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无纺布涂料的研制
刘玉欣1, 孟 声2 , 张 纾1 , 吕耀辉1
( 1. 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室, 北京100072; 2. 北京工业大学环境与能源工程学院, 北京100022)
随着我国经济建设的快速发展和人们环保意识的增强, 工业与民用对无纺布( 非织造物) 材料各项性能提出了更高的要求, 但传统的无纺布与纺织布相比, 强度和耐久性较差, 不能像其他布料一样清洗, 其纤维按一定方向排列, 容易从直角方向裂开等。针对上述问题, 笔者研制开发出了一种性能优良、无毒无害、使用方便、防止撕裂的环保型无纺布涂料, 用于生产加工性能更加优越的无纺布。
1- 实验
1- 1- 药品与仪器
VAE 乳液( 工业级) , 三聚磷酸钠( 分析纯) , 去离子水( 自制) , 分散剂、X- 16 润湿剂、轻钙、QF246 水性消泡剂、琼脂- 12、流平剂、增稠剂、铁黄色浆等均为工业级, QFZ- II型附着力实验仪、HD- 3 高速乳化均质机、QCJ 型器膜冲击器、QHQ – A 型涂膜铅笔划痕硬度仪、QZP 型黑白格遮盖力测定仪。
1- 2- 涂料的配制工艺与配比
将水、分散剂、消泡剂等混合, 在搅拌下加入颜填料, 混合均匀后, 高速分散至细度小于60 um, 过滤, 出料; 加入成膜物、成膜助剂等, 用流平剂和增稠剂调整至适当粘度即可, 涂料配制工艺过程如图1 所示。
图1 – 涂料制备工艺
经过多次实验, 得出的基本配方如表1 所示。
表1 无纺布涂料的配方
1- 3- 性能指标
作为无纺布涂料首先应具备良好的柔韧性、强度,其次还需具有一定的热稳定性和极好的粘结性等。鉴于目前该种涂料尚无统一标准, 该工艺相关指标主要由实验室测试条件测得, 具体性能指标及检测结果如表2 所示。
表2- 无纺布涂料性能
参照国家标准和其他类似的水性涂料的企业标准, 从表2 可知, 该无纺布涂料的性能优异, 达到了国内类似产品的先进水平。
2- 结果与讨论
2- 1- 成膜物乳液的选择
无纺布涂料的研制最重要的是对成膜物的选定。选择无纺布涂料成膜物必须考虑耐候性、柔韧性、无毒性, 以及经济性。
2- 1- 1 乳液种类的选择
VAE 乳液是醋酸乙烯- 乙烯共聚乳液, 由于乙烯的引入, 使醋酸基更加分散, 高分子主链变得柔软, 其柔软性随乙烯的含量增加而增加。同时乙烯链段的引入使分子链之间的相互作用减弱, 分子链的活动性增加, 因而起到了一种内增塑的作用[ 1] 。同时VAE 乳液为线形高分子材料, 分子中不含活性官能团, 交联比较困难, 导致分子键能较低, 在受热或紫外线照射等外界能量作用下, 部分分子键易断裂, 造成分子降解, 利用VAE 乳液的这一性质制得可降解的无纺布涂料。选用3 种不同的聚合物乳液进行性能比较, 测试结果见表3。
表3- 不同乳液性能比较
由表3 可以看出, 由VAE 乳液制得的涂膜, 其耐水性明显不如由丙烯酸酯乳液及硅丙乳液制得的涂膜, 但对一种柔性无纺布材料来说, 良好的柔韧性和性价比更为重要。因此VAE 乳胶膜柔韧性好、耐久性好、且价格适中, 再加入各种助剂可进一步改性, 完全能满足无纺布涂料的各种要求。鉴于以上原因, 本工艺选用VAE 乳液作涂料成膜物。
2- 1- 2 乳液型号的选择
随着我国石油化工的发展, 各种高分子乳液也迅速发展起来, 为无纺布涂料中成膜物的选择提供了条件[ 2- 3] 。本工艺选用北京东方石油化工有限公司有机化工厂生产的707VAE 乳液, 它是一种粘度较低的产品。该乳液在静负荷条件下具有极好的抗水性, 它可容纳大量填料而仍能保持优良粘结性、稳定性、耐热性和成膜性, 拥有无纺布涂料成膜物的基本性能( 707VAE 乳液的性能指标如表4 所示) 。因此, 本工艺选用707VAE 乳液作为涂料成膜物, 并进行了成功的实验。
2- 2- 颜填料的选择
在涂料中掺入适量的颜填料不仅能降低成本, 还能改善涂膜的耐候性和力学性能。为了提高涂膜的耐老化性能、厚度, 以及遮盖力, 在乳液加量不变的条件下, 涂料配方中的彩色产品选用了耐久性优异的氧化铁黄等。经过实验得出, 体质填料选择轻钙, 具有增加漆膜厚度, 调节漆膜耐久性和降低成本等作用。
表4- 707VAE 乳液的性能指标
2- 3- 助剂的选择
为了让颜料很好地分散在水和乳液中, 且又能防止颜料絮凝和聚集, 改善涂膜常温及低温成膜性, 提高涂膜强度、塑性、低温柔性等力学性能, 以及涂料施工性能, 本工艺优选了消泡剂、成膜助剂、增稠剂及分散剂等助剂。
2- 3- 1 消泡剂的选择
涂料搅拌混合过程中容易产生大量气泡使涂膜产生气孔和应力集中, 导致涂膜力学性能下降, 留下渗漏隐患。添加适量消泡剂, 能明显减少气泡造成的缺陷,有效地提高了涂膜的性能。消泡剂添加量约为总配方的0. 5%~ 1. 0% 。
2- 3- 2 成膜助剂的选择
为使VAE 乳液在涂料中具有良好的成膜性, 可以加入成膜助剂改善其成膜状况。最低成膜温度( MET) 是乳液颗粒相互聚集成连续薄膜的最低温度,是表征聚合物乳液特性的最常用方法, 它是涂料施工的一个使用极限温度。聚合物乳液的玻璃化温度( T g)是影响MET 最主要的因素, T g 高, 相应的MET 也高。为了使具有较高T g 聚合物体系能在施工温度下顺利成膜, 可在体系中加入成膜助剂来降低MET 。成膜助剂加入聚合物乳液中, 其分子插入聚合物分子链之间, 削弱了聚合物分子间的次价键, 从而增加聚合物分子链的移动性, 降低聚合物分子链的结晶性, 使聚合物塑性增加, Tg 和MET 降低。选用醇酯- 12 作为成膜助剂, 其在水中和油中的分配系数居中, 亲水性强于纯烃类助剂, 可使乳液成膜最为完全。经过测试, 在同样条件下, 向乳液加入2% ~ 5%( 按乳液量计) 的醇酯- 12, 能明显提高涂膜的耐水性。
2- 3- 3 分散剂的选择
为了改善复合粉料在乳液中的分散性, 有必要添加适量分散剂。结果表明, 添加0- 5%~ 1% 的分散剂,可以起到很好的分散效果, 能提高施工效率及涂膜质量。
3- 结论
( 1) 以VAE 乳液为成膜物制得无纺布涂料有良好的柔韧性、强度、热稳定性和极好的粘结性, 各项指标达到实用的要求。
( 2) 以水为溶剂, 不仅降低了成本, 节约能源, 而且使用安全, 减少了对环境的污染。选用无毒的颜填料、助剂等, 制备的涂料无毒无味, 使用寿命长, 用后的废弃物可自然降解, 属绿色环保产品。
( 3) 无纺布涂料生产成本低, 生产工艺简便, 易形成规模生产。
