水性汽車涂料用炭黑分散劑的技術研究

馮宇東

摘? 要：為了提高環保性，汽車涂料正朝著粉末化和水性化方向發展，水性汽車涂料將成為未來汽車涂料的主要形式。基于此，本文對水性汽車涂料當中的炭黑分散技術應用問題進行了研究，簡述了涂料中的炭黑分散過程，并且基于實驗論述了基于炭黑分散劑制作含炭黑的水性汽車涂料的方法。

關鍵詞：水性汽車涂料;炭黑分散劑;分散原理

前言：

炭黑是一種極為理想的黑色顏料，在涂料工業當中可以發揮巨大價值，能為多種產品上色。為了追求更高的環保效益，涂料制作者需要應用污染性更小的含炭黑汽車涂料制作方法。因此，在實踐中可以基于高分子化合物對炭黑的錨定原理，制作環保性能更高的含有炭黑的水性汽車涂料。

1炭黑的分散過程

無定形碳被稱為炭黑，在該物質中碳原子的排列方式與石墨類似。炭黑擁有極佳的著色性和化學穩定性，是非常重要的黑色涂料制作原料[1]。隨著人們對黑色色彩喜愛度的提升，以炭黑為原料的黑色涂料使用范圍逐漸擴大。通常來說，將炭黑應用在涂料中需要對其進行分散，具體分散過程如下：（1）以涂料潤濕炭黑，完成炭黑-空氣界面炭黑-涂料界面的轉換。（2）分散炭黑，破壞炭黑的附聚體，使其成為聚積體。（3）推進炭黑粒子穩定化，完成整體分散過程。

2試驗與分析

現階段，國內汽車涂料大多為溶劑型涂料，在其生產和使用環節將會帶來極大的環境污染，與可持續發展要求相悖。因此，在提高汽車涂料環保性的前提下，相關工作人員應該著眼于研發可持續性能更強的水化汽車涂料。在下文中，筆者開展了試驗和分析，闡述了含有炭黑的高環保性汽車水化涂料的制備方法。

2.1試驗工作

在試驗工作中，需要逐步完成大分子引發劑、分散劑以及炭黑汽車水化涂料制備。

2.1.1大分子引發劑

此次試驗需要制備的大分子引發劑是PSt-CI，制備材料與原料眾多。在實踐中，需要先將定量聚乙烯單體放入反應釜之中，并在反應釜內放入攪拌槳、加熱裝置以及溫度計。然后，基于N2環境，先后加入溴化芐和氯化鐵/三苯基膦，二者分別有引發和催化作用。在充分攪拌過后，再放入還原劑抗壞血酸，而后繼續攪拌直至溫度升高到112℃。待反應完成并冷卻后，以四氫呋喃將聚合物溶解出來，再以冰甲醇沉淀。

2.1.2分散劑

制作分散劑時，不僅要放入大分子引發劑，還要分別放入環己酮和丙烯酸叔丁酯，劑量分別為12g和4g，然后，將混合物充分攪拌并在N2環境下催化，再以115℃油浴聚合。反應后冷卻沉淀并析出PSt—b—PtBA（聚合物）。然后采用l，4一二氧六環（1：3）溶解并放入濃鹽酸加熱回流反應，最后，以石油醚沉淀和分離所得水解物，并完成真空干燥，使其保持恒重后就可得到汽車水化涂料用炭黑分散劑。

2.1.3涂料制備

含有炭黑的汽車水化涂料，需要以水性炭黑顏料、分散劑、去離子水為原料進行制備，期間還需要使用功能流變助劑和水性消泡劑，圖1為其具體制備流程。

2.2試驗分析

在開展試驗結果分析前，需要先根據所獲產品開展性能測試。比如，基于國家標準測定含炭黑的高環保性汽車水性涂料的光澤、著色力、硬度、VOC和附著力等性能[2]。然后，再基于不同的影響因素開展試驗分析。

2.2.1反應溫度

反應溫度可以影響反應速率，所以不同反應溫度下的引發劑分解速度不同，炭黑結構內部變化情況也不相同。在100℃-125℃之間，按照單次增加5℃的方式進行多次聚合試驗后，115℃為最佳聚合溫度。而且，溫度條件越高，聚合反應、黑度、著色力越強;但溫度超過115℃以后，溫度對聚合反應的影響力大減。

2.2.2反應時間

以5h為基礎，單次增加5h/次，直至30h，分別開展涂料性能測定發現，最佳反應時間為25h。當反應時間小于25h時，反應時間與轉化率成正比，但在25h時轉化率已達最高點，再延長轉化時間并無實際意義。

2.2.3分散劑用量

為驗證分散劑的影響力，相關工作人員可基于定量涂料，靈活調控分散劑用量，進而獲得相應結論。比如，以單次增加10%的幅度，讓分散劑用量從50%加至80%，并保證其他條件相同。通過觀察發現，當按照固體質量分數60%的比例加入分散劑時，可獲得最佳分散效果，涂料的黑度和著色度也將保持在最高水平。當分散劑用量小于最佳值時，用量越高分散越強，黑度與著色度越高;而當用量大于最佳值時，用量越大分散能力越低。

結論：

總而言之，炭黑的分散性將成為影響涂料性能和實用價值的關鍵性因素。為了制作具有可持續發展性的含炭黑汽車涂料，相關工作人員基于錨定原理，對可用于水性汽車涂料的炭黑分散劑進行了研究，在制備成功后從溫度和時間兩方面對產品性能進行了驗證，確定了涂料的可用性和環保性。這一研究，可以推進汽車水化涂料發展提供巨大幫助。

參考文獻

[1]? 朱則剛.解讀水性涂料的增稠劑和潤濕分散劑“密碼”[J].乙醛醋酸化工，2019（04）：25-29+24+15.

[2]? 季興宏.新型高分子分散劑的合成技術及其在水性涂料中的應用[J].中國涂料，2018，33（08）：17-22.