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    1. 應用前沿 - 交聯丙烯酸聚合物應用于網球和匹克球場地涂料

      2023-08-29 08:20:37 968
      水性色漿
      水性色漿


      許多網球場和匹克球場地涂料都是基于傳統的戶外用丙烯酸乳液聚合物,但是可以專門設計聚合物,以使涂料可以滿足更高的性能要求。除了要有出色的抗紫外線能力以承受充分的陽光照射外,這些涂料還必須經得起人流的磨損,并與球場紋理用的沙子填料有良好的附著力。它們還必須能夠涂成厚厚的薄膜,但仍能快速干燥,以便在噴涂后涂層變濕時不會起泡?,F在設計了一種具有良好耐磨性和耐水性的交聯丙烯酸聚合物,評估后認為可能應用于球場涂料。


      本文對這種交聯丙烯酸聚合物的性能與運動場地涂料中使用的傳統丙烯酸進行了比較。

      運動場地涂料需要滿足幾個關鍵的性能要求。良好的耐磨性是很重要的,這樣涂料就能承受住網球和匹克球比賽時運動員反復出現的突然啟動和停止帶來的磨損。涂料需要有良好的早期耐水性,所以如果涂料在完全固化之前暴露在水中,也不會形成水泡。涂料還需要對底層(通常是混凝土或瀝青)有良好的附著力,以防產生砂眼,當然良好的長期耐久性也是必須的。


      最后,涂料中使用的聚合物必須與用于賦予涂料質地的沙子有良好的粘合力。這是很重要的,因為當用于涂層的沙子因磨損而流失時,球場的比賽速度會發生變化。沙子的流失會使表面更加光滑,從而使球的彈跳力降低,并使比賽速度加快。由于沙子通常在表面上不均勻地流失,球場上會出現一些區域打球速度比其它區域快的情況。具有良好沙子附著力的運動場地涂料最好需要較少的重涂次數來保持比賽所需的速度。


      丙烯酸聚合物的配方可進行改進,來改善用于運動場地涂料的性能。丙烯酸聚合物可以在環境溫度下進行自交聯,因為已經證明交聯是可以提高耐磨性和拉伸屈服強度。丙烯酸聚合物還可以加入附著力改性劑,因為這些改性劑可以幫助提高對沙子和基質中骨料的附著力??刮勰芰梢酝ㄟ^幾種策略來改善,包括使用交聯劑、紫外線吸收劑或硅烷。最后,乳液聚合物中使用的表面活性劑的數量已被證明會影響耐水性。因此,丙烯酸樹脂需要用符合良好聚合物穩定性的樹脂及最小量的表面活性劑來配制。



      材料和方法

      實驗通過一種全丙烯酸交聯聚合物與該聚合物的不含交聯劑變體進行比較。這兩種聚合物的Tg為7℃,MFFT為<0℃,并且都是50%的固含量。在第二輪實驗中,將交聯的聚合物與一種常用于網球和匹克球球場涂料的競品丙烯酸聚合物進行了比較。關鍵詞:家具透明漆、汽車透明漆、通用色漿廠家、色漿有幾種顏色、色漿是什么、國內色漿企業排名、色漿色膏、供應色漿、色漿生產廠,色漿用炭黑,涂料色漿品牌。

      用不同的聚合物配制了運動場地彩色面漆,PVC含量為20.6%,VOC含量為32克/升,體積固含量為36%。聚合物的含量是以體積固體為基礎進行調整的,還包括了基于聚合物重量4%的固體的疏水性凝聚劑。彩色面漆配方中含有5%的鉻綠顏料和12%的霞石正長巖填充顏料(按總配方重量計算)。實驗使用了一種多酸分散劑,并使用HEC增稠劑和凹凸棒石粘土的組合對配方進行了增稠。在實驗性彩色面漆配方中沒有使用纖維,因此可以進行拉伸和伸長率測試。一些測試是在稀釋的彩色面漆中加入80目沙子來模擬沙子填充的紋理面漆。

      測試方法

      對含有和不含交聯劑的兩種實驗性聚合物進行了以下測試評估。

      ◆ 早期耐水性:在乙烯擦洗圖上畫下20密耳的濕膜,在室溫和50%的相對濕度下干燥4小時,然后將面板半浸在水中,浸泡一晚。用1-10的標準來記錄平均水泡大?。?0=無水泡)和水泡的密度(無、少、中、密)。
      耐刮擦性:沒有添加沙子的涂料依次使用7密耳的陶氏刀片在乙烯基刮擦圖中拉下來。面板老化一周,然后在Gardner刮擦測試器上使用刮擦刷和SC-2 Leneta刮擦測試介質檢查耐刮擦性。測試是在墊片上進行的,記錄了墊片首次破損和貫穿所需要的次數。

      ◆ 拉力/伸長率:伸長率的測試是通過先用15密耳的塊狀材料在離型紙上拉下每一種涂料。過夜后,在老化的涂膜上直接涂上第二層,讓其老化兩周,一周后將涂膜剝開并翻轉過來。然后從每層薄膜上打出10條尺寸為0.5英寸×3英寸的樣品條,并在聯合STM-10 kN拉伸試驗機上以2英寸/分鐘的速度拉伸,使用10磅的負荷傳感器。記錄10個樣品的平均拉伸和伸長率。

      ◆ 吸污:抗污能力是通過在未處理的QUV鋁板上用15密耳的塊狀物拉下每種涂料來進行的。每個面板老化一周,然后暴露在QUV-A燈泡下18小時。一半的面板被涂上83%的紅色氧化鐵溶液,并讓其干燥一晚。第二天,用濕紙巾擦去污垢溶液,去除所有殘留物。記錄清潔區域與擦拭區域的?E。


      在研究的第二部分,對競品聚合物和交聯丙烯酸酯進行了如上相同的測試以及以下額外的測試。


      ◆ Taber耐磨性:用Taber Abrader測試了添加和不添加沙子的油漆,以評估沙子的保留。每種涂料都被刷在木板上,只刷一層,讓其老化一晚,然后再刷第二層。然后讓木板老化一個星期。在磨蝕前對木板進行稱重,然后用CS17輪子和500克的砝碼在5135型Taber旋轉平臺磨蝕試驗機上磨蝕100或200次。完成后,再次對樣品進行稱重以記錄重量損失。

      ◆ 水膨脹:水膨脹是通過在離型紙上鑄膜,然后切開一個1英寸見方的部分來進行。對切片進行稱重,然后浸泡一周。將切片在紙巾上快速擦干,以去除表面的水分,然后重新稱重。

      ◆ 低溫柔韌性:為了測試低溫柔韌性,在經過處理的鋁質QUV面板上用40密耳的塊狀材料拉下涂料,并老化三天,然后在120℉的烘箱中放置五天。然后面板被冷卻到-15℉。當溫度仍為-15℉時,面板在1/2英寸的心軸上被彎曲。對樣品進行評估,看其是否有裂紋和其他沿彎曲方向的薄膜缺陷。

      ◆ 對混凝土和瀝青的附著力:涂料在停車場的老化混凝土或老化瀝青上分兩層刷出?;炷梁蜑r青的干燥附著力是用附有2英寸滑輪的Elcometer 106 / 6來測試的?;営脙刹糠汁h氧樹脂膠粘在涂層上,并經過一夜的固化。記錄拉動滑輪的力量和故障類型。

      ◆ QUV-A:為了加速風化,每一種涂料都用15密耳的木條在未處理過的鋁板上拉下來,讓其老化一周。老化后,根據ASTM G154 cycle1,每個面板在QUV中運行1000小時。與面板的初始顏色和光澤度相比,測量暴露區域的?E和光澤度變化。


      結果:交聯的影響


      表1給出了實驗室對無交聯的丙烯酸與交聯的類似物在運動場涂料中的評估結果。


      由于運動場地的涂料會受到跑步時腳部的沖擊和球的撞擊而產生磨損,因此薄膜的韌性和耐磨性非常重要。


      衡量薄膜韌性的一個標準是聚合物的耐刮擦性,盡管聚合物的相對耐水性和耐堿性可能也在這個測試中起作用。實驗發現用交聯的丙烯酸制造的涂料比未交聯丙烯酸類似物制造的涂料具有更好的耐刮擦性。據報道,幾種類型的交聯聚合物的耐刮擦性都有所提高,本研究中較高的耐刮擦性可能與丙烯酸聚合物的顆粒內交聯有關。交聯薄膜的韌性增加體現在拉伸和伸長率測量中。交聯的涂料(582 psi)比未交聯的涂料(249 psi)具有更高的拉伸強度(圖1)。機械性能的提高在一些不同種類的交聯研究中也有不少報道。耐刮擦性的提高和更高的抗拉強度可能表明交聯的丙烯酸樹脂能很好地承受網球或匹克球運動中的沖擊或運動中腳步對其的磨損。


      如果運動場地涂料太軟,它們會吸收來自人流或環境的污垢,從而導致變色。在實驗室的污垢收集測試中,將氧化鐵漿涂在面板上,較軟的薄膜通常會保留更多的氧化鐵顏料,從而得到較高的ΔE顏色測量值。交聯薄膜在實驗室污垢吸收測試中的ΔE值較低,這可能表明交聯薄膜在運動場上使用時可能會改善污垢吸收能力。隨著球場的老化,這種抗污能力的提高可能會導致外觀的改善。


      對于網球和匹克球球場涂料,耐水性也非常重要,因為涂層的起泡是一個經常被投訴的問題。當部分固化的涂層暴露在積水或降雨中時,就會出現起泡現象。由于涂料通常是在一天內涂上兩層相對較厚的涂層,如果涂料在干燥幾個小時后暴露在意外的降雨中,就很難獲得良好的抗泡性。在這項研究中,如果讓兩種涂料過夜固化,它們都有非常好的抗泡性,但與未交聯的對照組相比,有環境溫度下交聯的涂料在早期耐水性方面有明顯的改善(圖2)。隨著早期耐水性的提高,交聯技術可能有助于防止在干燥僅幾小時后出現突然的暴雨時,場地因為涂層起泡被投訴。


      然而,環境濕度被發現對早期耐水性很重要。在65%的濕度下,交聯的涂料需要更長的時間(6小時而不是4小時)才能達到抗泡性。即使在6個小時的時間里,交聯的丙烯酸樹脂仍然比非交聯的對照組要好得多,因為對照組涂料的固化速度也很慢。

      自交聯聚合物在耐刮擦性、拉伸強度、抗污性和早期耐水性方面均優于未交聯的對照組,所有這些都可能表明運動場涂料的性能得到了改善。為了確定其性能是否可以在商業上接受,我們將交聯對照組與一種競爭性的丙烯酸聚合物進行了比較,這種聚合物通常用于運動場地涂料。

      水性色漿

      結果:與競品聚合物的比較

      表2是該交聯聚合物與一種用于運動場地的競品丙烯酸聚合物比較的結果。聚合物1是實驗性的自交聯丙烯酸樹脂,其固體含量為50%,Tg為7℃,MFFT為0℃。聚合物2是一種用于運動場地的競品全丙烯酸酯,固體含量為65%,Tg為12℃,MFFT為9℃。在這部分測試中也使用了運動場地配方,按體積固體含量替換了聚合物,部分測試還加入了沙子。

      表2. 實驗室對交聯聚合物與一種用于運動場地的競爭性丙烯酸聚合物的評估結果。


      耐刮擦性通常被認為是衡量耐磨性的一個標準。在沒有添加沙子的配方中,與交聯對照組并排。在環境溫度下交聯的涂料比競爭性聚合物有更高的耐磨擦性。

      另一個耐磨性測試是Taber測試。在這個測試中,油漆板被暴露在一個旋轉的研磨輪上,測量重量損失。Taber測試是在添加和不添加沙子的油漆上進行的。在不加沙子的情況下,重量損失沒有太大差別,但在加沙子的測試中(圖5),交聯丙烯酸酯的重量損失比競品丙烯酸酯低得多。在有沙子的配方中,交聯聚合物的重量損失較低,一個可能的原因是聚合物對沙子有更好的附著力,這可能是由于交聯或使用了附著力改性劑的原因。它表明交聯丙烯酸樹脂的保沙性比競爭性聚合物好,交聯丙烯酸樹脂在運動場上的沙子流失較少。由于沙子流失會導致運動性能下降,只能通過重涂來補救,因此交聯聚合物可能減少重涂的可能。

      圖5是用這兩種聚合物制成的涂料的早期耐水性結果。在這項測試中,厚膜在50%的相對濕度下干燥4小時,交聯丙烯酸酯的早期耐水性比競品聚合物2號好得多。交聯丙烯酸樹脂的早期耐水性可能有助于防止新膜在干燥幾小時后暴露在雨中而出現起泡故障。由交聯聚合物制成的涂料具有更好的耐水性,這可能是由于薄膜對水的敏感性較低。

      另一個耐水性的測試是水膨脹測試。在這個測試中,將油漆的自由薄膜浸泡在水中一周,測量其重量變化以表明干膜吸收了多少水。水膨脹試驗的結果顯示在圖6中。環境溫度下的自交聯已被證明可以減少透明薄膜的吸水率,盡管程度相對較小。在這種情況下,與競品聚合物相比,水膨脹的改善可能是由于交聯、單體選擇和聚合物之間的表面活性劑差異的綜合結果。


      運動場涂料還需要平衡靈活性和韌性。柔韌性是為了在基材因溫度變化而膨脹或收縮時,薄膜不會開裂。薄膜的韌性有助于實現良好的耐磨性。拉伸和伸長率數字表明,交聯聚合物的拉伸強度較高,表明薄膜韌性較強,但伸長率低于競爭性聚合物。如果伸長率太低,漆膜可能會在低溫下開裂,所以實驗還進行了低溫柔性測試。


      在這個測試中,面板老化一周,然后在-15℉平衡板后,在四分之一英寸的心軸上彎曲。油漆在彎曲處被拉伸的開裂量被認為是衡量薄膜在低溫下能與基材移動的程度。低溫彎曲試驗的面板顯示在圖7中。盡管伸長率較低,但交聯聚合物的抗裂性比競品聚合物好,即使在現場極端溫度變化引起的應力下也能彎曲。

      圖8是抗污測試的面板。與競品聚合物相比,交聯丙烯酸樹脂的變色程度更低,抗污能力更強。

      與基材之間的附著力也很重要。如果基材膨脹或收縮,具有良好附著力的涂料就不容易脫粘,而且它們可以更好地抵御在薄膜暴露于水中時可能導致起泡的力量。這兩種涂料都有很好的附著力,在老化的混凝土和瀝青停車場上進行的拉斷試驗中,由于基材不合格而實驗失敗,但是預計在混凝土或瀝青基材上建造的運動場地上都會有良好的耐久性。

      水性色漿

      結論

      與同配方的非交聯丙烯酸相比,交聯的丙烯酸在配方制成運動場地涂料時,在性能上有幾個明顯的改進。交聯丙烯酸酯具有更好的早期耐水性、耐刮擦性、抗污性和更高的拉伸強度。


      在與用于運動場地涂料的競品商業丙烯酸聚合物的比較中,也可以看出自交聯和整體聚合物設計的優勢。與競品聚合物相比,交聯的丙烯酸樹脂具有更好的耐刮擦性、耐污性和更高的抗拉強度。此外,在與沙子的配方中,交聯丙烯酸樹脂具有更好的Taber耐磨性,這可能表明其具有更好的沙子保持性。最后,交聯聚合物的早期水泡抗性明顯優于其中一種競品,與另一種產品相當。


      實驗室測試的交聯丙烯酸樹脂的性能總體上非常好,應用于運動場地時的性能預計也會非常好。這項技術已經商業化,并成功地應用于運動場地。

      作者:Greg Monaghan,Roderick Marshall,EPS工程聚合物解決方案


      ? 內容來源 | 涂料與油墨中國版

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