結構進行改性，使其親水性得到提高，無需預乳化即可直接使用，可以同時應用于水溶性烤漆和水性乳液體系，跟各種水性樹脂兼容性優(yōu)異，不會造成析出風險。

本研究主要針對特殊結構改性后的聚酰胺類增稠劑在水溶性涂料中的應用，分別從其對涂料抗流掛性、貯存穩(wěn)定性、光澤的影響，以及在銀粉漆烤漆體系中對鋁粉排列性等方面的影響進行了闡述。

1 試驗部分

1.1 主要原料

水性分散劑（HP1096），固含量100 %、潤濕流平劑（HS6064B），固含量100 %、消泡劑（HF3206），固含量100 %、流平劑（HL5510），固含量60 %、附著力促進劑（HS6055），固含量60 %、改性聚酰胺類增稠劑（HR7022），固含量20 %，鞍山輝虹新材料化工有限公司；水溶性丙烯酸樹脂（SK6517），固含量70%、水性氨基樹脂（SK5710），固含量80 %，上海帥科化工有限公司；水溶性環(huán)氧酯，客戶提供；金紅石型鈦白粉（R996），四川龍蟒；鐵紅（4130），德國朗盛；碳酸鈣（13 μm），市售；水性鋁銀漿（WH8214），安徽旭陽；乙二醇單丁醚，陶氏；二甲基乙醇胺（DMEA），巴斯夫。

1.2 主要設備儀器

砂磨機（HNM03），拓帕實業(yè)（上海）有限公司；高速分散機（U400/80-220），SWC；光澤儀，深圳三恩時科技有限公司；烘箱（101-1AS），南通嘉程儀器有限公司；流掛儀（LG-1），上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術有限公司。

1.3 試驗

色漿（白漿）的參考配方見表1。

表1 色漿（白漿）的參考配方Table 1 Reference formula of color paste（white paste）

水溶性丙烯酸白色烤漆的參考配方見表2。

表2 水溶性丙烯酸白色烤漆的參考配方Table 2 Reference formula of water soluble acrylic white baking paint

水溶性環(huán)氧酯白漆的參考配方見表3。

表3 水溶性環(huán)氧酯白漆的參考配方Table 3 Reference formula of water soluble epoxy ester white paint

鋁粉分散漿的參考配方見表4。

表4 鋁粉分散漿的參考配方Table 4 Reference formula of aluminum powder dispersion slurry

水溶性丙烯酸氨基鋁粉烤漆的參考配方見表5。

表5 水溶性丙烯酸氨基鋁粉烤漆的參考配方Table 5 Reference formula of water soluble acrylic amino aluminum baking paint

1.4 性能測試

抗流掛性能參照GB/T 9264—2012《色漆和清漆 抗流掛性評定》進行測定、熱貯存穩(wěn)定性參照GB/T 6753.3—1986《涂料貯存穩(wěn)定性試驗方法》進行測定。

2 結果與討論

2.1 抗流掛性能

2.1.1 增稠劑的種類和用量對水溶性丙烯酸氨基烤 漆抗流掛性能的影響

在水溶性丙烯酸氨基烤漆中分別等量添加HR7022增稠劑、聚氨酯類增稠劑、聚丙烯酸類增稠劑，并進行抗流掛效果的對比，結果見圖1。圖中從上至下膜厚分別為50 μm、75 μm、100 μm、125 μm、150 μm、175 μm、200 μm、225 μm、250 μm、275 μm。

圖1 各類型增稠劑在水溶性丙烯酸氨基烤漆中的抗流掛性能Figure 1 Anti-sagging performance of various thickeners in water-soluble acrylic amino baking paint

如圖1所示，HR7022的抗流掛值為175 μm，在200 μm濕膜厚度出現(xiàn)了稍許的流掛，且隨著濕膜厚度的增加，其抗流掛性能未出現(xiàn)大的衰減；聚氨酯類增稠劑的抗流掛值為175 μm，在濕膜厚度200 μm時出現(xiàn)了較大流掛，且隨著漆膜厚度的增加，其抗流掛性能出現(xiàn)較大幅度的衰減；聚丙烯酸類抗流掛劑的抗流掛值為150 μm，抗流掛性能稍弱一些，且隨著漆膜厚度的增加，其抗流掛性能衰減很嚴重。

在水溶性丙烯酸氨基烤漆中添加不同量的HR7022，考察其用量對抗流掛性能的影響，結果見圖2。

圖2 HR7022用量對水溶性丙烯酸氨基烤漆抗流掛性能的影響Figure 2 The effect of HR7022 dosage on anti-sagging performance of water-soluble acrylic amino baking paint

由圖2可見，未添加HR7022時，抗流掛值為150 μm；添加了總量0.5 %～1 %的HR7022后，抗流掛值提升至175 μm；添加總量2 %的HR7022，雖然抗流掛值仍為175 μm，但在濕膜厚度增加時，抗流掛性能衰減較輕；添加總量3 %的HR7022時，抗流掛性能明顯提升，抗流掛值達到225 μm；添加總量5 %的HR7022時，抗流掛值達到275 μm，具有非常好的抗流掛性能。

2.1.2 不同增稠劑在不同體系中的抗流掛性對比

分別將進口產品1、2和HR7022按照2 %（質量分數(shù)）的用量加入水溶性氨基烤漆（白色）、水溶性羥丙-氨基烤漆（鐵紅色）和水溶性環(huán)氧酯白漆中，對比其抗流掛性能，結果見圖3。

圖3 不同增稠劑在不同體系中的抗流掛性能對比Figure 3 Comparison of anti-sagging performance of different thickeners in different systems

由圖3可見，在白色水溶性丙烯酸氨基烤漆體系、鐵紅色水溶性丙烯酸氨基烤漆體系及水溶性環(huán)氧酯白漆體系中，HR7022的抗流掛性能均優(yōu)于進口產品。

進口產品1為改性聚氨酯類增稠劑，其氫鍵在遇到醇醚類溶劑時會遭受破壞，從而導致其增稠效果不理想；進口產品2為聚酰胺類增稠劑，此類增稠劑在水溶性氨基烤漆體系中有一定的增稠效果，但需要進行預分散，使用時工序較繁瑣；HR7022為特殊基團改性的聚酰胺類增稠劑，經過改性后，不但抗流掛性能提高了，而且無需預分散就可以直接添加，提高了生產效率。

在同一體系中，由于顏料的不同，增稠效果也會出現(xiàn)比較大的差異。鐵紅顏料表面具有較多的親水基團，可以使增稠劑更好地吸附在顏料粒子表面，發(fā)生架橋現(xiàn)象，從而在體系中形成更多穩(wěn)定的網絡結構，使得整個體系的增稠效果非常顯著，表現(xiàn)為抗流掛性能有較大提高。

2.2 貯存穩(wěn)定性

參照GB/T 6753.3—1986《涂料貯存穩(wěn)定性試驗方法》，對進口產品1、2及HR7022所制樣品進行熱貯存穩(wěn)定性對比。將3組樣品在50 ℃烘箱中放置7 d后的結果見圖4。從圖4中可以看出，在水溶性丙烯酸體系以及水溶性環(huán)氧酯體系中，由進口產品所制備的樣品上層均出現(xiàn)不同程度的“浮水”現(xiàn)象。而由HR7022所制備的樣品未出現(xiàn)“浮水”現(xiàn)象，50 ℃貯存7 d后對樣品進行刷涂試驗，刷涂的漆膜上未出現(xiàn)顆粒、膠塊及刷痕，可見HR7022在水溶性體系中具有非常好的防沉效果和貯存穩(wěn)定性。

圖4 不同涂料體系的貯存穩(wěn)定性對比Figure 4 Comparison of storage stability of different paint systems

2.3 增稠劑對漆膜光澤度的影響

同一添加量下不同種類增稠劑對不同體系漆膜光澤度的影響見表6。

表6 同一添加量下不同種類增稠劑對不同體系漆膜 光澤度的影響（°）Table 6 Effects of different thickeners on the gloss of different systems at the same dosage

從表6中可以看出，HR7022增稠劑對各體系光澤度的影響均較小。HR7022不同添加量對水溶性丙烯酸體系光澤度的影響見圖5，對涂料綜合性能的影響見圖6。

圖5 HR7022不同添加量對水性丙烯酸體系光澤度的影響Figure 5 Effect of different addition amount of HR7022 on the gloss of waterborne acrylic acid system

圖6 涂料綜合性能對比Figure 6 Comparison of comprehensive properties of coatings

從圖5中可以看出，在同一體系中，隨著HR7022添加量的增加，漆膜光澤度會極輕微地降低，但總體保持平穩(wěn)。從圖6中可以看出，隨著HR7022用量的增加，涂料的抗流掛性能以及防沉降性能均有一定幅度的提高，當HR7022的用量為2 %（質量分數(shù)）時，涂料的綜合性能優(yōu)異且成本最低。

2.4 鋁粉排列對比

按照表5、表6的配方配制水性鋁粉漆，分別制備3個樣品A、B、C。A中不添加增稠劑、B中添加2 %的進口產品3、C中添加2 %的HR7022，分別噴涂制板，對比鋁粉的排列效果，結果見圖7。

圖7 鋁粉排列效果對比Figure7 Comparison of aluminum powder arrangement effect

從圖7中可以看出，在水溶性丙烯酸體系中加入HR7022后，具有較好的鋁粉定向排列效果，且漆膜表面效果較好，這與其特殊的性能有關：（1）良好的觸變性，良好的觸變性可以保持鋁粉在噴涂過程中傾向于平行排列的狀態(tài)，這一點對于水性鋁粉涂料尤為重要；（2）后期流動性，在涂料剛噴涂到板材上后，需要一定的觸變性來防止其流掛，并保持鋁粉的排列狀態(tài)。在過了這個窗口期后，漆膜的收縮會導致鋁粉進一步進行排列，此時盡可能低的黏度有助于鋁粉的進一步排列[4-5]。而HR7022這款產品恰好在溶劑不斷揮發(fā)的過程中能夠降低整個體系的黏度，從而使鋁粉具有較好的排列效果。

3 結語

（1） HR7022作為1款用于水溶性體系中的增稠劑，其增稠效果優(yōu)于聚氨酯類增稠劑以及聚丙烯酸類增稠劑。

（2） HR7022在水溶性體系中的用量在2 %～5 %（質量分數(shù)）時，可以達到比較好的抗沉降、防流掛效果，并且不影響漆膜的光澤。

（3） HR7022不僅可以作為抗沉防流掛助劑使用，還可以作為鋁粉排列助劑使用，其用量在2 %（質量分數(shù)）時，就能得到較好的鋁粉排列效果。

（4） HR7022不僅可以用在水溶性丙烯酸氨基烤漆體系中，也可用于乳液型丙烯酸氨基烤漆體系中。

（5） HR7022無需提前分散，使用時直接添加即可達到良好的分散效果，提高了生產效率。