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水性木器封闭底漆的配方的研究

水性木器封闭底漆的配方的研究

详细介绍

  能的影响,制备了涂膜综合性能优良的封闭底漆,其性能符合GB/T23999__2009(D类)和GB 24410---2009lgl家标准要求。研究表明:丙烯酸酯乳液A的玻璃化转变温度(瓦)为70.9,具有 较佳的机械性能;成膜助剂二丙二醇正丁醚(DPnB)与二丙二醇甲醚(DPM)复配,用量分别为 体系的3.5%和6.5%,涂膜可在5成膜,具有较高的硬度;以1250目的滑石粉MK一7作为打磨填 料,用量占体系的10%,轻微打磨达到飘粉效果,具有较好的打磨性能;以纤维素/gE230X作为 抗沉降剂,用量为体系的0.2%,底漆的贮存稳定性能达到最优。 关键词:水性;木器涂料;封闭底漆;成膜助剂;填料 言随着近几年水性木器涂料的发展和普及,GB/T23999---2009((室内装饰装修用水性木器涂料》 国家标准也相应出台,消费者对水性木器涂料在环保方面的优势有了一定认识。 水性木器涂料是一种以水为分散介质的水分散体系,由于该体系大部分都是水,水的表面张 力为72mN/m,是一般有机溶剂表面张力的2~3倍,再加上体系的特殊性,导致在配方设计过程中 增加了很大的难度,水性木器涂料的丰满度及施工宽容性制约了水性木器涂料的迅速发展,特别 是高固含、高透明度的木器封闭底漆的研发更是水性技术遇到的一对相互矛盾的性能,达到理想 的平衡点必须要从原材料上合理地选择。同时,还要考虑体系的稳定性、低温成膜性等基本要求以 及通过生产工艺难易程度来测试、筛选,才能真正满足配方设计的要求。 填料是一次性涂刷涂膜厚度的保证,也在一定程度上提高了涂料的打磨性能,是高固含、高 透明水性木器封闭底漆配方体系的重要材料。一般填料的添加量为5%~15%,常见的有超细滑石 粉、碳酸钙、二氧化硅玻璃粉以及特殊含量的矿物填料等。总的来说,这些填料随着添加量增加至 10%左右,就会制约水性木器封闭底漆的施工宽容性。特殊矿物填料的密度比玻璃粉小一些,但其 抗沉降性也是比较困难的,由于矿物质的含量不同,相对比玻璃粉好很多,是高固含、高透明水性木 器封闭底漆配方体系的最佳选捌。 封闭底漆用来增加与木材的附着力,所以封闭底漆对木材的润湿和渗透性要好。同时,封闭底 漆相对面漆而言,价格要低廉,在保证涂膜有足够的丰满度的同时,可降低涂装成本,换言之,在同 样涂装道数的前提下,多用封闭底漆少用面漆更加便宜。 1试验部分 1.1原材料 乳液:丙烯酸酯乳液A,广州拜盛合成材料;丙烯酸酯乳液B,巴德富;丙烯酸酯乳液c,陶氏化 学;▽•●◆丙烯酸酯乳液D,陶氏▪•★化学;丙烯酸酯乳液E,帝斯曼树脂;丙烯酸酯乳液F,武汉安泰化学。成膜 助剂:二丙二醇甲醚(DPM),陶氏化学:二丙二醇正丁醚(DPnB),陶氏化学;十二醇酯(CF●-12),国产。 打磨助剂:1250目滑石粉MK一7,国产;1250目碳酸钙CA一3,国产;硬脂酸锌浆料1007A,国产;800目 滑石粉400A,国产。抗沉降剂:E230X,国产。 1.2仪器及试验设备 U450/80—200型多功能搅拌专用电动机;SZQ湿膜制备器:QBY型计数摆杆硬计;WGG60一E3 60。C光泽度计;QFH漆膜划格仪;BGD 302漆膜冲击器;NTH 64—20A高低温湿热试验箱;QHQ型涂 膜铅笔划痕硬度仪;QTX漆膜柔韧性测定器;101—0型鼓风电热恒温干燥箱;涂—4杯黏度计;0-~501am 33型红外光谱仪,DSC204F1示差扫描量热仪等。 1.3基础配方 水性木器封闭底漆基础配方如表1所示。 表1水性木器封闭底漆基础配方 原料名称 乳液45~60助溶剂 润湿分散剂0.2~0.6流平剂0.1~0.5 消泡剂0.01~0.05 防腐剂0.1~0.3 成膜助剂 5~10 抗沉降剂0.2~0.4 填料 5~15 增稠剂 0.1~0.3 1.4生产工艺流程图 水性木器封闭底漆生产工艺流程图如图1。 图1生产工艺流程图 水性木器藕 如图1所示,向容器中依次加入水、润湿剂、消泡剂、分散剂,间隔为3~◇=△▲5分钟,低速搅★△◁◁▽▼拌,然后▲★-●加 入抗沉降剂和填料,高速搅拌15分钟,降至低速,加入乳液,中速搅拌5分钟,加入预分散的成膜助剂 和助溶剂,分散10分钟,120目滤布过滤出料,制得水性木器封闭底漆。 1.5性能测试及表征 把制得的涂料按照GB/T 1727—1992制膜,常温干燥7天后按照相应国标进行各项测试标如表2。 表2涂料性能测试项目及对应国标 测试项目 国标 测试项目 国标 光泽 GB/T9754 GB/T1724 铅笔硬度 GB/T 6739 不挥发物 GB/T 1725 冲击强度 GB/T 20624.2 附着力 GB/T 9286-1998 耐水性 GB/T 4893.1—2005 干燥时间 GB/T 1728--1979 嗯碱性 GB厂r4893.1—2005 GB,r4893.1_2005 (509/LNaHCO 3溶液) 2结果与讨论2.1乳液的选择对涂膜性能的影响 水性木器封闭底漆配方中的成膜物质是聚合物乳液或水分散体,它决定了涂膜的性能。由于封 闭底漆上面还要涂装面漆,对底漆的性能要求相对而言可以低一些。多数底漆采用价格较低的乳液 制备,如苯丙乳液【21、丙烯酸酯乳液等。本试验选择了A、B、c、D、E和F等6种不同的水性木器封闭底 漆专用丙烯酸酯乳液,其对涂膜的影响如表3所示。 表3不同封闭底漆乳液对涂膜性能的影响 从表3中可以看出,E为聚氨酯改性丙烯酸酯乳液,耐醇性差,其他树脂光泽度◁☆●•○△较高,附着力优 异;乳液F的涂膜硬度过低,打磨性不好,与面漆配套后,对总体涂膜硬度影响较大;乳液B硬度高,但 耐醇性、柔韧性稍差;乳液c摆杆硬度较低;乳液A综合性能优异。综上所述选择丙烯酸酯乳液A为水 性木器封闭底漆乳液,制得的水性木器封闭底漆性能可达到最佳。 丙烯酸酯乳液A的红外光谱图和D★▽…◇SC图见图2和图3。 图2为丙烯酸酯乳液A的红外光谱图,图中的3444cm。处是丙烯酸酯中羧基中的—oH伸缩振 动峰,2954cm-1处是—CH3对称伸缩振动峰,2874cm-1处是—cH3不对称伸缩振动峰,1731cml处是 第七届中国国际水性木器涂料发展研讨会论文集 图3丙烯酸酯乳液A的DSC图 由图3可以看出,丙烯酸酯乳液A的玻璃化转变温度(瓦)为70.9。C,成膜温度较高,低温成膜性较 差,需加大成膜助剂的用量使涂膜在低温下成膜,可为涂膜提供较高的硬度。 2.2成膜助剂种类及用量对涂膜成膜性能的影响 成膜助剂又称聚结助剂,它能促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形,改善其聚结性能,能在广 泛的施工温度范围内成膜。成膜助剂是一种易消失的暂时增塑剂,因而最◆▼终的干膜不会太软或发 黏。好的成膜助剂应安全环保、添加量少、干燥快以及最有效地降低水性乳液的最低成膜温度。 本试验主要选用了以下3种成膜助剂,其性能指标如表4所示。 理想的成膜助剂符合以下要求:(1)聚合物的强溶剂,降低聚合物玻璃化温度,并具有很好相容 性,否则影响涂膜外观和光泽;(2)水中溶解性小,易为乳胶粒吸附而又优良的聚结性能;(3)适宜的 挥发速度;(4)易加入乳胶体系而吸附在乳胶微粒表面,但不影响乳胶体系的稳定性。 选用丙烯酸酯乳液A作为成膜物质,添加量为涂料体系的50%,制备底漆,考察成膜助剂种类 a—15三_J番 表4不同成膜助剂的性能指标 (DPnB、DPM、CF一12)及用量对涂膜成膜性能的影响,如表5所示。 表5成膜助剂种类及用量对涂膜成膜性能的影响 注:表干时间条件为30.0。C,78RH%;泛白性条件为25。C,90RH%。 从表5中可以看○▲-•■□出,当加入CF.12(十二醇酯)时,涂膜表面发黏,这是由于CF一12沸点较高,挥 发较其他3种成膜助剂慢,CF一12碳链分子链较长,呈油溶性,故其涂膜表面发黏,发黏的程度随着 CF.12的加入量的增加而增大,且涂膜干燥不彻底在高湿条件下易泛白。随着成膜助剂总量的增加, 涂膜从裂纹状不成膜状态到呈现完整连续膜状态,当DPIlB和DPM的添加量分别占涂料体系的3.5% 和6.5%时,在5条件下可形成连续平整涂膜,表干时间较短,且不发黏,不泛白。 2.3打磨助剂选择及用量对涂膜性能的影响 水性封闭底漆涂装较厚,一般涂装2~4道,所以其填料的添加量和种类的选择尤其重要,填料 对树脂的透明度、附着力、外观均有一定程度的不利影响。填料的密度一般均比树脂的密度大,因此 在涂料运输、贮存及施工稀释时会沉淀。这给配方设计人员带来了两难的问题:一方面要添加填料, 降低▷•●涂料的成本,提高涂膜的打磨性、填充性;另一方面又不能影响涂膜的透明度、附着力、贮存稳 定性。这就对填料的添加量提出了要求,透明性一般的底漆中填料所占固体分比例应小于30▪…□▷▷•%,透 明性◆■高的一般控制在8%~15%,这样既保证了其具有一定的填充性又有良好的透明性。透明底漆中 目前主要采用滑石粉和透明粉作为填料。 滑石粉主要成分是滑★-●=•▽石含水的硅酸镁,分子式为Mg,(Si40。。)(OH):,硬度1,密度2.7~2.89/cm3。 水性封闭底漆中一般选择1250目的涂料级滑石粉与硬脂酸锌搭配提高涂层的填充性和打磨性,但 添加量超过总配方量的12%时,透明性开始明显下降,且其产地不同对透明性的影响也不尽相同。 本试验选择了4种打磨助剂,MK一7为1250目滑石粉,CA一3为1250目碳酸钙,硬脂酸锌浆料 第七届中国国际水性木器涂料发展研讨会论文集 1007A,400A为800目滑石粉。添加量均为涂料体系的5%,考察不同打磨助剂对涂膜性能的影响,见表 表6不同打磨助剂对涂膜性能的影响注:透明度分6个等级,0~5级,其中0级为较透明,5级为透明度最差。 由表6可知,加入5%各种填料后,对涂膜的附着力没有影响,涂膜仍然保持优异的附着力,铅笔硬 度有所增加,碳酸钙CA一3的耐水性有所下降,滑石粉400A对涂膜的透明度影响最大,涂膜的光泽度很 低,硬脂酸锌浆料1007A制得的涂膜透明度低于MK一7,这是由于前者的粒径为800目,后者的粒径为 1250N,硬脂酸锌浆料1007A制得的涂膜的表面粗糙度较大,表面散射程度高,导致光泽度低,透明度 较小。综上所述,选用MK-7作为底漆中的打磨助剂。 以滑石粉MK一7为打磨助◇•■★▼剂,考察不同用量对涂膜性能的影响,见表7。 表7打磨助剂用量对涂膜性能的影响 由表7可知,随着滑石粉MK-7的添加量从3%增加到10%,涂膜的硬度逐步增加,打磨性能有所•☆■▲提 高,用1000目砂纸轻微打磨涂膜表面,呈现飘粉现象,在白榉贴面上的透明度没有多大变化,清晰可见 底材纹路。当滑石粉MK.7的添加量为12%时,涂膜的透明度开◆◁•始轻微泛自,耐水性能和附着力也有所 下降,这是由于底漆是单组分的涂料,成膜固化属于物理变化,涂料在涂刷到白榉贴面木板上时,封闭 底漆直接与木材接触,涂膜在白榉贴面木板表面的导管或其他细小沟槽里形成一系列的“漆钉”,附着 力的大小在很大程度上决定于涂料中成膜物质向基材表面渗透的程度和形月铲漆钉”的多少,故随着 打磨填料添加量的增加,涂膜附着力出现轻微下降口l。 水性木器藕 2.4防沉降剂的用量对涂膜性能的影响 通过提高涂料贮存时的黏度来防止颜填料沉降的增稠剂称为防沉降剂,作为水性涂料用增稠 剂加入调漆系统,不仅要增★◇▽▼•加水性涂料的黏度,还希望加入的增稠剂能与乳液及颜填料粒子产生相 互作用,以形成一定的絮凝结构或胶态结构,使最终水性涂料即使沉淀也要使沉淀成为松散状态, 易再通过搅拌形成均匀的涂料组分,不至影响水性涂料的施工应用和涂层的质量州。 本试验所用E230X为羟丙基甲基纤维素醚(HPMC),是天然的葡萄糖单元上的羟基一部分被甲 氧基取代,另一部分被羟丙基取代,这类增稠剂有较好的增稠效果,一般以颗粒或粉末状形态包装, 有很好的水溶性,对水相起增稠效果,对添加的颜填料起防沉降效果,对涂料其他组分的相容性较 好,具有一定的触变性和保水性。防沉淀剂用量对涂膜性能的影响见表8。 由表8可知,当底漆中不添加防沉降)桕]E230X时,涂料体系不稳定,放置lh便开始出现沉降,并轻微分水。随着纤维素醚E230X添加量的增加,当达到涂料体系的0.2%时,在25。C条件下,30d无沉 降,无分水,这是因为大分子水溶性纤维素进入连续的水相中,能与乳液及颜填料粒子产生相互作 用形成脆弱的絮凝结构或胶态结构使涂料增稠,防止已分散的填料沉降,并具有使涂料产生触变性 黏度。 3结语 研究了为水性聚氨酯木器面漆配套的水性木器封闭底漆配方,讨论各种水性木器封闭底漆专 用丙烯酸酯乳液、成膜助剂和打磨填料的种类及用量、抗沉降剂用量等对涂膜性能的影响,得到如 下结论: (1)丙烯酸树脂A具有较佳的机械性能和耐化学品性能,可单独作为封闭底漆的成膜物质。 (2)DSC结果表明:丙烯酸酯A的玻璃化转变温度(Tg)为70.9。C,具有较高的硬度,铅笔硬度达到 H~2H。 (3)选用成膜助剂二丙二醇正丁醚(DPnB)与二丙二醇甲醚(DPM)复配,用量分别为体系的3.5% 和6.5%,涂膜可在5。C成膜,在高湿低温条件下成膜不发黏、不发白。 (4)以1250目的滑石粉MK一7▲=○▼作为打磨填料,用量占体系的10%,轻微打磨达到飘粉效果,具有较 好的打磨性。 (5)以纤维素醚E230X作为防沉降剂,用量为体系的0.2%,底漆的贮存稳定性能达到最优,30天 不沉降,不分水。 参考文献 …1潘文亮.家装用易打磨水性木器封闭底漆的研制【J】冲国涂料,2010,25(3):60-63 [2】王杨勇,胡剑青,王锋,等.水性木器底漆用苯乙烯-丙烯酸树脂的合成与研究叨.中国涂料,2011,26(6):21—22 【3】朱万章,刘学英.水性木器漆口川j匕京:化学工业出版社,2009:130 [4】耿星,等.现代水性涂料助剂【M】.北京:中国石化出版社,2007:273 第七届中国国际水性木器涂料发展研讨会论文集

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