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单组份水性漆的制备及性能测试

阅读次数:641 - 发布时间:2017/9/29 16:58:47

单组份水性漆的制备及性能测试*

王小荣,惠瑞敏,朱文婷

(咸阳师范学院化学与化工学院,陕西 咸阳 712000)

摘 要: 以自制聚氨酯乳液 (MPU) 和丙烯酸酯乳液 (MPA) 为主要成膜物质,将二者进行配比,并添加不同量的助剂成 功制得单组份水性木器漆产品,并通过漆膜性能测试对漆膜各项性能进行测试。结果表明,当 MPU 和 MPA 配比为 1∶1,成膜助 剂含量为 5%,润湿剂含量为 9%,消泡剂添加量为 1. 5%时,漆膜的耐冲击性为 120 kg. cm,光泽度为 89,柔韧性 1 mm,干燥时 间也缩短至 35 min,漆膜性能提高。
关键词: 聚氨酯乳液; 丙烯酸乳液; 单组份; 助剂
中图分类号: TQ638 文献标志码: A 文章编号: 1001 - 9677(2016)021 - 0065 -


通常人们使用的涂料含有挥发性溶剂,在使用的过程中会 挥发出有刺激性气味物质,严重影响了人们的生活。近来,人 们逐渐研制出一种新型水性产品 [1] ,这类产品以水为溶剂,不 含系列有机溶剂,且在涂装使用时能提升家具表面的亮度,对 基材没有损伤。此水性产品同时可避免有机溶剂排放对环境造 成的危害。此产品的出现逐步成为新一代环保涂料产品 [2] 。 

本研究主要以自制聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液为主要成膜 树脂,通过研究筛选出具有较佳性能的成膜物质配比,同时研 究不同种类成膜助剂、消泡剂、润湿剂对漆膜性能的影响,最 终制得绿色环保的水性清漆产品。


1 实 验

1. 1 实验试剂

自制 聚 氨 酯 乳 液 ( MPU) [3] ; 自 制 丙 烯 酸 酯 乳 液 (MPA) [4] ; 消泡剂 (AGITAN 100),流平剂 (EDAPLAN LA 402),明凌化工基团; 成膜助剂: 二丙二醇甲醚 (DPM),二 丙二醇丁醚 (DPNB),丙二醇苯醚 (PPH),润湿剂 (TEGO Wet 270),上海德予得贸易有限公司。

1. 2 漆膜性能测试 

据 《GB/T 1732 -1993 漆膜耐冲击测定法》以不引起漆膜 破坏的最大高度测试漆膜的耐冲击性能; 据 《GB/T 9286 -1998 漆膜附着力测定法》评价漆膜与底材之间附着的牢固程度; 据 《GB/T 9754 -1988 漆膜光泽测定法》,测定涂膜 60°光泽度; 据 《GB/T 1731 -1993 漆膜柔韧性测定法》以不引起漆膜破坏的最 小轴棒直径表示漆膜的柔韧性; 据 《GB/T 1728 - 1979 (1989) 漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测试漆膜表干和实干时间; 采 用 XJZ -200 型表面张力仪在室温下通过吊环法测定成膜树脂 乳液的表面张力; 采用 JC2000A 型润湿角测量仪测定成膜树脂 乳液在基材表面上的接触角。

1. 3 单组份水性清漆制备工艺 

在水性清漆的制备过程中需要添加一些助剂以提高清漆产 品的性能,其配方组成如表1 所示,其具体制备过程为: 称取一 定质量的①,在1500 rpm 转速搅拌条件下分散均匀,然后加入 预混的②和③,搅拌均匀后加入④,搅拌一段时间后加入⑤,并 在2000 rpm 转速下搅拌30 min,然后将转速降至 500 rpm,慢速 消泡之后添加⑥,搅拌 30 min 后,用 120 目的分样筛过滤,静 置一段时间出料。其配制工艺过程详见图 1。

水性清漆的配制工艺

水性清漆基本配方组成

2 结果与讨论 

水性聚氨酯涂料的力学性能、耐腐蚀性、耐候性优良,但 同时它柔韧性及防水性均不足。而丙烯酸树脂柔韧性及防水性 能优异,将两者结合起来应用,可以弥补聚氨酯的不足之处, 同时提升整个丙烯酸酯乳液的性能。本研究拟通过选取 MPU, MPA 来研究它们不同配比对漆膜性能的影响。

2. 1 聚氨酯与丙烯酸树脂不同配比对漆膜性能的影响 

表 2 为按照图 1 所示步骤配制的一系列不同 MPU 与 MPA 配比的水性清漆的漆膜性能测试结果。

MPU 与 MPA 不同配比对漆膜性能的影响

由表 2 可以看出,单纯 MPU 的漆膜光泽度较高,单纯 MPA 柔韧性能佳,光泽度一般,而两者不同配比的耐冲击性及 附着力都同样优良。随着丙烯酸树脂配比的增加,漆膜的柔韧 性能变好,这也说明了丙烯酸树脂的引入确实可以提高体系的 柔韧性 [5] ,最终确定以 MPU 与 MPA 的配比为1∶1 作为基本的 成膜树脂。

2. 2 不同成膜助剂类型对漆膜性能的影响 

成膜助剂,又称助溶剂,对聚合物起溶解和增塑作用,使 乳液粒子在低温条件下能更好的融合。表 3 为不同成膜助剂对 漆膜性能影响的测试结果。由表 3 可以看出加入 PPH 的漆膜光 泽度比较小,并且有细小的裂纹。DPNB 对乳液溶解能力最强, 漆膜的光泽度和硬度比较高,但其挥发速率比较慢 [6] 。DPM 挥 发速率较快,成膜性能较好,有较高的硬度及高的光泽度。可 将 DPNB 和 DPM 按 1∶1 配比协同配合使用,达到较好成膜性。

不同类型成膜助剂对漆膜性能的影响

2. 3 不同消泡剂用量对漆膜性能的影响 

消泡剂的用量若加入不当会导致涂膜缩孔。控制漆膜基本 配方如下: 成膜树脂 80%(m(MPU)∶m(MPA) =1∶1),成膜 助剂 5% (m(DPNB)∶m(DPM) = 1∶1),润湿剂(TEGO Wet 270)9%,添加不同量的消泡剂,高速分散后进行漆膜性能测 试。表4 为不同消泡剂(AGITAN 100)用量对漆膜性能影响的测 试结果。由表 4 可以看出,消泡剂用量在 1. 5% 时涂层较平整, 同时附着力和耐水性优良。

不同消泡剂用量对漆膜性能的影响

2. 4 不同润湿剂用量对成膜树脂表面张力的影响 

在成膜树脂中,按一定比例加入基材润湿剂 TEGO Wet 270 (0%,3%,6%,9%),用表面张力仪对乳液的表面张力进行 检测,并对基材表面的接触角进行测定。表 5 为润湿剂加入量 对成膜树脂表面张力和接触角的影响测试结果。

不同润湿剂加入量不同对乳液表面张力和接触角的影响

在表 5 中,我们可以看到润湿剂用量为 0% 时,乳液表面 的表面张力和接触角数值最大,随着润湿剂用量增加至 9%, 成膜树脂的表面张力减小至 55. 34 mN/m,接触角降至 52. 27°。 润湿剂将成膜树脂的表面张力降低,使得成膜树脂表面能降 低,从而可以很容易的润湿基材的表面进而进行涂刷。

2. 5 单组份清漆性能指标检测结果

 采用成膜树脂 80%(m(MPU)∶m(MPA) =1∶1),成膜助剂5%(m(DPNB)∶m(DPM) =1∶1),润湿剂(TEGO Wet 270) 9%,消泡剂(AGITAN 100)1. 5%,配制出单组份水性清漆产 品,表 6 为此清漆性能测试结果。

水性漆的性能指标

从表 6 对漆膜性能测定结果可以看出,在成膜树脂是 MPU 和 MPA 的 1∶1 共混物的前提下,成膜助剂,消泡剂和润湿剂 的添加量对漆膜的性能影响也至关重要。在确定上述助剂添加 量后,漆膜的耐冲击性,柔韧性和光泽度等性能均有所提升, 而且干燥更快,从而提高了漆膜的性能。

3 结 论 

本研究以自制聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液为主要成膜物 质,确定两者的质量配比为 1∶1,当成膜树脂添加量为 80%, 成膜助剂[m(DPNB)∶m(DPM) = 1∶1] 含量为 5%,润湿剂 (TEGO Wet 270) 含量为 9%,消泡剂 (AGITAN 100) 含量为 1. 5%时,漆膜的耐冲击性为 120 kg·cm,光泽度为 89,柔韧 性 1 mm,干燥时间也缩短至 35 min,漆膜性能提高。


参考文献 

[1] 王小荣,高于涵,惠瑞敏,等 . 环境友好型水性聚氨酯的合成及其 应用综述[J]. 广东化工,2016,43(10):109 -110. 

[2] 康永,傅和清 . 环境友好型乳液涂料研究进展[J]. 化工进展, 2011,30(12):2658 -2663. 

[3] 王小荣,沈一丁,赖小娟 . γ - (甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅 烷改性聚氨酯的研究[J]. 功能材料,2011,42(10):1814 - 1816, 1820. 

[4] 王小荣,高于涵,朱文婷,等 . 多交联丙烯酸酯乳液的制备及胶膜 性能的研究[J]. 广州化工,2016,24(9):74 -76,110. 

[5] 梁飞,吴晓青,刘苏宇,等 . 丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的合成 及性能研究[J]. 涂料工业,2010,40(4):60 -63. 

[6] 唐植贤,王君瑞,金瑛芝 . 如何提高单组分水性木器漆硬度及耐划 伤性[J]. 涂料工业,2010,40(5): 53 -55.

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