PERGOPAK有机消光剂在塑料涂料方面的应用研究

PERGOPAK有机消光剂在塑料涂料方面的应用研究梁鹏总1，孟准1，洪霞2，李小东2，翟岩3，聂俊1（1.北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室，材料科学与工程学院，北京，100029；2.北京天恒健科技发展有限公司，北京，100107；3.美国雅保公司，美国）摘要：本文介绍了有机消光剂在塑料涂料中的应用、PERGOPAK-M系列有机消光剂的组成特性及生产操作中影响涂膜光泽的因素等。将PERGOPAK-M系列有机消光剂用于塑料涂料中，其产品具有良好的分散性，且放置较长时间后稍加搅拌就可重新均匀分散在涂料中，不产生沉淀。关键词:有机消光剂；塑料涂料；光泽度TheApplicationofOrganicMattingAgentsinPlasticCoatingsPengzongLiang1,ZhunMeng1,XiaHong2,XiaodongLi2,YanZhai3,JunNie1(1.TheKeyLaboratoryofBeijingCityonPreparationandProcessingofNovelPolymerMaterials,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China;2.BeijingTianHengJianCorporation,Beijing100101,China;3.AlbemarleCorporation,America)Abstract:Thispaperpresentstheconfectingtechnologyandcompositionofaseriesoforganicmattingagents,aswellastheinfluencesofthePERGOPAK-Mmattingagentsontheglossinessoftheplasticcoatings.ThePERGOPAK-Mmattingagentscouldbedispersedintothecoatingsbyquick-stirringevenafterkeepingunusedforlongtime.Keywords:organicmattingagent;plasticcoating;glossiness0引言亚光涂料是一种新型涂料，光泽柔和，给人以舒适、优雅的感觉，抗划伤，质感强，广泛用于建筑、家具、家用电器以及室内装饰。涂料的消光方法有化学消光法和物理消光法。利用基体树脂分子链的消光基团吸收光，达到消光目的的方法是化学消光。物理消光是在涂料中加入消光剂的物理混合方法，使漆膜产生一定粗糙度，达到使入射光产生漫散射的消光效果。常用的消光剂有金属皂类、体质颜料、蜡和二氧化硅等[1-6]。美国雅宝公司（AlbemarleCorporation）的产品PERGOPAK-M系列为有机消光剂，本文选择该系列产品，研究了其在塑料涂料方面的应用。1有机消光剂的特性及优点1.1特性PERGOPAK消光剂是有机热固性聚甲基脲树脂（PMU），作为热固性聚合物，其具有较高的硬度和非熔化性质，因而可增强涂料的总体耐受性；PERGOPAK堆密度很小，呈膨松粉末状，具有优异的白度；其初级颗粒平均直径为0.1-0.15µm，形成5-9µm的近乎球形的团粒，这些团粒具有相对较高的比表面积和空隙容积，因此PERGOPAK可达到卓越的消光效果；由于近乎球形的团粒结构，PERGOPAK很容易与涂料融为一体，球形结构也导致更有利的流变性能。PERGOPAK-M系列消光剂的常规指标如表1，表2所示：表1PERGOPAK-M系列有机消光剂的常规指标Table1ProductinformationofPERGOPAK-Mmattingagents项目单位数据化学成分—脲素甲醛的醇醛缩合物形状—近似于球形真密度g/cm31.47本体堆积密度kg/m3约80包装密度kg/m3约200比表面积m2/g(BET)14–22吸油量cm3/100g约310热分解温度°C220折光指数—1.607PH值—8-9.5固体份%83储存时间年1表2PERGOPAK-M系列有机消光剂的粒径分布Table2SizedistributionofPERGOPAK-Mmattingagents激光衍射法（μm）PERGOPAKM3PERGOPAKM4PERGOPAKM5PERGOPAKM6d506–8.55–73.5–6≤3.5d9015–1912–15.59.0–12.5≤6.5d100≤36≤30≤18—1.2应用及优点PERGOPAK-M有机消光剂因其大孔容、耐化学性、无熔点、在高于200℃下优异的热稳定性及在290-1100nm之间恒定的光反射率而获得广泛的应用。在涂料配方中，PERGOPAK-M有机消光剂具有良好的掺混性能，容易分散；对流变性的影响小，耐剪切；在涂料通常使用的溶剂中不会发生溶胀；对催化剂无负面影响及有利的羟甲基反应等特性，因此可获得优良的涂料配方性能。其在涂膜中的优势明显，表现为：高表面平滑度、高透明度、对弹性几乎无影响、高耐划伤性、减小对金属标志的敏感性、对再涂性、印刷性和可写性无不良影响、可清洁去污、在室内外应用中具有良好的光泽保持性等。2实验部分2.1实验药品气相二氧化硅为沈阳化工股份有限公司提供；PERGOPAK-M系列有机消光剂为北京天恒健科技发展有限公司提供；CN132（低粘度二丙烯酸酯齐聚体）、SR306（二缩三丙二醇二丙烯酸酯齐聚体）、SR351（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）为美国沙多玛公司提供；光引发剂BP（二苯甲酮）、1173（2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮）由常州华钛化学有限公司提供；P115（活性叔胺）由美国氰特公司提供；消泡剂Airex920、流平剂WetKL245由德国迪高公司提供。以上药品均直接使用。本文中所用塑料基材为PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）基材，由北京佳合永业塑料制品厂提供。2.2实验仪器SFJ-400型高速分散器，上海现代环境工程有限公司。QXG型线棒涂布器，苏州恒港电子有限公司。中压汞灯，功率160W/cm，涿州蓝天特灯有限公司。阿贝折光仪，上海立光精密仪器有限公司。QXD型刮板细度计，天津材料试验机厂。WGG60型光泽度仪，上海杰颖电子技术有限公司。2.3实验方法按照表3、表4所示配方首先将树脂、光引发剂、消泡剂、流平剂混合均匀；之后于搅拌下加入消光剂，添加完毕后于2000r/min的搅拌速度下高速分散30min。表3涂料配方Table3FormulationofthecoatingsCN13240wt%100份SR30632wt%SR35120wt%BP2wt%P1152wt%11733wt%Airex9200.5wt%WetKL2450.5wt%消光剂n份表4涂料配方中的消光剂Table4Mattingagentsinthecoatings消光剂种类加入量/份气相二氧化硅135M31351015M41351015M51351015M61351015分别用12μm、25μm、40μmQXG型线棒涂布器在PET基材上涂膜。后放置在中压汞灯下光照20s后取出。用WGG60型光泽度仪测量各涂膜的光泽度，并用阿贝折光仪及QXD型刮板细度计测量各配方的折光率及细度。3结果与讨论3.1消光剂对涂料配方性能的影响不同的消光剂及不同的消光剂用量均将对涂料配方性能产生重大的影响。本文研究了消光剂对涂料配方的外观、细度及折光率的影响，结果如表5所示。表5消光剂对涂料配方性能的影响Table5Effectionofthemattingagentsonthecoatings配方外观折光率细度未加消光剂透明1.481—SiO2-1份透明1.48260M3-1份类似乳液；粘度变化不大1.48245M4-1份1.48127M5-1份1.47821M6-1份1.48210SiO2-3份透明，粘度较大1.48260M3-3份类似乳液；粘度均较SiO2-3份小1.48250M4-3份1.48140M5-3份1.47935M6-3份1.48230SiO2-5份粘度很大1.48160M3-5份类似乳液；粘度均较SiO2-5份小1.48355M4-5份1.48245M5-5份1.48242M6-5份1.48240M3-10份白色粘稠乳液状1.48260M4-10份1.48255M5-10份1.48150M6-10份1.48343M3-15份白色粘稠乳液状1.48360M4-15份1.48160M5-15份1.48455M6-15份1.48350从表5可以看出，不同的消光剂及不同的消光剂含量对涂料配方的折光率影响不大；但对涂料配方的外观及细度影响较大。随着消光剂粒径的增大，其涂料配方的细度增加，粘度相对变大；随着消光剂含量的增加，涂料配方的细度增加，分析可能是部分消光剂颗粒团聚所致。3.2膜厚对涂膜性能的影响选用不同的消光剂配制涂料，用不同的线棒涂布器在PET基材上涂膜，涂膜紫外固化后用60°光泽计进行测试，试验结果如图1所示。101520253035400102030405060708090100光泽度%涂膜厚度μm未加入消光剂101520253035400102030405060708090100光泽度%涂膜厚度μm1份SiO21份M31份M41份M51份M6101520253035400102030405060708090100光泽度%涂膜厚度μm3份SiO23份M33份M43份M53份M6101520253035400102030405060708090100光泽度%涂膜厚度μm5份SiO25份M35份M45份M55份M6101520253035400102030405060708090100光泽度%涂膜厚度μm10份M310份M410份M510份M6101520253035400102030405060708090100光泽度%涂膜厚度μm15份M315份M415份M515份M6图1膜厚对涂膜光泽度的影响Figure1Effectionofthethicknessontheglossinessofthecoatings从图1中可以看出，膜厚增加，消光效果变好。根据实验结果分析，由于消光效果的好坏主要取决于涂膜表面的粗糙度，所以当涂料配方的细度与涂膜厚度相匹配时，消光剂在涂膜表面的分布最为均匀，涂膜表面的粗糙度最大，因此其消光效果最好。若涂料配方的颗粒尺寸相对较小，埋在涂膜内不能突出表面构成表面粗糙度，那么就没有消光效果。若涂料配方的颗粒尺寸相对较大，虽然可以构成比光波波长大得多的不平度，但容易造成表面弊病。消光效果最好的条件是能够构成与光波波长相近的较小的粗糙度，入射光的散射度大，消光效果也强，即消光剂的平均粒径与涂膜的厚度相近[7]。3.3不同消光剂对涂膜性能的影响选用不同的消光剂配制涂料，用线棒涂布器在PET基材上涂膜，涂膜紫外固化后用光泽计进行测试，试验结果见表6。表6消光剂对涂膜光泽度的影响Table6Effectionofthemattingagentsontheglossinessofcoatings消光剂种类涂料配方细度/μm不同膜厚的涂层的光泽度/%12μm25μm40μmSiO2-16087.383.080.1M3-14592.391.585.2M4-12792.788.788.0M5-12193.189.489.0M6-11095.995.192.2SiO2-36058.057.329.8M3-35066.161.960.7M4-34076.066.564.5M5-33579.178.575.2M6-33082.480.780.3SiO2-56048.740.527.3M3-55562.353.638.7M4-54575.665.953.9M5-54276.767.366.7M6-54078.970.370.2M3-106040.834.425.8M4-105549.449.348.0M5-105065.