水性木器漆用乳液的研制

检测项目
干燥时间 表干 实干 附着力Π级 柔韧性Πmm 摆杆硬度 3 d后 6 d后 TVOC 值Π(g·L - 1 )
性能 指标
1 3 ≤2 ≤2 ≥0136
≤250
测试 结果
1 3
1
2 0138 0158
250
测试方法
GBΠT 1728 —88
GBΠT 9268 —88 GBΠT 1731 —93 GBΠT 1730 —93
4 阳极电泳涂料的新品种
B11 - 4 阳极电泳涂料是在 B11 阳极电泳涂料的 基础上 ,在高分子主链上引入了新的活性交联官能 团 ,促使性能有较大提高 : 第一 ,烘烤温度下降 ,从 B11 阳极电泳涂料的 180～210 ℃,015 h ,下降为 150～ 180 ℃,015 h ;其次 ,耐碱性提高 ,耐 011 molΠL NaOH 从 B11 阳极电泳涂料的 015 h 提高到 B11 - 4 的 24 h ;第 三 ,耐蚀性提高 ,耐 3 %NaCl 从 B11 阳极电泳涂料的
肖雪平 :水性木器漆用乳液的研制
润湿及成膜而言是必须的 。由于表面活性剂的存在 , 使分散体可以配入涂料中 ,避免分散体在加入配方组 成物时发生不稳定 。表面活性剂大多数情况下是水 溶性的 ,且在涂膜中可以移动 ,它们往往趋于聚结或 迁移到涂膜 - 空气界面或者涂膜 - 底材界面 ,因此 , 严重影响涂膜的耐水性及附着性能 。此外 ,残存于聚 合物粒子界面的表面活性剂将在涂膜中产生一个亲 水通道 ,严重时水能通过这一通道到达底材 。所以在 木器漆乳液的开发中研究无皂聚合显得尤为重要 。
213 亲水性单体的种类与用量 在无皂聚合的研究中 ,使用可聚合表面活性剂 ,
但用量较大时 ,其亲水部分会严重影响聚合物涂膜的 性能 ,所以用量必须控制 。但这样又势必会造成聚合 物粒子亲水亲油不能很好平衡而引起聚合困难 ,因此 在无皂聚合的聚合物中必须引入一定量的亲水性单 体 , 特 别 是 一 些 具 有 水 溶 性 基 团 ( 如 —OH、 —CONH2 、—OCH2 、—COOH、—CN 等) 的丙烯酸单体 , 然而 ,含有这些基团的聚合物耐介质性较差 ,所以本 实验选用的亲水性单体必须是可以光固化的单体 ,具 体用量需通过实验来确定 。
表 2 各组涂膜( 膜厚 15～20μm) 的摆杆硬度值
试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 摆杆硬度 0130 0133 0132 0128 0125 0134 0133 0135 0134
表 3 正交实验排头表
4 实验结果
411 乳 液 根据实验方案及选定的三个水平 ,即 :各丙烯酸
214 聚合工艺 采用预乳化及种子乳液的聚合工艺 ,企图得到核
壳结构的无皂聚合物乳液 ,即在核中引入自交联单 体 ,既亲水又能光固化的聚合物作为壳 ,该聚合物既
21
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本公司技术人员经多年潜心研究 ,使用无皂聚 合 、常温自交联和光固化交联技术研制成水性木器漆 用丙烯酸分散体 ,具有极好的室外耐久性及耐紫外光
性 、硬度及耐擦伤性 、耐家用化学品及油脂性 、柔韧性 及坚韧性 ,并只需很少成膜助剂 。除用于木器漆外 , 还广泛用于高级涂料及油墨领域 。
用所研制乳液配制的木器清漆以水为稀释剂 ,产 品无毒 、无刺激性气味 、低 VOC、对人体无害 、不污染 环境 ,漆膜丰满 、晶莹透亮 、柔韧性好 ,并且具有耐水 、 耐磨 、耐热 、耐老化 、干燥快 、使用方便等特点 。
1
2
3
A 各丙烯酸单体配比 B 自交联单体用量Π% C 亲水官能单体用量Π% D 光固化催化剂用量Π%
A1
A2
A3
B1
B2
B3
C1
C2
C3
D1
D2
D3
以乳液配成清漆 ,将涂膜干燥 3 d 后 ,测摆杆硬 度值 ,以此作为数学计算的数量指标 ,所得结果列于 表 2 。并将摆杆硬度值填入正交表 (表 3) 进行数学计 算 (略) ,得出本实验 4 因子的最佳水平为 A3B2C2D3 。
24 h 提高到 B11 - 4 的 > 96 h 。 涂料的其他性能均保留了 B11 阳极电泳涂料的
优越性能 :漆膜平整光滑 、可制成白色及各种鲜艳色 彩 ;泳透力大于 12 cm ;漆膜柔韧性为 1 mm ;漆膜附着 力为 1 级 ;耐冲击性达 50cm ;涂料施工电压 60～200 V ;涂料击穿电压大于 200 V 。槽液稳定性能好 ,不易 沉淀 ,不长霉 ,抗杂质离子干扰能力强 ,沉淀再分散性 大于 100 h 。烘道清洁度好 ,烘道干净 ,无油污污染 , 无异味 ,无火灾危险 。一次电泳漆膜厚度可达 10～ 50μm ,平整光滑 ,属厚膜型电泳涂料 。
第 33 卷第 2 期 涂 料 工 业 Vol. 33 No. 2
2003 年 2 月
PAINT & COATINGS INDUSTRY
Feb. 2003
水性木器漆用乳液的研制
肖雪平 (江苏日出集团公司 ,姜堰 225505)
112 常温自交联技术
乳液聚合物通过交联后可提高涂膜的物理性能 , 所以说交联是扩大乳液应用范围的极其重要的技术 , 关于乳液聚合物的交联方式 ,人们很早就进行了多种 研究开发 ,尤其是自交联乳液和反应型乳液 ,已逐步 向低温交联方向发展 。
以前一般都利用引入 N - 羟甲基 、缩水甘油基等 方法 ,但都有着这样那样的问题 ,而最近为了使乳液 涂膜更有效 、更充分地达到交联 ,正在探索研究通过 调节 pH 值 ,使用催化剂并选择反应物的官能团等方 法 ,以达到乳液低温交联的目的 。例如 ,可利用含羰 基的化合物与丙烯酸共聚物或氯醋共聚物之类的含 氯化合物进行共聚 ,通过脱盐酸反应而达到交联 ;还 可通过引入烷氧基硅烷而达到乳液的交联 。总之 ,通 过在聚合物中引入上述官能团的方法 ,以自交联的方 式而达到乳液涂膜的交联 ,以赋予乳液聚合物一些特 殊的性能 ,尤其是解决了水性木器漆长期难以解决的 耐化学性和硬度问题 。
理论计算
A
B
C
D
试验号
1
2
3
4
1
A1
B1
C1
D1
2
A1
B2
C2
D2
3
A1
B3
C3
D3
4
A2
B1
C2
D3
5
A2
B2
C3
D1
6
A2
B3
C1
D2
7
A3
B1
C3
D2
8
A3
B2
C1
D3
9
A3
B3
Βιβλιοθήκη BaiduC2
D1
5 结 语
本实验应用无皂聚合 、常温自交联及光固化交联 技术 ,成功地开发出水性木器漆乳液 。用该乳液配制 的木器清漆以水为稀释剂 ,只需很少的成膜助剂 。无 毒 、无刺激性气味 ,VOC 较低 ,对人体无害 ,不污染环 境 ,漆膜丰满 ,晶莹透亮 ,柔韧性好 ,并具有耐水 、耐 磨 、耐老化 、干燥快 、使用方便等特点 。
摘 要 :采用无皂聚合 、常温交联及光固化技术研制成水性木器漆用乳液 。探讨了丙烯酸单体种类及配比 、自交 联单体 、水性光固化单体及光催化剂等影响因素 。用正交设计获得乳液的最佳合成方案 。简述了所得乳液配制的木 器漆的主要性能指标 。
关键词 :丙烯酸分散体 ;无皂聚合 ;常温自交联 ;水性木器漆 中图分类号 : TQ 63710 文献标识码 :A 文章编号 :0253 - 4312 (2003) 02 - 0020 - 03
0 引 言
近年来 ,有关室内污染中毒的案例时有所闻 ,装 修污染问题已引起我国普通居民的普遍关注及国家 有关领导部门的重视 ,要求切实加强对家庭装修各个 环节的监督和检验 ,对人民的健康负责 。国家制订的 室内装饰 、装修材料有害物质限量 10 项国家标准 ,已 于 2002 年 1 月 1 日起正式实施 。自 2002 年 7 月 1 日 起 ,一旦发现不符合国家标准的不合格品 ,坚决予以 封杀 。
肖雪平 :水性木器漆用乳液的研制
能当表面活性剂 ,使乳液稳定 ,又对成膜有利 。这样 的分散体往往是碱溶或碱溶胀的 ,使最低成膜温度及 成膜助剂的添加量大大降低 。其原因是亲水性使水 可以作为聚合物的增塑剂 ,也就是使水分子强烈地吸 附于聚合物链上 ,降低聚合物链的 Tg 值 ,提高流动 性 ,通过更快速有效的链缠结而促进成膜 。
113 光固化交联技术
采用光固化的方法最能节省能源 ,所以光固化交 联技术特别具有应用价值 。由于无皂聚合技术的应 用 ,所以 ,聚合单体中必须存在一定量的可水溶性单 体来平衡亲水亲油性能而使聚合物在水中具有稳定 分散的特性 。而这些可水溶性单体无疑会影响涂膜 性能的提高 ,然而 ,如果利用光催化剂吸收自然光或
3 实验部分
如上所述 ,根据配方设计及要求 ,需要考虑因素 很多 ,希望以较少的试验次数而获得较好的实验结 果 ,故本实验采用了正交试验法 ,通过实验数据 ,利用 数学计算及分析方法 ,确定较佳实验参数 。本实验设 定的因子和水平列于表 1 。
表 1 实验设定的因子和水平
因 子
水 平
1 无皂聚合 、常温自交联和光固化交联技术
111 无皂聚合技术 在乳液聚合中 ,表面活性剂起关键作用 。表面活
性剂降低了所获得的分散体的表面张力 ,这对于底材
膜的增厚 ,因此配套的直流电源装置 、直流电压调节 范围应高一些 ,一般最高直流电压应能调到 250 V 。 其次 ,B11 电泳涂料原漆粒度较细 ( < 20μm) ,沉淀 、 板结现象少 ,更有利于循环搅拌系统的工序 ,在循环 系统管道内联接交换器和超滤装置就更为有利 。
检测项目
外 观 类 型 介 质 固含量Π% 粘度Π(mPa·s) pH 值
指 标
乳白微带蓝相液体 丙烯酸分散体 水 4810 ±210 50～150 610～710
412 水性木器清漆 用上述乳液配制水性木器清漆 ,其性能指标如表
5 所示 。
表 5 水性木器清漆的理化性能指标 ( 环境标志产品认证技术要求)
没有乳化剂就没有乳液 。国外对无皂聚合研究 很多 ,令人最感兴趣的是使用可聚合表面活性剂的无 皂聚合 ,其技术较成熟 。因为可聚合表面活性剂与聚 合物粒子可以化学健合而不会随意在涂膜中或向涂 层表面迁移 。含有可聚合表面活性剂的丙烯酸分散 体制备的涂膜有更好的耐水性及附着性能 ,这正是水 性木器漆乳液所需要的关键性能之一 。
212 常温自交联单体的种类与用量 在聚合物的研究中 ,利用交联来改进聚合物的耐
化学品性是一种常用的方法 ,而且是十分重要的办 法 。很显然 ,利用高玻璃化温度 ( Tg) 来提高涂膜硬 度的方法肯定会产生严重的降低耐化学品性的缺点 , 更何况高 Tg 的聚合物乳液很难成膜 ,所以通过选择 适当 Tg 值的聚合物经后交联是目前最好的办法 ,最 简单方便的自交联体系是将所有的反应组分都加好 , 并且可长期贮存稳定 ,在干燥时通过水分挥发而加快 交联反应 ,所以 ,交联单体的选择与用量 ,需要通过实 验来确定 。
阳光中的能量 ,逐步使其交联 ,则在涂膜中就能使亲 水基团逐步消失 ,使耐水性能进一步提高 ,最终可达 到油性漆的效果 。
2 配方设计
笔者在研制木器漆乳液的过程中对乳液的配方 和合成工艺有 4 点考虑 。
211 丙烯酸单体 丙烯酸单体的种类及配比影响乳液聚合物的保
光保色等诸多性能 ,并直接决定聚合物的刚性 (玻璃 化温度 Tg) ,还会因竞聚率的不同而影响聚合物的结 构 ,并且涉及产品成本 ,这是设计配方时要考虑的主 要因素 ,尤其针对无皂聚合的特殊性 。本实验选用的 主要单体为甲基丙烯酸甲酯 、丙烯酸乙酯 。
单体的配比 A3 ; 自交联单体用量 B2 ; 亲水官能单体 用量 C2 ;光固化催化剂用量 D3 。将所合成乳液配成 清漆 ,其涂膜干燥 3 d 时 ,摆杆硬度值为 0138 ,6 d 时 为 0158 ,且乳液合成中反应平稳 ,容易操作 ,其性能 指标见表 4 。
表 4 水性木器漆乳液性能指标
收稿日期 2002 - 11 - 20 作者地址 无锡市惠山区钱桥镇 联系电话 (0510) 3206108 ;3212101
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