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水性漆色牢度问题难解决?展辰专家有不一样的看法
2019年06月24日    阅读量:41809    新闻来源:王军,刘志刚,刘锋 珠海展辰新材料有限公司   |  投稿

引言


前段时间,有童鞋在PCI水性工业涂料微信群里提出这样一个问题:“水性涂料色漆的色牢度问题,通常怎么改善?” 有回复说“通常情况下是加蜡,增加树脂量和加入交联剂”,还有童鞋提出说“色料在体系中的相容性对此很重要“…… 看大家对这个问题如此关注,小编于是联系了展辰技术管理中心总经理刘志刚先生,向他邀约了本文。文章对水性涂料应用过程中容易出现的耐水、耐摩擦、耐光色牢度问题的影响因素进行了分析,从而得出:水性涂料的色牢度可以通过添加树脂、交联剂、紫外光吸收剂、手感助剂来改善,但是最直接有效的方法是选择合适色牢度的颜料色浆。


1. 前言


涂料在我国传统名为油漆,是涂覆在被保护或被装饰的物体表面,并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜,通常以树脂、或油、或乳液为主,添加或不添加颜料、填料、相应助剂,用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体,添加颜料色浆的涂料,称之为色漆涂料在线coatingol.com


涂料的色牢度是指色漆在使用或加工过程中,经受外部因素(挤压、摩擦、水洗、雨淋、曝晒、光照、海水浸渍、唾液浸渍、水渍、汗渍等等)作用下的褪色程度。


水性涂料中的色牢度主要指的是:耐水、耐溶剂、耐化学品、耐光、耐日晒、耐侯、耐摩擦、耐热、耐迁移、耐拔染、耐汗渍等。其中:耐溶剂、耐化学品、耐热、耐迁移、耐拔染等色牢度主要影响因素是颜料色浆和树脂,不做讨论,主要分析耐水、耐摩擦、和与光有关的色牢度影响因素。


2. 耐水色牢度


水性涂料的耐水色牢度是指色漆抗雨水等的冲击造成颜色因为溶解而导致的褪色或渗色的能力。


2.1颜料的影响

颜料属于油性,一般不溶于水,耐水色牢度一般都在5级。但是一些色淀类的颜料,是染料通过引入金属盐,经过颜料处理工艺而制成的颜料,耐水性能只有4级左右,例如:PR 49:1、PR 57:1等。还有像色酚AS类颜料,例如:PR 2、PR 112等,这些颜料的重氮组份是苯胺之类,耐水性能也只有4级左右。


2.2助剂的影响


常温下,水的表面张力系数为72mN/m,因此水性涂料为了达到入孔、渗透、流平等施工效果,一般会加入一些基材润湿剂、分散剂、流平剂等。而这些降低表面张力的表面活性剂得负面影响是让颜料色浆更亲水,即水性涂料的耐水性能变差。


2.3树脂的影响

水性涂料配方中树脂占绝大部分,树脂耐水性能的好坏,决定了其所做涂料的耐水性能,所以,在满足其他牢度的情况下,尽量选择高羟值、高分子量、高玻璃化温度、酸值尽量低的水性树脂。


2.4交联剂的影响

交联剂主要用在高分子材料(橡胶与热固性树脂)。因为高分子材料的分子结构就像一条长线,没有交联时强度低,易拉断,且没有弹性,交联剂的作用就是在线型分子之间产生化学键,使线型分子相互连在一起,形成网状结构。在交联固化后降低树脂的吸水率,提高水性涂料耐水色牢度性能。


2.5憎水化合物和疏水添加剂的影响

涂料配方中为了提高手感性能,会加入蜡乳液之类的憎水化合物,这些化合物会减少或降低水对漆膜的润湿。疏水剂是一种化合物,主要是由表面张力较低的物质组成,加入涂料中能与成膜助剂反应,在漆膜表面形成一种特殊的抗水结构,使表面具有极强的疏水、憎水、防水效果,从而提高水性涂料的耐水性能。


3. 耐磨擦牢度


耐磨擦牢度是指色漆抗摩擦掉色能力,分为干摩擦和湿磨擦色牢度。摩擦力的计算公式f=μN,即,摩擦系数乘以正压力。水性涂料影响摩擦牢度的因素有:水性涂层磨擦系数、耐水能力和基材的附着力。


3.1手感助剂的影响

在水性涂料配方中,往往会在配方中加入一定的蜡和其他类型的手感助剂来提高水性涂料的手感等。而这些手感助剂同时也提高了涂层的光滑程度,即摩擦系数减小,提高色漆的耐磨擦牢度。


3.2颜料、润湿剂的影响

颜料、润湿剂都会影响水性涂料的耐水性,而在进行湿磨擦的时候,水性涂料的耐水性,直接影响其耐磨擦性能,耐水越差,湿磨擦牢度越差;


颜料添加量越大,单位面积受摩擦接触的颜料浓度越大,摩擦掉的颜色就越多,摩擦牢度越差。


3.3树脂、交联剂的影响

树脂决定了水性涂料的耐水性和附着力,而加入交联剂会使树脂形成网状结构,提高水性涂料对基材的附着力,因此,增加树脂的量和加入交联剂都能提高水性涂料的耐摩擦牢度。

 

4. 耐光色牢度

水性涂料的应用当中,与光有关的色牢度很多,如:耐晒、耐光、耐候、耐紫外线等,耐光色牢度是指颜色在光的照射下,抗褪色或变色的能力。


水性色漆经光照射后的褪色机理:一个颜料分子吸收一个光子的能量后,将引起分子的外层价电子由基态跃迁到激化态。色漆在光的照射下,颜料分子吸收光能,能级升高,分子处于激化状态,颜料分子的发色体系发生变化或遭到破坏,导致颜料分解而发生变色或褪色现象,光能越强、光照时间越长,色漆褪色越严重。


根据褪色机理分析影响耐光牢度因素:光照强度、光照时间、颜料的分子结构、涂料用树脂、交联剂、紫外光吸收剂。


以下耐光实验条件:颜料色浆添加量按0.5%的含量添加在水性白漆中,搅拌均匀,200微米湿膜制备器制膜、干燥后过UV耐光试验机,能量350mJ/cm2  ,十次。


4.1颜料的影响

颜料是水性涂料色牢度的重要影响因素,不同的颜料耐光色牢度差异很大。常用高性能有机颜料结构如:DPP类(PR.254等)、 喹吖啶酮类(PR.122等),这些颜料的耐光性能都在7-8级;而一般性的颜料结构如:偶氮颜料(PY.74等)、色酚AS类(PR.112等),这些颜料的耐光性能在3-4级;还有一些(PR.2、PR.31等)耐光性能只有1-2级。添加不同颜料色浆的色漆耐光图片如下:

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4.2色浆添加量的影响

水性涂料同种色浆的添加量越大,单位面积所用色浆的浓度就越大,颜料的聚集程度越大,同样数量的颜料与光接触的表面积就越小,颜料分子被激化的几率就越低,即耐光牢度等级越高,反之越小。


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水性涂料中添加0.5%的PR.112 耐光色牢度等级只有3-4级,而添加5%的PR.112耐光色牢度等级有6-7级。


4.3涂料用树脂与交联剂的影响


涂料用树脂对耐光牢度的影响表现在两个方面:一、涂料用树脂的耐光等级;二、水性涂料用树脂的添加量。


不同厂家的树脂,由于制造工艺的不同,即使有相同的规格,但是分子量分布、大小以及之链的差异,其耐光性能也有差异。


色漆的颜色,是通过树脂附着在应用介质表面的,同一种树脂,其配方中的树脂含量越大,树脂与颜料结合的就越紧密,单位面积同种颜料与光接触的表面及就越小,颜料分子被激化的几率就越低,即耐光色牢度越强。


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加入树脂和交联剂对耐光牢度提高不多,只有0.5-1级。


4.4紫外光吸收剂的影响

目前较为理想的紫外光吸收剂、光稳定剂多为复配型,特别是以水扬酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类复配,可取得比任何单独紫外线吸收剂更为理想的效果。紫外光吸收剂可以吸收大量紫外光,使光照到强度降低,从而提高被光照物质的耐光色牢度。


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加入紫外光吸收剂后,耐光牢度从3-4级,提高到4-5级。


4.5水性色漆涂层罩一层清漆

既然耐光牢度与光的能量和照射时间又关系,考虑在水性色漆表面罩一层清漆,来降低光的照射强度。


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同样的颜色,罩一层清漆后,耐光牢度从3-4级提高到7级左右。


5. 人工调色


既然是水性涂料的色牢度,那么对水性涂料色牢度影响最大的因素自然是颜料色浆,水性涂料中颜料色浆选择直接影响了水性涂料的色牢度,因此,在考虑如何增加水性涂料的色牢度的时候,还不如考虑如何选择颜料色浆。前面讨论了色牢度与颜料的分子结构有关,现在将涂料常用用颜料的色牢度等级列入下表:


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注:以上颜料的色牢度是基于本人在颜料色浆应用过程中的经验,但是不同厂家的颜料、颜色的添加量、不同的应用领域会有一些差异。


现在很多涂料公司的调色人员,没有经过专业、系统的培训,调色以调到与标准板的颜色相近为准。而有些公司做一些调色细则,规定哪些颜色可添加,或不可添加,成本高低等,所以调色人员的调色仅考虑两个方面:色相和成本,而真正调色需要考虑的地方有很多:色相、牢度、安全性、成本等。因此我们常看见调色配方有:

1.PY.42+ PR.112+ PBK.7

2.PY.74+ PR.101+ PBK.7


这些调色配方在室内应用情况下没有错,考虑了色相,也考虑了成本,可是一但在应用在户外的时候,就会出现色牢度的问题。尽管PR.101、 PBK.7、PY.42都是高牢度颜料,但是在水性涂料中添加了PR.112、PY.74色浆,实际在水性涂料中表现出来的色牢度就是PR.112、PY.74的色牢度,即耐光牢度3-4级。


色牢度的高低与颜料色浆的添加量有关,添加量越小,色牢度(除耐水、耐磨擦色牢度)越低,所以,室内的颜色添加量越小,越要注意颜料色浆的选择,为了避免出现色牢度问题,最好用高性能颜料色浆调色。


6. 结论


在水性涂料中,可以通过树脂、交联剂、蜡等憎水剂、紫外光吸收剂等,来提高色牢度,但是提高的程度都不大。影响水性涂料的色牢度最重要的因素是颜料色浆,在想办法改善色牢度的时候,还不如在颜料色浆的选择上下功夫。有些非常鲜艳的颜色,像染料、色精、荧光这些没法选择颜料来替代的时候,才需要通过树脂、交联剂、助剂、紫外光吸收剂等来提高色牢度。

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