Der Hauptgrund für die Trocknungsgeschwindigkeit von Wasserlacken ist das Harz!

Schnelle Trocknung ist die am häufigsten gehörte Kundenforderung für Wasserlacke. Aufgrund der Einzigartigkeit seiner molekularen Struktur, d. h. der starken Wasserstoffbindung zwischen Molekülen, unterscheiden sich seine Eigenschaften offensichtlich von denen der meisten organischen Lösungsmittel. Im Bereich der Wasserlacke konzentriert sich diese Eigenschaft darin, dass aufgrund der hohen Verdampfungswärme von Wasser die Verdunstungsgeschwindigkeit von Wasser zehnmal oder sogar dutzendmal langsamer ist als die von üblichen Lacklösemitteln. Da außerdem der Wasserdampfgehalt in der Luft erheblich ist und mit den Jahreszeiten stark variiert, ändert sich die Verdunstungsrate von Wasser entsprechend. Im schlimmsten Fall, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 100 % erreicht, hört die Wasserverdunstung auf, und das nichtwässrige Lösungsmittel wird von diesem Faktor nicht beeinträchtigt.

Obwohl Beschichtungen auf Wasserbasis vor den oben genannten technischen Herausforderungen stehen, werden sie aufgrund ihrer Umweltschutzeigenschaften unweigerlich zu einem wichtigen Bestandteil des Beschichtungsbereichs. Mit den unermüdlichen Bemühungen der Arbeiter für wasserbasierte Farben in den letzten zehn Jahren ist die wasserbasierte Farbentechnologie immer ausgereifter geworden. Im Folgenden werden die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Trocknungsgeschwindigkeit von Wasserlacken und entsprechende Maßnahmen bei der Formulierung diskutiert.

1. Harzauswahl:
Wie bei allen Beschichtungen wird die Leistung von Beschichtungen auf Wasserbasis weitgehend durch das in der Formulierung gewählte Harz bestimmt. Die überwiegende Mehrheit der filmbildenden Harze auf Wasserbasis sind Emulsionssysteme, und der Filmbildungsmechanismus dieses Systems unterscheidet sich von dem von Beschichtungen auf Lösungsmittelbasis. Das Harz auf Lösungsmittelbasis und das Lösungsmittel bilden ein einphasiges System. Mit dem Verdampfen des Lösungsmittels erhöht sich die Viskosität des Systems bis es zu einem Feststoff wird. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Systems handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess. Die Emulsion auf Wasserbasis ist ein Zweiphasensystem. Beim Verdampfen von Wasser ändert sich die Viskosität des Systems zu Beginn nicht sehr, aber wenn das Volumen der Emulsionspartikel einen kritischen Wert des gesamten Systemvolumens ausmacht, wechselt das System plötzlich von einem Betriebszustand in einen festen Zustand . Dieser kritische Punkt ist ein diskontinuierlicher Prozess, das Einsetzen der Klebfreiheit von Farben auf Wasserbasis, so dass die Zeit der Klebfreiheit von Farben auf Wasserbasis kürzer ist als die von einigen Farben auf Lösungsmittelbasis. Die gesamte Leistung von der Oberflächentrocknung bis zur Lackfilmleistung hängt von der Verdunstungsrate des Restwassers im System, der gegenseitigen Durchdringung von Makromolekülen in den Emulsionspartikeln und der Verdunstungsrate anderer kleiner organischer Moleküle im System ab. Um das System zu optimieren, sollte bei der Herstellung wasserbasierter Lackformulierungen das Harz nach folgenden Gesichtspunkten ausgewählt werden:
a. Feststoffgehalt: Im Allgemeinen gilt: Je höher der Feststoffgehalt der Emulsion ist, desto näher liegt er am kritischen Wert der Oberflächentrockenheit und desto schneller ist die Trocknungsgeschwindigkeit. Ein zu hoher Feststoffgehalt bringt jedoch auch eine Reihe ungünstiger Faktoren mit sich. Eine zu schnelle Oberflächentrocknung verkürzt das Putzintervall und führt zu Unannehmlichkeiten bei der Konstruktion. Emulsionen mit hohem Feststoffgehalt haben in der Regel schlechte rheologische Eigenschaften aufgrund der geringen Abstände zwischen den Harzpartikeln und sind unempfindlich gegenüber Verdickungsmitteln, was die Einstellung des Sprüh- oder Stuckverhaltens von Beschichtungen erschwert.
b. Teilchengröße der Emulsion: Je kleiner die Emulsionsteilchen, desto kleiner der Abstand zwischen Teilchen bei gleichem Feststoffgehalt, desto niedriger der kritische Wert der Oberflächentrockenheit und desto schneller die Trocknungsgeschwindigkeit. Die kleinen Teilchen der Emulsion bringen auch andere Vorteile wie gute Filmbildung und hohen Glanz.
c. Glasübergangstemperatur des Harzes (Tg): Im Allgemeinen gilt: Je höher die Tg des Harzes, desto besser die endgültige Filmbildungsleistung. Bei der Trocknungszeit ist der Trend jedoch grundsätzlich umgekehrt. Für Harze mit hoher Tg ist es normalerweise notwendig, mehr filmbildende Hilfsstoffe in die Formulierung zu geben, um das gegenseitige Eindringen von Makromolekülen zwischen Emulsionspartikeln zu erleichtern und die Filmbildungsqualität zu fördern. Und diese Koaleszenzmittel benötigen genügend Zeit, um aus dem System zu verdunsten, wodurch die Zeit von der Oberflächentrocknung bis zur vollständigen Trocknung tatsächlich verlängert wird. Daher stehen bei diesem Tg-Faktor Trocknungszeit und Filmbildungseigenschaften oft im Widerspruch.
d. Phasenstruktur von Emulsionspartikeln: Je nach Herstellungsverfahren der Emulsion kann die gleiche Monomerzusammensetzung unterschiedliche Partikelphasenstrukturen bilden. Die bekannte Kern-Hülle-Struktur ist ein solches Beispiel. Obwohl es unmöglich ist, alle Partikel einer Emulsion zu einer Kern-Hülle-Struktur zu verarbeiten, ist die Metapher dieses Bildes, dass die Menschen ein allgemeines Verständnis der filmbildenden Eigenschaften der Emulsion haben können. Wenn die Hüllen-Tg der Teilchen niedrig und die Kern-Tg hoch ist, benötigt das System weniger Filmbildehilfsmittel und trocknet schnell. Da jedoch die kontinuierliche Phase nach der Filmbildung ein Harz mit niedriger Tg ist, wird die Härte des Lackfilms bis zu einem gewissen Grad beeinträchtigt. Wenn im Gegensatz dazu die Schalen-Tg der Teilchen hoch ist, ist eine bestimmte Menge an Hilfsstoff für die Filmbildung erforderlich, und die Trocknungsgeschwindigkeit des Films wird langsamer sein als die des ersteren, aber die Härte nach dem Trocknen wird höher sein als die des ersteren.
e. Art und Menge des Tensids: Bei der Herstellung gängiger Emulsionen wird eine bestimmte Menge Tensid verwendet. Tensid wirkt isolierend und schützend auf die Emulsionspartikel und hat einen großen Einfluss auf den filmbildenden Prozess des Partikelschmelzens, insbesondere im Anfangsstadium, dh wenn die Oberfläche trocken ist. Darüber hinaus haben diese einzigartigen Chemikalien eine gewisse Löslichkeit in der Wasser- und Ölphase, und der im Harz gelöste Teil wirkt tatsächlich als Koaleszenzhilfe. Unterschiedliche Tenside wirken aufgrund ihrer unterschiedlichen Löslichkeit in Harzen unterschiedlich als Filmbildner.

2. Aushärtungsmechanismus des Harzes:
Die Bildung und Aushärtung von Harzfilmen auf Wasserbasis hat im Allgemeinen mehrere Mechanismen. Erstens ist die Aggregation und Verschmelzung von Emulsionspartikeln ein Mechanismus, den jede Emulsionsoberflächentrockenheit erfahren muss. Dann bringt die Verflüchtigung von Wasser und anderen Filmbildungshilfsmitteln die grundlegenden Eigenschaften des thermoplastischen Harzes selbst vollständig zum Ausdruck, was die zweite Härtungsstufe ist. Schließlich führen einige Emulsionen während der Herstellung einen Vernetzungsmechanismus ein oder führen ein Vernetzungsmittel ein, wenn die Beschichtung verwendet wird, so dass die Härte des Films auf der Basis von thermoplastischem Harz weiter verbessert wird. Der Vernetzungsmechanismus dieses letzten Schritts hat einen großen Einfluss auf die endgültige Aushärtungsgeschwindigkeit und den Aushärtungsgrad des Films. Übliche Vernetzungsmechanismen umfassen oxidative Vernetzung (wie Vernetzung von Alkydharzen), Michael-Additionsvernetzung (wie einige selbstvernetzende Emulsionssysteme) und nukleophile Substitutionsvernetzung (wie Epoxid, Polyurethan usw.). Diese Vernetzungsreaktionen werden durch Faktoren wie Temperatur und pH-Wert beeinflusst, und das Verhältnis zwischen den Härtungsanforderungen des Systems und anderen Eigenschaften sollte bei der Formulierung ausgewogen sein.

3. Dosierung und Arten von Filmbildehilfsmitteln:
Theoretisch ist jedes Harzlösungsmittel ein Koaleszenzmittel. In der Praxis gibt es unter Berücksichtigung von Faktoren wie Sicherheit, Kosten, Geschwindigkeit usw. nur ein Dutzend gebräuchlicher filmbildender Additive, hauptsächlich einige hochsiedende Alkohole, Ether und Ester. Diese Koaleszenzmittel haben ihre eigenen Vorlieben für verschiedene Wasserlackingenieure. Im Allgemeinen hat ein erfahrener Ingenieur nur zwei oder drei Arten von Koaleszenzmitteln, die üblicherweise verwendet werden. Die Hauptüberlegungen sind die Verteilung der Reagenzien zwischen dem Wasser und dem Harz und innerhalb der Harzpartikel. Insbesondere wenn das Harz auf Wasserbasis ein Mehrphasenharz ist, ist die Auswahl und Abstimmung der Filmbildehilfsmittel besonders wichtig.

4. Bauumgebung:
Am Anfang dieses Artikels haben wir das Thema Wasser besprochen. Gerade wegen der Eigenschaften von Wasser stellen wasserbasierte Beschichtungen im Bauumfeld höhere Anforderungen als ölbasierte Farben, hauptsächlich um die Temperatur und Feuchtigkeit während des Baus so weit wie möglich zu kontrollieren. Bei der Konstruktion der allgemeinen Formel sollte versucht werden, eine Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit zu vermeiden. Wenn es unter hoher Luftfeuchtigkeit aufgetragen werden muss, sollte die Rezeptur angepasst werden, oder ein Harz mit schneller Filmbildung gewählt oder die Stelle isoliert werden.




Epoxidharz auf Wasserbasis