全新高性能松木涂料用乳液制备

0 前 言 松木以其朴实无华的质感、栩栩如生的纹理、清纯亮丽的色泽,把家居环境装点得素雅、纯静,融入与自然的和谐与安宁。松木家具也是属于绿色环境友好的天然木材,甲醛含量少,特别适合…

0 前 言
松木以其朴实无华的质感、栩栩如生的纹理、清纯亮丽的色泽,把家居环境装点得素雅、纯静,融入与自然的和谐与安宁。松木家具也是属于绿色环境友好的天然木材,甲醛含量少,特别适合做儿童家具,而且也容易保养,结实耐用,所以松木家具成为涂装水性化的先驱,是有其必然原因。然而,随着松木涂料市场的不断扩大,竞争日益加剧,导致家具厂不断缩短松木涂装周期,从而降低成本,获得更大的竞争优势,所以要求松木涂料具有更短时间的可打磨性、可抗回黏性以及耐水性等性能,因此对松木涂料乳液的性能也提出了更高的要求。本文介绍了专门应用在松木涂料中的水性丙烯酸乳液,通过金属交联、羰基/联氨交联技术使得乳液制成涂料成膜后,室温干燥4 h后具有优异的打磨性、抗回黏性,完全能够满足目前松木涂料所用乳液的要求。

1 实验部分
1.1 实验原料
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸丁酯(BA),均为工业级,深圳东港田化工集团;十二烷基硫酸钠(SDS)、反应型乳化剂(SR-10),均为分析纯,广州市卓能贸易有限公司,氧化锌(ZnO):分析纯,天津百世化工有限公司;碳酸氢钠(NaHCO3)、过硫酸铵(APS)、双丙酮丙烯酰胺(DAAM)、己二酸二酰肼(ADH),均为工业级,广州天益化工有限公司;氨水(NH3 · H2O),工业级,广州市南滔化工有限公司;润湿剂TEGO500、脱泡剂TEGO902W、消泡剂TEGO810,广州嘉中贸易有限公司;成膜助剂DPnB、成膜助剂DPM,广州卓越贸易有限公司;增稠剂RW8W,广州永亿贸易有限公司;去离子水,工业级,自制。
1.2 聚合工艺
将单体MMA、MAA、BA、DAAM以及部分乳化剂和去离子水,在预乳化瓶里高速搅拌30~50 min,制备预乳化液,待用;在装有恒压滴液漏斗、回流冷凝管、温度计和搅拌器的四口烧瓶中加入部分乳化剂(SDS和SR-10)、缓冲剂(NaHCO3)、部分引发剂(APS)和去离子水;低速搅拌下,升温至(83±1) ℃后,取预乳化液的1%加入反应釜,在(83±1) ℃下保温20 min,然后同时滴加预乳化液和引发剂溶液,滴加3 h;保温1h,降至(60±1) ℃,加入自配的氧化锌水溶液,搅拌30min,中和pH值至8,加尾料过滤出料。
实验配方中,SDS和SR-10在釜底和预乳化中的比例都为1∶1,设定的理论Tg为15 ℃,引发剂的加入量为单体量的0.5%。在此条件下对ZnO、DAAM进行变量实验,如表1所示。
实验配方
1.3 水性木器涂料的配制
在实验室所合成的乳液里,以一定的工艺条件添加适量的水性助剂及成膜助剂配制成水性木器清漆,其配方如表2所示。
水性木器涂料参考配方
首先,根据表2的水性木器涂料参考配方配漆,在松木板上喷漆,在室温下自干4 h,打磨平整,再喷涂第二道漆,在室温下干燥4 h后检测打磨性和抗回黏性。
1.4 乳液的基本性能测试
乳液的打磨性和抗回黏性参考GB/T 23982—2009的要求进行测试。具体的测试方法如下:
打磨性测试方法:将样品乳液配漆后均匀喷在松木板上,涂膜在室温条件下干燥4 h后,用400目的水砂纸手工打磨20次,观察是否会粘砂纸以及出粉量,出粉越多、越不粘砂纸说明打磨性越好。
抗回黏测试方法:取两块同样大小的松木板,按80~120 g/m3进行喷涂一道,在室温条件下干燥2 h后,然后将两块板面面堆叠,按1.5 t/m3在其上方压砝码,室温放置12~16 h后,将两块板分开,观察涂膜是否会出现脱落,如没有出现即为通过。
2 结果与分析
2.1 金属交联体系对乳液性能的影响
金属离子交联型乳液是指一些金属阳离子与悬挂在共聚物分子链上的酸根通过络合成盐后形成的一类聚合物。在乳液聚合过程中引入羧基较为容易,所以,羧酸型的离子交联乳液最为普遍。羧酸型离子交联乳液是将不饱和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸等单体)或含螯合基团的单体引入乳液,通过共聚得到分子链上含羧基或螯合基团的聚合物乳液,然后引入金属离子,在乳液成膜时进行交联,从而实现乳液的金属阳离子与羧基的络合作用。本文采用甲基丙烯酸和氧化锌所形成的交联体系,反应机理如图1。
ZnO与羧基交联机理
首先,氧化锌进入乳液内部后,会与羧基反应形成锌离子,锌离子首先与乳液中游离氨形成配合物存在于乳液中,当乳液成膜时,随着氨的挥发,锌离子逐渐被释放,进一步与羧基进行络合,形成稳定的螯合物,使乳液成膜时发生交联反应,从而提高涂膜早期的干燥速度和硬度,所以进一步提高涂膜早期打磨性和抗粘连性。
由表3可以得知,随着氧化锌的含量增多时,乳液的打磨性和抗回黏性有明显的增加,这是由于随着氧化锌的增加,使乳液在成膜时羧基更多地与锌离子进行交联,从而减弱羧基与水的氢键作用力,使水能够快速挥发,提高乳液干燥速度,从而获得更好的打磨性和抗堆叠性。当氧化锌的质量分数达到1.5%时,锌离子与羧基交联密度处于一个最佳状态;再增加氧化锌的用量,乳液的打磨性和抗回黏性没有明显变化,且当达到一定量时,氧化锌会从乳液体系析出,影响乳液的稳定性,所以综合氧化锌对乳液性能的影响,选择氧化锌的质量分数为1.5%。
ZnO含量对乳液性能的影响
2.2 羰基/联胺交联体系对乳液性能的影响
本文所述的羰基/联胺交联体系是以双丙酮丙烯酰胺提供羰基,与己二酸二酰肼提供的联胺进行交联。双丙酮丙烯酰胺是一种特殊的功能单体,分子中既含有乙烯基又含有酮羰基,可与其他乙烯基单体共聚,形成带有活性基团酮羰基的聚合物。常温下酮羰基可与己二酸二酰肼反应生成腙和水,而且是发生可逆反应,所以,在乳液成膜过程中随着水的挥发,带有活性基团酮羰基的聚合物可与游离在乳液内部的己二酸二酰肼进行反应,而实现自交联。大大提高涂膜的致密性,从而提高涂膜早期的干燥速度和硬度,使其具有良好的早期打磨性和抗粘连性[2]。改变DAAM的添加量,研究其对乳液打磨性和抗回黏性能的影响,结果见表4.
DAAM含量对乳液性能的影响
由表4可以得知,由于DAAM与ADH的交联发生可逆反应,所以在乳液成膜过程中随着水的挥发,带有活性基团酮羰基的聚合物可与游离在乳液内部的己二酸二酰肼进行反应,而实现自交联;随着DAAM的含量增加时, DAAM与ADH的自交联程度增加,可以促进水的挥发,同时大大提高涂膜的致密性,从而提高涂膜早期的干燥速度和硬度,使其具有良好的早期打磨性和抗回黏性。所以综合DAAM对乳液性能的影响,选择DAAM的质量分数为3%。

3 结 语
通过以上研究与测试可以得出:通过氧化锌与羧基、羰基与多胺的交联,合成出一款具有极佳干燥速度、打磨性以及抗回黏性的松木乳液,且当氧化锌含量为1.5%(质量分数)、DAAM含量为3%(质量分数)时,获得的乳液具有最佳的早期打磨性和抗粘连性,满足了松木家具涂料快速施工的要求。

为您推荐

返回顶部