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原料讲坛 | 硬脂酸锌(上)
硬脂酸锌外观为白色蓬松状粉末,有滑腻感,主要用做涂料、塑料、橡胶工业的打磨助剂、润滑剂、脱模剂、防粘剂等。
硬脂酸锌产品标准
涂料硬脂酸锌产品标准为HG/T 3667-2012《硬脂酸锌》行标【注1】,技术要求如下:
项目指标试验方法
外观白色粉末HG/T 3667
锌含量10.8±0.5%同上
细度,≤40μmGB/T 6753.1
分散性,≥8级同上
附着力,≤2级GB/T 9286
防沉性,≥3级HG/T 3667
透明性,≥2级同上
消泡性,≥3级同上
以上分散性、防沉性、透明性、消泡性,均采用在大豆油短油醇酸树脂中添加5%硬脂酸锌、高速分散10分钟后测定,按状态等级进行评定,方法标准且评价结果可以数据化,比较有用。但遗憾的是,该标准欠缺打磨性这一重要项目。
其它指标可参考用于塑料、橡胶的硬脂酸锌的技术要求,如:游离酸(以硬脂酸计)≤0.8%、加热减量≤1%、熔点120±5℃、细度≤75μm。用于橡塑材料的硬脂酸锌对游离酸要求较严,但分散细度方面不要求如涂料细腻;涂料用硬脂酸锌的熔点无具体技术要求,一般认为是118±3℃。
硬脂酸锌性能特点及主要用途用法
硬脂酸锌合成方法早期主要采用复分解法(湿法),即在热水中溶解硬脂酸,加入烧碱进行皂化,生成硬脂酸钠,再加入硫酸锌进行复分解反应,产物硬脂酸锌以沉淀析出。该法因有副产物Na2SO4废盐水产生,排污受限难有发展。另外,该法生产的硬脂酸锌杂质较多,也直接影响了其透明度,在涂料中使用受限。
涂料用硬脂酸锌较先进的合成方法是直接法(干法),由硬脂酸和氧化锌在110-140℃熔融状态下经双氧水催化,直接反应制取,经气流粉碎或喷雾粉碎得到成品。无副产物,无三废产生。二者反应产物为硬脂酸锌和水,少量残留硬脂酸(熔点为56℃)和氧化锌(熔点为800℃),当酸值高时,成品硬脂酸锌熔点低于118℃;当氧化锌含量高时,成品硬脂酸锌熔点高于118℃。
硬脂酸锌分子式为:C36H70O4Zn,也可写为:[CH3(CH2)16COO]2 Zn,其结构如下:
从分子结构上分析,硬脂酸锌是一种无机杂化的有机化合物,其有一个刚性的无机金属离子内核和两条线形柔性脂肪长链,外柔内刚,外圆内方,是典型的阴阳相济的核壳分子结构,柔滑(来源于硬脂酸)和刚硬(来源于氧化锌)并重,成就了其很好的打磨性能。丙烯酸树脂、醇酸树脂等只有柔滑,故打磨粘砂纸;银粉、重钙等只有刚硬,故砂纸打磨不动。硬脂酸锌刚好兼具二者之长,既打磨得动又不粘砂纸,具有优异的打磨性能,因而成为了涂料工业中重要的一种辅助原料。
从涂层上分析,硬脂酸锌用于涂料的打磨助剂,是基于其质轻、表面张力低的特点,成膜时大多漂浮镶嵌在漆膜表面,从而在微观尺度上产生了粗糙度,用砂纸打磨时容易出粉和不粘砂纸。
以硬脂酸锌为底漆的打磨助剂,通常适用于溶剂型醇酸漆、硝基漆、PU漆、PE漆、环氧漆、丙烯酸漆等,也适用于水性醇酸漆、水性PU漆、水性环氧漆、水性丙烯酸漆等,添加量约为1-6%(重量)。但硬脂酸锌如同硬脂酸钠(即肥皂、钠皂),实际上可视为一种锌皂,皂的特点是表面张力低且稳泡,故其不适用于UV漆,因其稳泡性对UV漆的淋涂和辊涂影响很大(会致跳幕或鱼眼缺陷)。
硬脂酸锌用于PU漆,因锌盐的活化作用,会催化-NCO与-OH基团的反应,pot life将变短,配方设计时应关注。同时硬脂酸锌用于厚稠的PU、NC底漆时,应控制好研磨温度不超过50℃,否则经冬季低温储存后可能出现返粗问题,其原因是硬脂酸锌经高温研磨时,硬脂酸锌出现了部分溶解现象【注2】,硬脂酸锌溶于热的甲苯、二甲苯、乙醇等溶剂,当遇低温时其从溶剂中析出返粗。
硬脂酸锌在强酸环境条件下不稳定,易分解为硬脂酸和相应的锌盐。AC酸固化漆是通过酸固化剂(如对甲苯磺酸)催化交联成膜,硬脂酸锌不能用于该涂料体系,因其酸固化剂会使硬脂酸锌分解,影响漆膜干速和打磨性能。
硬脂酸锌的锌含量较低,本质上仍具有机物特性,譬如硬脂酸锌粉尘与空气混合,能形成爆炸性混合物,其爆炸下限[%,V/V]为11.6g/m3、爆炸上限为300g/m3,故在制漆投料过程中应特别注意,在投料口周边必须采取防静电措施,以及除尘措施。
游离酸及水分含量对硬脂酸锌制漆性能的影响
涂料用硬脂酸锌虽无游离酸含量指标要求,但制造商可通过控制游离酸含量来达成产品差异化的目的。关于硬脂酸锌之游离酸含量对制漆性能的影响,我们的测试数据如下:
项目样品1样品2样品3试验方法
硬脂酸锌游离酸含量<0.5%0.5-1.0%1.0-1.5%HG/T 3667
熔点,℃118117115同上
研磨细度30μm40-45μm45-50μmGB/T 6753.1
消泡性33+4G/T 3667 5.3.9(4级最好,0级最差)
打磨性标准略差差目测打磨易出粉及不粘砂纸的程度
防沉性43+3HG/T 3667 5.3.7(4级最好,0级最差)
上表数据显示,硬脂酸锌游离酸含量越高,消泡性越好;但打磨性和防沉性变差。
直接法生产硬脂酸锌有水份产生,一般通过减压蒸馏分离,但成品中还会残留一定水份。硬脂酸锌之水份含量对制漆性能的影响如下:【注3】
项目样品1样品2样品3试验方法
硬脂酸锌水份含量0.5%1.0%1.5%HG/T 3667
分散性10108GB/T 6753.3
(10级最好,0级最差)
消泡性433HG/T 3667 5.3.9
(4级最好,0级最差)
打磨性标准差很差目测打磨易出粉及不粘砂纸的程度
透明性320HG/T 3667 5.3.8
(4级最好,0级最差)
上表数据显示,硬脂酸锌水份含量越高,分散性、消泡性、打磨性、透明性均将变差,尤其是透明性方面,漆膜将呈现浑浊白化之完全不透明状态。
(未完待续)
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