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1、无溶剂环氧炭黑色浆的制备及其应用WU Jin-ping;DU Chang-sen【摘要】将炭黑、E51双酚A型环氧树脂、环氧活性稀释剂和润湿分散剂共混研 磨,制备了一种通用型无溶剂环氧基炭黑颜料色浆.研究了不同环氧活性稀释剂对色 浆黏度和相对着色力的影响,确定了炭黑色浆的制备工艺如下:在炭黑质量分数为 20.0%的色浆中,以质量分数为40.0%的1,4?丁二醇二缩水甘油醚为环氧活性稀释 剂，采用直径为0.8 mm的氧化锆研磨珠,在温度60 C和转速3 000 r/min的条件 下研磨60 min.将所制备的炭黑色浆应用于无溶剂环氧地坪涂料中,其间歇施工色 差小于 0.5.%A general-
2、purpose solvent-free epoxy-based carbon black colorant paste was prepared by blending and grinding carbon black with E51 bisphenol A epoxy resin, epoxy reactive diluent, wetting agent, and dispersing agent. The effects of different epoxy reactive diluents on the viscosity and relative tinting streng
3、th of the colorant paste were studied. The process for preparing the colorant paste was determined as follows: blending 20.0wt.% of carbon black with 40.0% of 1,4-butanediol diglycidyl as an epoxy reactive diluent, and grinding with zirconia beads (0.8 mm in diameter) at a temperature of 60 C and a
4、speed of 3 000 r/min for 60 min. The colorant paste prepared thereby was applied to a solvent-free epoxy floor paint. The color difference of its coating obtained after a construction interval was less than 0.5.【期刊名称】 电镀与涂饰年(卷),期】 2019(038)012【总页数】5页(P622-626) 【关键词】 地坪涂料;环氧树脂;色浆;活性稀释剂;炭黑【作 者】 WU Jin
5、-ping;DU Chang-sen【作者单位】 Suzhou Sunmun Technology Co., Ltd., Kunshan 215337, China;Suzhou Sunmun Technology Co., Ltd., Kunshan 215337, China;【正文语种】 中 文环氧树脂因具有附着力强、硬度高、耐磨、耐酸碱、光泽高等优点，已在重防腐漆 船舶漆、集装箱漆以及环氧地坪涂料中得到广泛应用。传统的溶剂型环氧地坪漆在 生产、施工和固化过程中会排出大量有机溶剂，造成环境污染，影响人体健康。性 能优异和绿色环保的新型无溶剂环氧自流平地坪涂料受到了人们的关注1-2，其 不
6、仅具有附着力好、抗冲击、耐化学腐蚀、机械强度高、耐磨、光泽高、色彩丰富 表面平整无缝、自流平、施工维护方便等优点，而且一次成膜厚达1 mm以上。 灰色地坪涂料在地坪涂料中占比90%左右，生产过程中主要使用炭黑色浆进行颜 色调配，原因是炭黑具有极高的遮盖力、着色力、耐光性、耐候性和耐化学介质性 炭黑由一系列处于不同氧化阶段的多环芳烃组成，这些不同的环状化合物相互重叠 形成微晶，微晶进一步交错聚集，形成炭黑粒子3。由于炭黑颗粒间极强的聚集 性和高吸油量4，因此其在色漆中的分散极为困难，在制浆过程中容易产生黏度 剧增、颗粒返粗等不良现象，致使色浆的品质降低5-6，在应用过程中易出现浮 色发花现象7-
7、9。本文以炭黑、双酚A型环氧树脂、环氧活性稀释剂和润湿分散 剂共混，制备出贮存稳定、相容性良好的无溶剂的环氧色浆。分析了不同种类环氧 活性稀释剂和润湿分散剂对色浆性能的影响。该工艺过程简单，易于工业化生产。1 实验1.1 材料MA100炭黑(纯度99.8%)，日本三菱炭黑化学有限公司；双酚A型环氧树脂DER 331(EP)，美国陶氏化学有限公司；环氧活性稀释剂C12-14烷基缩水甘油醚 (AGE)、烯丙基缩水甘油醚(AGE-1)、1,4-丁二醇缩水甘油醚(BDDGE)、苄基缩水 甘油醚(PGE)和丁基缩水甘油醚(BGE)，均为工业级，安徽新远科技股份有限公司； 润湿分散剂BYK 9076、流平
8、剂BYK 358，德国毕克化学；消泡剂6800，德谦化 学有限公司；固化剂C-16，苏州和晟田化工有限公司；SVI无溶剂环氧涂料，上 海PPG涂料有限公司；SUP 8608钛白浆，苏州世名科技股份有限公司。1.2 仪器设备MiniZeta 03E型循环砂磨机，德国Netzsch公司；HELOS激光粒径仪，德国新 帕泰克仪器有限公司；X-Rite SP62双光束分光分光光度计，美国爱色丽公司；斯 托默黏度计，上海现代环境工程技术股份有限公司。1.3 炭黑色浆的制备1.3.1 配方无溶剂环氧体系要环保，无溶剂挥发，在配方设计时应保证不带入挥发性有机物(VOC)，无刺激性气味。根据研究验证，如下基础
9、配方(以质量分数表示，下同)符 合要求：环氧材料77.65% ，炭黑20.00% ， BYK 9076分散剂4.00% ， BYK 358 流平剂0.30%，6800消泡剂0.05%。其中，环氧材料是环氧树脂或各种环氧活性 稀释剂，它含有环氧官能团，在固化反应过程中环氧官能团可与固化剂开环交联， 成为涂膜中的有效成分。润湿分散剂无气味，有效成分为100%，且沸点大于250 C。体系中的主要成分固化后均存留在涂层中，无VOC释放至大气中。1.3.2 制备工艺称取润湿分散剂，加至双酚A型环氧树脂或稀释剂中的一种或其互配物中，搅拌 均匀；加入对应量的炭黑颜料粉，经800 r/min分散后转至装有Zr
10、O2研磨珠的 循环砂磨机中，在3 000 r/min转速下研磨60 min，使颜料充分分散并粉碎，过 滤得无溶剂环氧色浆。1.4 性能表征1.4.1 粒径取少量样品，用烷基缩水甘油醚（AGE ）稀释一定倍数后，置于激光粒径分布仪中， 校正后在25 C下测试色浆的颗粒粒径及其分布。1.4.2 展色性（指研色差法）将一定量的炭黑色浆添加至含有钛白的无溶剂环氧基料中，搅拌均匀，按照环氧值 计算固化剂用量并与环氧基料混合均匀，而后用3 mm齿的镘刀在处理好的石棉 板上进行刮涂，待湿膜半固化时进行指研（同方向60 r/min），用分光光度计测评 指研与未指研部分的色差。1.4.3 间歇施工性 将色浆、无
11、溶剂环氧基料和固化剂按照相应比例混合成地坪涂料，在石棉板上用3 mm齿的镘刀制备湿膜，间隔0、5、10、15、20、25或30 min进行刮涂，制 备湿膜为1 mm厚的涂层。待涂膜在25 C、相对湿度65%的环境下完全干燥后， 测评不同间隔时间段施工涂膜的色差。1.4.4 相对着色力参照HG/T 3951-2007建筑涂料用水性色浆测评相对着色力。1.4.5 黏度参照GB/T 9269-2009涂料黏度的测定斯托默黏度计法测试黏度。2结果与讨论2.1 影响环氧基炭黑色浆制备的因素2.1.1 环氧活性稀释剂按照1.3.1节的基础配方配制炭黑浆料，以DER 331(EP)双酚A环氧树脂作为对 照，
12、研究了不同品种的环氧活性稀释剂对色浆黏度(25 C)和相对着色力的影响， 结果见表1。影响色浆黏度的因素有分散介质种类、分散剂种类及用量、颜料粉种类等。从表1 可知，由烯丙基缩水甘油醚(AGE-1)和丁基缩水甘油醚(BGE)制备的色浆黏度低， 其原因可能是AGE-1和BGE的分子体积小，本身的黏度就低，对环氧树脂的溶解 稀释能力强。由AGE-1制得的色浆黏度最低，这可能是有双键n电子云与炭黑上 的大n键键合，环氧基及醚键与炭黑表面的极性基团吸附，有利于颜料分散。苄 基缩水甘油醚(PGE )既有苯环又有醚键和环氧基团，其苯环可与炭黑的苯环键合， 有利于颜料的稳定键合。对于烷基缩水甘油醚(AGE)
13、活性稀释剂而言，碳链长则黏 度大，同时易产生链链缠绕，这可能是导致用长链溶剂制备的颜料浆黏度大的原因 1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDGE)有2个环氧官能团，黏度大，对环氧树脂的稀 释溶解性弱。另外，由于BDDGE与炭黑极性表面可能有2个吸附点，分子间掺 插缠绕的概率较高，因此以它制备的色浆黏度较大。不同环氧材料所制色浆黏度的 大小顺序为：EP AGE BDDGE PGE BGE AGE-1。表1不同环氧材料所得色浆的黏度及相对着色力Table 1 Viscosity and relative tinting strength of the colorant pastes prepared
14、with different epoxybased materials 环氧材料相对着色力/ % 黏度/ KU EP 100.0 95 AGE 100.8 78 AGE-1 94.5 63 PGE 85.4 70 BDDGE 115.2 72 BGE 98.3 68 环氧活性稀释剂的分子量小、黏度低，对环氧树脂的溶解稀释性佳，有利于对颜料 的润湿和分散，制备的色浆黏度亦低，便于应用端的分散。在研究色浆配方时，相 对着色力的高低是衡量配方优劣的一个重要指标。相对着色力高，则达到相同色度 所用的色浆量少，对涂层最终性能的影响小。从表1可知，分别以环氧及 5种环 氧活性剂制备的色浆相对着色力大小的顺
15、序为：BDDGE AGE EP BGE AGE-1 PGE。BDDGE含有多个官能团，对炭黑的吸附力强。当添加固化剂时， 胺固化剂含有氨基基团，其吸附炭黑的能力强于环氧基及醚基，会与环氧稀释剂形 成竞争，但由于BDDGE的分子量较大，本已吸附在炭黑表面的BDDGE不易被胺 固化剂取代。根据实验数据，选择BDDGE作为环氧活性稀释剂。2.1.2 环氧树脂与活性稀释剂的互配比例与环氧活性稀释剂相比，环氧树脂分子量大，对颜料颗粒有较好的承载力，而小分 子活性稀释剂的加入可以降低体系的黏度，从而提高体系中颜料的含量，使色浆有 较高的商业应用价值。另外，小分子活性稀释剂具有润滑填充作用，使制备的色浆 有
16、良好的流动性。试验考察了不同用量的BDDGE与环氧树脂互配对色浆黏度的影 响，结果如图1所示。环氧树脂与BDDGE互配制备的色浆黏度随BDDGE加入量 的增加呈先降低后升高的趋势。当BDDGE质量分数为40%时，可能是因为树脂 对颜料颗粒的承载达到最佳，所以色浆体系的黏度最低。进一步添加活性稀释剂， 溶剂对颜料润湿分散及承载能力不及环氧树脂，所以体系的黏度增大。因此，在制 备含20.0%炭黑的色浆时，BDDGE活性稀释剂的用量确定为色浆体系的40%(质 量分数)。2.1.3 研磨珠的直径按照色浆配方，用不同规格的氧化锆研磨珠，按填充率 65.0%的用量加入色浆中， 研磨60 min ，所得炭黑色浆粒径测试的结果如图2所示。图1 BDDGE质量分数对色浆黏度的影响Figure 1 Effect of mass fraction of BD
