水性汽车涂料用炭黑分散剂的技术研究

冯宇东

摘  要：为了提高环保性，汽车涂料正朝着粉末化和水性化方向发展，水性汽车涂料将成为未来汽车涂料的主要形式。基于此，本文对水性汽车涂料当中的炭黑分散技术应用问题进行了研究，简述了涂料中的炭黑分散过程，并且基于实验论述了基于炭黑分散剂制作含炭黑的水性汽车涂料的方法。

关键词：水性汽车涂料;炭黑分散剂;分散原理

前言：

炭黑是一种极为理想的黑色颜料，在涂料工业当中可以发挥巨大价值，能为多种产品上色。为了追求更高的环保效益，涂料制作者需要应用污染性更小的含炭黑汽车涂料制作方法。因此，在实践中可以基于高分子化合物对炭黑的锚定原理，制作环保性能更高的含有炭黑的水性汽车涂料。

1炭黑的分散过程

无定形碳被称为炭黑，在该物质中碳原子的排列方式与石墨类似。炭黑拥有极佳的着色性和化学稳定性，是非常重要的黑色涂料制作原料[1]。随着人们对黑色色彩喜爱度的提升，以炭黑为原料的黑色涂料使用范围逐渐扩大。通常来说，将炭黑应用在涂料中需要对其进行分散，具体分散过程如下：（1）以涂料润湿炭黑，完成炭黑-空气界面炭黑-涂料界面的转换。（2）分散炭黑，破坏炭黑的附聚体，使其成为聚积体。（3）推进炭黑粒子稳定化，完成整体分散过程。

2试验与分析

现阶段，国内汽车涂料大多为溶剂型涂料，在其生产和使用环节将会带来极大的环境污染，与可持续发展要求相悖。因此，在提高汽车涂料环保性的前提下，相关工作人员应该着眼于研发可持续性能更强的水化汽车涂料。在下文中，笔者开展了试验和分析，阐述了含有炭黑的高环保性汽车水化涂料的制备方法。

2.1试验工作

在试验工作中，需要逐步完成大分子引发剂、分散剂以及炭黑汽车水化涂料制备。

2.1.1大分子引发剂

此次试验需要制备的大分子引发剂是PSt-CI，制备材料与原料众多。在实践中，需要先将定量聚乙烯单体放入反应釜之中，并在反应釜内放入搅拌桨、加热装置以及温度计。然后，基于N2环境，先后加入溴化苄和氯化铁/三苯基膦，二者分别有引发和催化作用。在充分搅拌过后，再放入还原剂抗坏血酸，而后继续搅拌直至温度升高到112℃。待反应完成并冷却后，以四氢呋喃将聚合物溶解出来，再以冰甲醇沉淀。

2.1.2分散剂

制作分散剂时，不仅要放入大分子引发剂，还要分别放入环己酮和丙烯酸叔丁酯，剂量分别为12g和4g，然后，将混合物充分搅拌并在N2环境下催化，再以115℃油浴聚合。反应后冷却沉淀并析出PSt—b—PtBA（聚合物）。然后采用l，4一二氧六环（1：3）溶解并放入浓盐酸加热回流反应，最后，以石油醚沉淀和分离所得水解物，并完成真空干燥，使其保持恒重后就可得到汽车水化涂料用炭黑分散剂。

2.1.3涂料制备

含有炭黑的汽车水化涂料，需要以水性炭黑颜料、分散剂、去离子水为原料进行制备，期间还需要使用功能流变助剂和水性消泡剂，图1为其具体制备流程。

2.2试验分析

在开展试验结果分析前，需要先根据所获产品开展性能测试。比如，基于国家标准测定含炭黑的高環保性汽车水性涂料的光泽、着色力、硬度、VOC和附着力等性能[2]。然后，再基于不同的影响因素开展试验分析。

2.2.1反应温度

反应温度可以影响反应速率，所以不同反应温度下的引发剂分解速度不同，炭黑结构内部变化情况也不相同。在100℃-125℃之间，按照单次增加5℃的方式进行多次聚合试验后，115℃为最佳聚合温度。而且，温度条件越高，聚合反应、黑度、着色力越强;但温度超过115℃以后，温度对聚合反应的影响力大减。

2.2.2反应时间

以5h为基础，单次增加5h/次，直至30h，分别开展涂料性能测定发现，最佳反应时间为25h。当反应时间小于25h时，反应时间与转化率成正比，但在25h时转化率已达最高点，再延长转化时间并无实际意义。

2.2.3分散剂用量

为验证分散剂的影响力，相关工作人员可基于定量涂料，灵活调控分散剂用量，进而获得相应结论。比如，以单次增加10%的幅度，让分散剂用量从50%加至80%，并保证其他条件相同。通过观察发现，当按照固体质量分数60%的比例加入分散剂时，可获得最佳分散效果，涂料的黑度和着色度也将保持在最高水平。当分散剂用量小于最佳值时，用量越高分散越强，黑度与着色度越高;而当用量大于最佳值时，用量越大分散能力越低。

结论：

总而言之，炭黑的分散性将成为影响涂料性能和实用价值的关键性因素。为了制作具有可持续发展性的含炭黑汽车涂料，相关工作人员基于锚定原理，对可用于水性汽车涂料的炭黑分散剂进行了研究，在制备成功后从温度和时间两方面对产品性能进行了验证，确定了涂料的可用性和环保性。这一研究，可以推进汽车水化涂料发展提供巨大帮助。

参考文献

[1]  朱则刚.解读水性涂料的增稠剂和润湿分散剂“密码”[J].乙醛醋酸化工，2019（04）：25-29+24+15.

[2]  季兴宏.新型高分子分散剂的合成技术及其在水性涂料中的应用[J].中国涂料，2018，33（08）：17-22.