不同助剂对木粉腻子性能的影响

不同助剂对木粉腻子性能的影响

孙柏玲, 阳财喜, 秦韶山, 刘君良
( 中国林科院木材工业研究所; 国家林业局木材科学与技术重点实验室, 北京100091)

在木材加工过程中, 腻子作为必不可少的涂饰材料, 主要用于填充基材表面的孔洞、凹痕等缺陷, 以使板面平整。目前大部分木器腻子以碳酸钙等无机材料为主要填料, 如水性腻子以丙烯酸乳液为基料, 填料选用重钙和滑石粉[ 1] ; 修补腻子膏以聚醋酸乙烯酯为基料, 填料选用黄土粉、滑石粉、木制粉和纤维素[ 2] 。这类腻子普遍存在耐水性差、附着力低、易开裂及易脱落等问题。木粉腻子选用白乳胶为基料、精细木粉为主要填料, 用于木材表面涂饰时, 可以弥补碳酸钙腻子易开裂、易脱落等不足。木粉原料来源广泛, 可利用采伐及加工剩余物进行生产, 因此, 木粉腻子既有利于提高木材综合利用率, 又可节约矿产资源。但到目前为止, 鲜有关于木粉腻子的研究报道。为此, 笔者对木粉腻子的制备进行了研究。本试验选用环氧树脂和异氰酸酯两种助剂, 探讨了其加量对木粉腻子性能的影响, 为进一步开发及推广应用木粉腻子提供参考。

1 试验材料和方法
1 1 试验材料
精细木粉: 选择杉木( Cunninghamia lanceolate) 、杨木类( Pop ulus spp ) 、松木类( P inus spp ) 等木材加工混合剩余物为原料, 干燥至含水率< 10%, 经粉碎机粗加工成粒度大于10 目的粗木粉, 再用分体式超微粉碎机进行精细粉碎和气流风选, 得到粒度约为500 目的木粉。
乳液: 固体含量为16% 的聚醋酸乙烯酯乳液( 白乳胶) , 北京市居欢化工有限责任公司产。
助剂: 助剂A 为双酚A 型环氧树脂, 固化剂为胺类固化剂, 无锡星辰化工树脂厂产; 助剂B 为甲苯二异氰酸酯( TDI) , 沧州大化T DI 股份有限公司产。

1 2 试验设备
水浴锅, 打磨仪, 电热恒温鼓风干燥箱, 电子天平, 腻子刀等。

1 3 试验方法
1) 腻子制备: 将固体含量为16% 的白乳胶和500目的木粉混合, 分别加入助剂A 和B, 充分搅拌混合均匀, 分别制备多种木粉腻子。详细质量配比见表1。
表1 木粉腻子各成分配比

2) 木材涂饰: 首先清除木材试件表面的尘屑, 然后将腻子均匀地涂布在基材表面, 涂饰厚度控制在( 0.5 +-0.1) mm, 并且留出砂光余量。涂饰完毕, 将试件放在60 ºc 恒温干燥箱达到表干, 取出后置于室温下陈放, 至腻子膜干透。
3) 性能检测: 参考木材加工业对木材表面底涂腻子的要求和相关国家标准, 具体检测指标及检测方法见表2。
表2 木粉腻子性能指标检测方法

2 试验结果和分析
2 1 助剂加量对木粉腻子性能的影响
试验结果表明, 加入助剂后, 各腻子的涂饰性均表现为易涂饰、不卷边; 耐水性亦无异常, 即在水中浸泡24 h 后, 均未出现起泡、开裂及脱落现象; 但附着力、表干时间、磨耗值等指标略有差异, 如表3 所示。
表3 加入助剂A、B的木粉腻子性能指标测试结果

2 1 1 附着力
对助剂A, 当其加量较低( < 4%) 时, 木粉腻子的附着力为1 级; 同样, 助剂B 亦是加量较低( < 2%)时, 木粉腻子的附着力达到1 级, 其表现为切口交叉处有少许涂层脱落, 但交叉切割面积受影响小于5%。增加助剂用量, 木粉腻子的附着力降低, 表现为切口交叉处和沿切口边缘有涂层脱落, 受影响的交叉切割面积在5%~ 15% 的范围内。
由此可见, 木粉腻子的附着力并未随助剂用量的增加而增强, 反而随之减弱。原因可能是当助剂用量增加时, 腻子对木材的湿润性降低, 导致腻子中的胶黏剂还未完全渗入木材中时, 即已经开始固化, 因此, 影响了腻子的附着力。本试验范围内, 助剂A、B 的用量, 分别控制在2. 0%~ 4 . 0%和1. 0%~ 2. 0%范围内为宜。
2 1 2 表干时间
两组木粉腻子的表干时间, 均随助剂用量的增加而逐渐延长。这是由于环氧树脂和异氰酸酯固化过程都是化学反应的过程, 前者是环氧树脂与固化剂进行反应, 后者是单组分固化反应。随着两种助剂用量的增加, 相应固化时间随之延长, 故木粉腻子的表干时间增加。

2 1 3 固体含量
由表3 可以看出, 两组木粉腻子的固体含量均随助剂用量的增加而提高, 助剂A 组中各木粉腻子固体含量的变化相对较大, 助剂B 组中则差别较小。但各木粉腻子的固体含量均在适宜的比例范围内, 腻子均易于涂饰, 干燥后具有一定的厚度。

2 1 4 耐磨性
随助剂A、B 用量的增加, 腻子的耐磨性逐渐增强。这是由于: 助剂A 环氧树脂加入固化剂后, 可形成体形结构的热固性树脂, 变成不溶解、不熔化的坚硬固体[ 3] , 故提高了木粉腻子的耐磨性; 助剂B 异氰酸酯属于单组分固化, 具有预聚体- NCO 的弹性体高聚物, 在涂饰过程中, 当遇到木材、聚醋酸乙烯酯乳液和木粉中的水分子时, 便会发生反应, 生成含有-NH2 或脲基的高聚物, 形成牢固的化学键结合, 从而改善了木粉腻子的耐磨性。

2 2 助剂类型对木粉腻子性能的影响
2 2 1 耐磨性
两种助剂对木粉腻子的耐磨性具有相同的影响趋势, 但影响程度不同( 图1) 。由图1 可看出, 助剂B对木粉腻子耐磨性的影响较助剂A 稳定。当助剂A用量达到10% 时, 木粉腻子的磨耗值达到最低, 且低于助剂B 组五种木粉腻子的磨耗值。

图1 助剂A、B对木粉腻子耐磨性的影响比较

2 2 2 表干时间
由图2 可看出, 当助剂B 加量达到1.5% 以上时, B 组木粉腻子的表干时间, 均长于助剂A 组的所有木粉腻子。这是由于助剂B 异氰酸酯为单组分湿固化, 凝胶时间受相对湿度影响较大, 故随其用量的
增加, 木粉腻子的表干时间延长。

图2 助剂A、B 对木粉腻子表干时间的影响比较
3 结论
1) 在固体含量16% 白乳胶和500 目木粉配比确定的情况下, 加入助剂环氧树脂和异氰酸酯, 可以有效提高木粉腻子的耐水性、附着力和耐磨性等性能。助剂异氰酸酯对木粉腻子耐磨性的影响相对稳定, 环氧树脂对木粉腻子表干时间的影响较小。
2) 当助剂异氰酸酯和环氧树脂加入量分别为2.0% 和8.0% 时, 两种木粉腻子的综合效果达到最佳: 易涂饰、不卷边, 在水中浸泡24 h 无异常, 具有适宜的表干时间, 较好的附着力和耐磨性。
3) 木粉腻子选用木粉作为主要填料, 具有木材本身颜色, 涂饰后木质感较强; 同时, 木粉可利用木材的剩余物, 来源广阔。所以, 木粉腻子作为一种木材底涂装饰材料, 具有较好的实用性和应用前景。