用于消光和性能增强的功能性填充器| 2015-06-01 | PCI Magazine

编者注:本文是该系列文章的第2部分。第1部分。”低voc涂料中的球形填料，发表在2014年10月刊上。

在这个系列的第一部分，陶瓷微球和玻璃泡在高固体，两部分环氧涂层的工业应用和其他终端用途，如混凝土地板涂料的评估。其优点包括更高的体积负荷和更低的粘度下的挥发性有机化合物，以及更好的膜完整性，这体现在耐磨性的提高。本系列的第2部分评估了相同的陶瓷微球，二氧化硅消光剂和霞石正长岩在水性，uv固化聚氨酯分散体。传统的二氧化硅消光剂通常用于这些涂料。陶瓷微球和霞石正长岩是无硅的结晶颜料。研究了消光效率、抗划痕性和粘度控制等性能，以及每种材料对透明度和雾度的影响。所有这些特性对于获得装饰性和功能性的最终漆面都很重要。

传统的100%固体uv固化涂料具有优良的性能，但由于膜固化阶段收缩较低，因此很难压平，这使得消光剂难以在表面有效发挥作用。许多制造商仍然希望在包括木材在内的许多基材上使用紫外光固化涂料，因为它们具有快速固化足迹、最小的挥发性有机化合物、高性能和美学属性。制造商希望在不牺牲应用或性能的情况下，在不同光泽度下使用相同的涂层化学成分。水性辐射固化涂料由于其性能和相对容易的消光性而得到越来越多的应用。本应用研究评估了两种不同粒径的陶瓷微球、三种硅和霞石正长岩对应用粘度、光泽度、薄膜清晰度、划痕和摩擦阻力的影响。霞石正长岩的选择是因为其粒径与较小的陶瓷微球(A)相似。硅的选择是基于它们在这些类型的应用中的建议用途。

实验方法与材料188金宝搏bet官网

表1显示了一种基本的、清晰的、uv固化的聚氨酯分散配方，它被用作所有材料评估的起点。¹

前五种材料在搅拌下依次加入。188金宝搏bet官网本研究使用1.5“考尔斯刀片，并将批次缩放为400毫升容器。搅拌5分钟后，加入消光剂，将搅拌速度提高到4000 rpm，搅拌10分钟。然后将搅拌速度降低到1500 rpm左右，在搅拌下加入光引发剂和去离子水，并允许再混合10分钟。评估的填料的基本性能见表2。¹

消光剂梯实验

由于PVC对光泽度的影响尚不清楚，每种填料在不同重量载荷下进行了评估，以涵盖从平光泽度(<20)到半光泽度(>50)的60°范围。实际体积载荷范围为0-10%(重量为0-22%)。

小组准备

应用程序

标准3003型铝和清洁玻璃面板与#28绕线棒一起使用，为每个样品沉积0.5-0.75干密耳膜。铝板用于光泽、划痕、污渍和摩擦测试，玻璃面板用于光泽、透明度和雾霾测试。以木材为例，研究了填充剂/消光剂对木材光泽度和美观性的影响。

固化

所有面板在标准对流烤箱中以160-180°F的温度固化10-15分钟，然后使用Fusion Light Hammer进行紫外线固化^®带有水银蒸汽灯泡的6个单元。线路速度设置为30 fpm, 500瓦单元的功率设置为100%。这导致400-500 mJ的UVA剂量。每个样品只通过一次。²作为一项额外的研究，使用FTIR方法在不添加消光剂的样品和添加20%填充剂E的样品上测量干膜的%固化。^3.结果显示%固化是非常相似的填料E与空白，从而确认添加陶瓷微球在高负荷不抑制固化。

测试

干膜厚度和光泽:干膜厚度读数用Positector 6000 / ASTM D7091在铝上测量，光泽度读数用BYK micro- trip - Gloss instrument / ASTM D523在铝和玻璃上测量。

粘度:所有测量均使用Brookfield DV-II+ Pro粘度计，使用#4主轴在35转/分和环境条件(77°F)。

耐污性:对ASTM D1308进行了修改，并进行了4小时的开斑试验，随后进行了水冲洗和目视评级系统。等级0表示没有变化，等级5表示严重软化、光泽损失或颜色变化。我们评估了五种家居污渍(番茄酱、芥末、植物油、红酒和热咖啡)。

抗划痕性:使用标准的磨损测试仪(Elcometer Model #1720)进行划痕研究。ASTM D2486头和刷使用额外的3M苏格兰brite^®无划痕的蓝色垫片附在笔刷底部。该测试在铝板上进行，测试前后读取光泽度。测量每种消光剂在不同负载下60°光泽度的百分比变化。

耐磨性:使用标准的泰伯5150型磨具与CS-10车轮和1000克负载。按ASTM D4060在0.5-的铝板上进行测试。75 mils, 500次循环后进行减肥测量。

清晰度和雾霾:清晰度和雾霾是用byk - hazguard仪器在玻璃上测量的。所有测量均重复进行，并绘制平均值。

COF测试:摩擦系数测试使用IMASS SP2000装置进行。200克的雪橇(TAS6047A)与5公斤的称重元件一起使用。两层白棉布(漂白40级)包裹在雪橇上，模拟袜子。在3个重复中进行测试，绘制出每种填料的平均动力学COF。

结果

消光效率

评估的第一个属性是不同加载级别的抠图效率。结果如图1所示。

在玻璃和铝上的结果非常相似。二氧化硅消光剂非常有效，在相对较低的负载水平(1-5%的重量)下，光泽度急剧下降，而陶瓷微球和霞石正长岩的性能相当。为了获得平坦的光泽(在60米上小于20)，需要4%或更少的二氧化硅消光剂(C, D和F)，而陶瓷微球(a和E)或霞石正长岩(B)材料大约需要20-25%。188金宝搏bet官网

粘度

接下来要研究的是装填量对粘度和包装稳定性的影响。图2显示了填料装填量对各种消光剂粘度的影响。

当添加量增加到20%时，陶瓷微球(A和E)对粘度没有显著影响。两种试剂的粘度增幅均小于1,000 cps(不添加添加剂的基线值约为1,550 cps)。然而，随着加载量的增加，霞石正长岩(B)和两种硅(C和F)的产量增加了2 ~ 3倍的基础粘度。这可能需要额外的稀释应用，这可能导致较低的应用固体。沉淀硅胶(D)表现很好，当负载重量达到5%时，粘度没有增加。由于这种材料的光泽度已经是平坦的，所以不需要更高的负载。

沉降研究表明，二氧化硅保持悬浮很好，而陶瓷微球和霞石正长岩在较高的负载水平下，随着时间的推移(室温下30多天)，出现轻微沉降。这种沉降是非常软的，涂层能够重新混合，而不会对应用产生任何不利影响。沉降取决于许多因素，如粒度、密度、形状、浓度和涂料溶液的整体粘度。在许多情况下，可以通过使用增稠剂或抗沉降剂来控制流变性来最小化沉降。

清晰/烟雾和光泽

图3显示了清晰度和光泽度之间的关系。这种关系在被研究的填充物中是相当一致的。随着填料装填量的增加和光泽度的降低，透明度降低。

光泽度水平在平坦范围(<20%)产生相应的透明度读数<30%的玻璃。应该注意的是，即使在低光泽度区域清晰度读数较低，樱桃木面板上相应的视觉外观在消光剂中看起来是相似的。纹路依然可见，外观被认为是可以接受的。

对于不同填充剂/消光剂的总体外观，还需要做一些评论。填料A、C、F、D和B在所有载荷下都具有相对光滑的纹理。陶瓷微球E具有较粗糙的触感/纹理，随着载荷的增加而增加。填料E的有效顶部尺寸约为40微米，本研究的干膜厚度最大约为20微米。在较高的膜厚下，外观会有所不同，但产生的光泽度和性能性能需要进行评估。图4显示了填充材料A、B、E和F在橡木板上的一般外观。所有的填料都降低了光泽度，但仍然提供了可接受的清晰度和纹理图像。

使用BYK-Hazeguard测量雾霾的仪器显示，随着填料负荷的增加，雾霾会增加，如图5所示。

填料D、C和F在较低的权重百分比下表现出较高的雾度值，因为它们在这些水平上表现出较低的光泽度值(如图1所示)。在可比较的光泽度水平上，每一种填料的透明度和雾度值都是相似的。

家庭防沾污性

图6显示了使用五种家用化学品对三种不同重量的填料E进行4小时斑点染色试验的结果。

所有消光剂对所有污渍都有很好的效果。芥末酱是最严重的，在所有填充物的所有装载水平上只显示非常轻微的染色。该系统在铝和樱桃木上的表现类似(这里没有显示结果)。

抗划伤

使用干燥的3M苏格兰brite无划痕蓝色垫片进行200次循环。测试前和测试后分别读取60°光泽度读数，并绘制出与填料装载量的变化百分比。基线表示为100。数值大于100表示测试后的磨光或更高的光泽度，小于100表示钝化或光泽度损失。结果如图7所示。

除D和F只评估了两个水平外，每种填充颜料评估了三个水平。未添加填料的空白样品光泽度平均变化(下降)约13%。填充剂C和F的增光泽度最大，从50到>为100%。填料D为6 - 25%，填料B为10-42%，填料A和E(陶瓷微球)为1-10%。陶瓷微球在填料装载/光泽度范围内具有最一致的性能，200次循环后外观变化最小。填充剂D也表现良好，即使在非常低的光泽度范围。要求的值是无光泽或外观变化后的划痕测试。

图8显示了摩擦系数(COF)测试的结果。测试样本之间没有任何显著差异。填料E和C的COF值确实略高，但与防滑涂层相比，所有被研究的填料的COF值都很低。应该注意的是，填料E确实给予一个粗糙的表面纹理。

耐磨性

经过500次的Taber磨损后，所有系统的性能都非常好。所有样品均无磨损，减重<25 mg。

成本/效益价值

由于与二氧化硅消光剂相比，陶瓷微球和霞石正长岩需要更高的负载才能达到更低的光泽值，因此我们为配方中每种填料/消光剂制定了比较原料成本/指标曲线。图9显示了所研究材料的结果。188金宝搏bet官网

一般来说，在这种配方中，传统的二氧化硅消光剂的成本结构略高，即使在降低消光效率所需的重量负载时也是如此。根据配方中其他原材料的成本，填料B和D实际上可以在更高的负载下提供成本效益。188金宝搏bet官网填料A在较高的负载下提供了相当的成本，并且在较低的干膜厚度下不产生任何表面粗糙度。如果同时使用硅微球和陶瓷微球的配方在成本和性能上都有优势，这可能会很有趣。