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耐磨紫外光固化水性木器涂料的研究航空煤油

时间:2022/06/28 06:48:52 编辑:

耐磨紫外光固化水性木器涂料的研究

耐磨紫外光固化水性木器涂料的研究

刘红波

( 深圳职业技术学院化生学院 , 广东深圳 518055)

摘要 : 以水溶性聚氨酯丙烯酸酯为基础配制紫外光固化水性木器涂料 , 加入纳米氧化铝 , 考察了体系黏度、二氧化硅、偶联剂对纳米氧化铝分散稳定性的影响 , 测试了其附着力、硬度、光泽度、耐水性、耐醇性和耐磨性等性能。结果显示 , 该涂料具有良好的耐水性、耐醇性和耐磨性。

关键词 : 紫外光固化 ; 耐磨 ; 木器 ; 涂料

0 引 言

随着人们环保意识的增强 , 溶剂型木器涂料有逐步被水性木器涂料取代的趋势 , 水性木器涂料在我国也有 10 多年的发展历史 , 主要有水性醇酸、水性聚氨酯、丙烯酸乳液等品种 , 与溶剂型木器涂料相比 , 早期的水性木器涂料存在一些问题 , 如硬度低、丰满度较差、早期抗黏性较差、抗沾污能力差、耐水性、光泽等均不理想 , 且有高温回黏等问题 , 而且价格较高 , 施工也不是很方便 , 干燥时间长 , 不适合大型家具企业的规模生产需要 , 只适合一般的民用涂装 [1-2] okmart.com。针对这些问题 , 国内外研究者和相关涂料企业也在做大量的研究和改进工作 [3-6] 。将水性木器涂料和紫外光固化技术结合起来 , 可以有效利用光固化技术固化速度快、环保等优点 , 得到施工方便、各项性能较优的环保型水性木器涂料。本文采用水溶性聚氨酯丙烯酸酯为基础树脂 , 加入二氧化硅和纳米氧化铝等无机材料 , 研制具有较好综合性能的紫外光固化水性木器涂料 , 考察了无机材料的分散稳定性 , 测试了涂料的各项理化性能。

1 试验部分

1.1 原料与试剂

水溶性聚氨酯丙烯酸酯 , 工业品 ,Sartome r 公司 ; 光引发剂 D a r o c u r 1173 、 I r g a c u r e184, 工业纯 , 长沙新宇化工实业有限公司 ; 纳米氧化铝、二氧化硅 , 工业纯 , 南京海泰纳米材料科技有限公司 ; 硅烷偶联剂 ( K H -550, K H -560), 工业品 , 江苏金坛华东偶联剂有限公司 ; 钛酸酯偶联剂 ( J N - A 、 J N - B ) , 工业品 , 常州市吉耐助剂有限公司 ; 消泡剂、分散剂、流平剂等 , 工业品 ,Cognis 、 EFKA 公司等。

1.2 耐磨紫外光固化水性木器涂料的制备

将水溶性聚氨酯丙烯酸酯、纳米氧化铝、二氧化硅、偶联剂、光引发剂 D a r o c u r 1173 或 I r g a c u r e184 、消泡剂、分散剂、流平剂等按一定比例分散均匀 , 涂布于基材上 , 用红外灯干燥一定时间后 , 用紫外光固化机固化 , 室温放置 1 d 后测试性能。

1.3 表征方法

黏度的测定 : 将分散好的涂料 , 在 25 ℃ 的室温下用涂- 4 杯黏度计测定黏度 (GB/T 1723-93) 。 摆杆硬度的测定 : 将光固化涂料涂布在 95 mm × 88 m m × 5 m m 的玻璃片上 , 固化一定时间后用天津仪器公司的 Q B Y 型摆杆硬度仪测试其硬度 (GB1730-82) 。表面光泽度的测定 : U V 固化膜光泽度用 S h e e n 仪器有限公司 S h e e n 60 型光泽仪测定 , 测试角度为 60 ° , 折射率为 n D =1.567 的玻璃表面光泽度定义为 100%(GB 1743-79) 。耐醇性测试 : 将涂料涂布于马口铁片上 , 固化后封边 , 浸泡于 50 % ( V / V ) 乙醇溶液中 8 h , 观察涂膜是否起泡、起皱或脱落 (GB/T9274) 。耐水性测试 : 将涂料涂布于马口铁片上 , 固化后封边 , 浸泡于水中 72 h , 观察涂膜是否起泡、起皱或脱落 (GB/T9274) 。耐磨性测试 : 将光固化涂料涂布在中心有圆孔的玻璃片上 , 固化后用上海现代环境工程技术有限公司的 JM -Ⅳ型磨耗仪测试其耐磨性 (GB 1768-79) 。

2 结果与讨论

2.1 涂料黏度对纳米氧化铝分散稳定性的影响

调整水溶性聚氨酯丙烯酸酯 (W-PUA) 、水的比例 , 加入不同量的二氧化硅 , 获得不同的黏度 , 在不加其他助剂的情况下 , 加入 3 %的无机纳米氧化铝 , 通过高速剪切分散 , 考察不同黏度下纳米氧化铝的分散稳定性 , 试验结果见表 1 。

表 1 体系黏度对分散稳定性的影响

该体系采用水作为稀释剂 , 有别于普通的光固化木器涂料 , 普通的光固化木器涂料经常需加入较多的低分子质量稀释剂 ( 如丙烯酸丁酯、三丙二醇二丙烯酸酯、 1,6 -己二醇二丙烯酸酯等 ) , 这些丙烯酸酯稀释剂有些对人体有毒害或有刺激性。木器涂装中 , 稀释剂容易扩散到孔隙中而不能固化 , 而使被涂物长期有异味 , 用水代替丙烯酸酯稀释剂 , 具有以下优点 : 可通过加水或传统的增稠剂、流平剂来调节涂料的黏度和流变性能 , 降低了体系的毒性和刺激性 , 不含挥发性有机物 , 降低了涂料的易燃性。表 1 实验数据显示 : 分散体系黏度比较大的时候 , 纳米粒子的分散稳定性较好 ; 当黏度下降时 , 纳米氧化铝的分散稳定性迅速下降 , 体系黏度下降到 53 s 时 , 纳米粒子在 1 个月内完全沉降 ; 当体系中加入二氧化硅后 , 体系黏度上升 , 纳米氧化铝的分散稳定性得到提高 , 但二氧化硅的含量过多时 , 体系黏度过大 , 不利于涂料的涂装和流平 , 故该体系选用加入 5 份二氧化硅比较合适。

2.2 偶联剂对体系分散稳定性的影响

偶联剂是一种具有特殊结构的有机硅化合物或钛酸酯化合物 , 在它的分子中 , 同时具有能与无机材料 ( 如玻璃、各种无机粉体等 ) 结合的反应性基团和与有机材料 ( 如合成树脂等 ) 结合的反应性基团。在涂料体系中添加纳米材料时 , 由于纳米材料具有比较高的表面能 , 不容易润湿分散 , 导致涂料分散体系的不稳定 , 用偶联剂对纳米氧化铝进行表面改性 , 从偶联剂反应机理和作用方式来分析 , 其容易在纳米氧化铝、聚氨酯丙烯酸酯 (W-PUA) 和溶剂水之间形成一种键合桥梁作用 , 从而有效地改善和提高纳米氧化铝的分散稳定性 , 由于偶联剂种类较多 , 本试验选用了几种涂料中常用的偶联剂 , 考察了其对纳米氧化铝在水性紫外光固化木器涂料中的分散稳定性 , 其结果见表 2 。

表 2 偶联剂对纳米氧化铝分散稳定性的影响

从试验结果来看 : 在该水性光固化体系的分散中 , 硅烷偶联剂的作用效果要比钛酸酯偶联剂的效果好 , 尤其是加入 K H -550 后 , 体系黏度由 53 s 提高到 70s , 稳定性也由 1 个月提高到 2 个月 , 说明其能在纳米氧化铝、聚氨酯丙烯酸酯 (W-PUA) 和水之间形成一种桥梁作用 , 对提高体系稳定性作用最明显。另外两种钛酸酯偶联剂虽然也能适当提高体系的黏度 , 体系的稳定性有一些改善 , 但其作用不是很明显 , 故该体系以采用硅烷偶联剂 KH-550 效果更好。

2.3 纳米氧化铝对涂膜性能的影响

在上述试验的基础上 , 以 K H -550 为偶联剂 , 加入适当的消泡剂、分散剂、流平剂等助剂 , 改变纳米氧化铝的含量 , 考察其对水性紫外光固化涂料的耐磨性和硬度等性能的影响 , 试验结果见表 3 。试验结果表明 , 在水性紫外光固化木器涂料中加入纳米氧化铝能提高涂膜的耐磨性 , 不加纳米氧化铝体系的耐磨性为 0.022 g , 而加入 3 份纳米氧化铝后耐磨性提高到 0.016 g , 继续加入 , 耐磨性进一步提高。与此同时 , 比较重要的一点是涂膜的硬度也有较大的提高 , 不加纳米氧化铝体系的摆杆硬度为 0.54, 而加入 3 份纳米氧化铝后摆杆硬度提高到 0.60 。但是 , 纳米氧化铝的添加量也不是越多越好 , 试验中发现 , 当纳米氧化铝超过 5 份以后 , 体系的稳定性反而会降低。这是由于纳米粒子含量增加时 , 分散体系中纳米粒子相互碰撞的几率要大幅度提高 , 导致纳米粒子容易团聚 , 分散稳定性也快速下降。故纳米氧化铝以添加 3 ~ 5 份比较合适。

2.4 涂膜的综合性能

根据上述一系列试验结果 , 本试验选择表 3 配方 3 配制涂料 , 加入 2 % Darocur 1173 和 1 % Irgacure 184 的光引发剂 , 搅拌均匀后 , 按要求制备样板 , 经红外干燥后 , 用紫外光固化 , 根据紫外光固化木器涂料行业标准测试其各项理化性能 , 具体测试结果见表 4 。从表 4 结果来看 , 其各项理化性能均达到紫外光固化木器涂料行业标准 , 摆杆硬度为 0.60, 耐磨性为 0.016g , 其附着力 ( 划格实验 ) 和耐干热性均为 1 级 , 有很好的耐水、耐醇性。在工业中有一定的应用前景。

表 3 纳米氧化铝对涂膜性能的影响

表 4 涂膜理化性能检测结果

3 结 语

在紫外光固化水性木器涂料体系中加入纳米氧化铝 , 配制了一种具有较好耐磨性和硬度的纳米复合改性涂料。经过测试 , 其理化性能符合紫外光固化木器涂料行业标准 , 具有一定的应用前景。与传统的水性 涂料相比 , 该涂料在具有水性涂料的环保等优点以外 , 由于其是固化型的 , 干燥速度快 , 涂膜各项理化性能更好 , 并可适应大型家具企业自动化快速生产的需要。

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