高效固液複合型水性塗料用消泡劑組成及製備工藝的製作方法
2023-12-04 06:41:06 3
專利名稱：高效固液複合型水性塗料用消泡劑組成及製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效固液複合型水性塗料用消泡劑之組成及其製備方法。
背景技術：
塗料的製造過程會因工藝過程，如攪拌，研磨等；配方的添加，顏/填料的導入、潤溼劑的添加等導致氣泡的發生，塗料的應用會因工藝的採用如噴塗、刷塗、滾塗或其他不同方式而使施作的塗膜產生氣泡，進而發生泡膜或魚眼等不平整的表面。使得塗料或油墨保護底材及優化表面裝飾的功用大打折扣。消泡劑是一解決此一問題的重要方案，然而適當的使用才能達到最好的功效。因著其低表面張力所帶來的對泡膜的滲透或擴張力，使其破裂而脫除。對於系統相容性的要求，破泡強度的需求與施工過能的差異，每種塗料體系均有不同的需求。在塗料體系中，泡沫的穩定多是由界面活性劑所造成，它們都是塗料重要添加成份組成物如溼潤劑、乳化劑、分散劑、增稠劑、流平劑等等。雖然某些助劑添加的量並不高，但其高表面活性與在氣液界面的高吸附性能，同常會讓在操作過程(攪拌、研磨、施工)的氣泡起到穩定的作用。傳統的物理方法對於消泡劑的消除或抑制的能力是很有限的，多數僅能透過化學方法來進行消泡，其中又以消泡劑的使用最為常見與廣泛。消泡劑眾多的研究中，已表明使用傳統不相容單一成份物之或復配的油滴型，具有較差的效果。因它主要透過一液滴型態，先進入膜的表面，然後形成油鏡面，之後再進一步使液膜水層變薄，而後油鏡面在另一面成形，而變成油滴的架橋。此架橋是不穩定的，受到毛細力作用後退溼潤導致泡膜無拉力，而使之破裂。此間油滴可能會受到操作過程的剪切力及其他助劑之乳化及分散作用而使其粒子變小，導致其消泡性能降低。此為此種類消泡劑本質上的隱憂。典型的泡膜厚度在0.01-1微米左右，而文獻上的研究顯示消泡機制中消泡成份以5-40微米大小時在前述的消泡過程機理，會達到最佳之效果。透過設計有消泡粒子者其消泡效果遠較於僅以傳統油液分散之消泡效果要佳。它具有不易形變、耐剪切作用、長效持久性佳，破泡速度快、抑泡性能優異等綜效。但若設計產品顆粒過大，則會有其相對應之反效果。形成塗膜的凹穴、產品易有分層不均之效果(沉澱)。因此製造此類消泡劑在粒度的控制上為一重要課題。消泡成份的易擴散性及分布能力對消泡劑能否即時抵達泡膜附近，使之發揮其效果也是很中要的。此外消泡劑要能達到消泡作用必需能夠快速滲透及散布到泡的液膜表面，因此在物化性能上，由ROSS的在滲透及散布係數上需均為正值。滲入係數E = Tf+Tint-Td > O
散布係數S = Tf-Tint-Td > O其中:Tf =起泡塗料表面張力Tint =塗料/消泡劑間的界面張力
Td=消泡劑的表面張力但由於消泡劑組成有效物多以超低表面張力或超非極性物為最有效。如矽硐，改性矽油或丙烯酸聚合物或矽氟改性丙烯酸聚合物等。他們都具有相當低的表面張力，極易於水中發生凝集不相容的狀況，進而產生缺陷。因此，透過適當的分散載體使其均一分散於其中，讓消泡有效物能夠藉由載體與水間良好的散布與滲透，使其能快速到達氣泡的邊界上。當然，與前述消泡粒子的對應結合，將使消泡劑在所推衍的消泡機理有完美的配套，達到最大消泡效果，使其副作用降至較的狀態。此為近年來為解決塗料在消泡上有更悠異的表現，提高消泡性能、降低其副作用之主要發展面向。含有適當的消泡粒子、低極性消泡物質、適當載體的滲透與散布作用等為新一代高效故液複合型消泡劑之重要發展課題，唯有在工藝及配方上有完整的配套，才能達到更好的消泡效能並較低其副作用效果。
發明內容
水性塗料用消泡劑若不含消泡粒子者易在使用過程中受到剪力作用使之變小，而失去其消泡的最佳效能；沒有低極性之消泡成份物則無法使消泡過程的退縮溼潤有良好效果；沒有適當的載體將使其無法快速滲透及散布於體系間，並易造成塗料膜的嚴重不良外觀。本發明的目的就是為克服此一問題提出一種高效複合型水性塗料用消泡劑。本發明的用以製造高效固液複合型水性消泡劑，基本構成物至少應包含載體物質、消泡粒子、及低極性消泡組成物。其中，載體物質，可為油，甘油，Ρ0/Ε0共聚物等:Glycerine, Glycol類，PPG，PEG、P0/E0適當聚合長度；環己酮、BCS或類似醚酯類溶劑，脂肪族/環狀烴碳化合物(艾索殼牌系列產品)、異丁醇、醋酸丁酯、二甲苯及水等一般性溶劑等。消泡粒子可為醯胺類高分子或其他蠟類、有機改質二氧化矽、聚丙烯酸酯、脂肪酸鹽類化合物等具不相容於水之非極性物質，且在常溫下為固體物質，必需能夠耐溫70到170度之間。低極性消泡組成物多為矽硐(黏度100到數千或更高釐泊)，側鏈改性或直鏈改性矽油，其中有以氧乙烯基(ethylene oxide)之極性改性或丙氧燒(propylene oxide)非極性改性，依破泡力需求可選用粘度由100到數千釐泊不等，改性物與二甲基矽氧烷的比例可由1/2到2/3。亦可為丙烯酸聚合物或矽氟改性丙烯酸聚合物等，分子量範圍應為6000 60，000之間為較佳。其表面張力最好能低於32mN/m，理想為小於25_20mN/m更佳。製造的工藝可使用top-down或bottom up兩種方式,前者為將已形成顆粒粉狀體分散於期望的溶媒中，再利用高分散剪切力進行分散，使其粒子達到預期的分散細度與分布。適當的設備及工藝有，珠磨或球磨法，高速攪拌分散法、高壓均質機、高速噴流對撞法、及其他能提供高剪切作用之分散設備與工藝。分散的速度可以控制在大於8m/s或更高的15m/s,採用珠磨可用0.5-5mm的玻璃、氧化錯、鋼珠或其他具高硬度耐磨的研磨珠子。採用後者，bottom up方式者，則依原料的本質與適性，可採熱液冷卻凝固法再配套均質分散設備以達到適當的要求，熱液冷確法主要應用於蠟類物質，一般是將蠟熱熔融後，再將之冷卻於載體液中，利用溫度控制使之形成需求的粒子大小與分布。熱熔的溫度依臘的化學結構與物理本性有所不同。通常會介於130至180度不等，可使其熔融於前述之載體物中。粒子的濃度則依消泡性能需 求及粒子效能之差異而有所不同，約為0.5 5%。制出之消泡粒子大小最好為5-40微米之大小為最佳。
具體實施例方式以下是按照本發明技術方案提供的配方所作的實施例及比較例，用以進一步解釋本發明。實施例1 (top-down method)配方比例(重量份) 383DS ( 二氧化矽)0.3 份聚丙二醇4000 24 份矽油IOOcsI 份改性聚矽氧烷 3.5份月桂基聚氧乙烯(4)醚I份使用500ml玻璃燒杯，配置高速攪拌器，置入上述配方聚丙二醇4000及二氧化矽，以3000rpm 10分鐘均質分散。之後再加入娃油IOOcs及改性聚娃氧燒,並以3000rpm均質5分鐘，再加入乳化劑以3000轉分散均一 3分鐘。分析細度，若小於15微米即可使用，若細度不足可再使用Imm的玻璃珠，在剪切線速度為lOm/s分散下，進行20分鐘之均質細化，即
可獲得成品。實施例2 (bottom up method)配方比例(重量份)烴蠟4份改性聚矽氧烷5份月桂基聚氧乙烯(7)醚 I份#32 白油90 份使用500ml玻璃燒杯並設置高速攪拌機，盛裝烴蠟5份及白油40份，加熱至140度熔融後保持30分鐘。啟動攪拌機轉速為1000轉，將40份白油緩慢倒入已熔融之蠟-白油液體中，使之降溫並析出粒子，並持續攪拌30分鐘。加入改性聚矽氧烷及月桂基聚氧乙烯(7)醚及10份白油，再經30分鐘均質，後即可取樣分析細度。比較例I及2配方同實施例1及2但均不使用消泡粒子，383DS及烴蠟。以相似工藝進行均質分散。表一實施例與比較例特性比較
權利要求
1.一種高效固液複合型水性塗料用消泡劑組成及製備工藝。
2.根據權利要求1所述，消泡劑組成，包含消泡粒子、消泡組成物、載體基本三要素。
3.根據權利要求1所述，消泡粒子可為下列一種或多種之混合物，二醯胺類高分子或其他蠟類、有機改質二氧化矽、聚丙烯酸酯、脂肪酸鹽類化合物等，能耐溫70到170度之間。
4.根據權利要求1所述，消泡組成物可為下列成份物一種或多種以上之混合物，矽硐(黏度100到數千)，側鏈改性或直鏈改性矽油。
5.根據權利要求4所述，消泡組成物之側鏈改性或直鏈改性矽油，其改性官能基可為氧乙烯基(ethylene oxide)或丙氧燒基(propylene oxide)改性,黏度100到數千釐泊，改性物與二甲基矽氧烷的比例為1/2到2/3。分子量範圍應為6000 60，000之間，表面張力界於 20-30mN/m。
6.根據權利要求1所述，載體可為油，甘油，Ρ0/Ε0共聚物等:Glycerine,Glycol類，PPG, PEG、P0/E0適當聚合長度；環己酮、BCS或類似醚酯類溶劑，脂肪族/環狀烴碳化合物、異丁醇、醋酸丁酯、二甲苯及水等一般性溶劑等。
7.根據權利要求1所述，製備的工藝可使用top-down或bottomup兩種方式。
8.根據權利要求7所述，top-down的方法，可為珠磨或球磨法，高速攪拌分散法、高壓均質機、高速噴流對撞法、及其他能提供高剪切作用之分散設備與工藝。分散的速度控制在大於8m/s或更高的15m/s,
9.根據權利要求7所述，bottomup方法，可採用熱液冷卻凝固法，將蠟類物質熱熔融後，再將之冷卻於載體液中 ，
10.根據權利要求7所述，製備工藝所產出的粒子其濃度需為0.5 5%。粒徑大小為5-40微米。
全文摘要
本發生涉及一種高效固液複合型水性塗料用消泡劑組成及製備工藝。由控制適當的均質及粒子製備分散工藝過程獲得均一大小及一定粒徑的消泡粒子、超低表張之非極性消泡組成物及具有易散布與滲透系之載體，以具體體現消泡劑之整體應用效應。
文檔編號C09D7/12GK103214896SQ201210017598
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者徐敬添, 連惠瑩 申請人:德謙(上海)化學有限公司