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                 2018/9/24  

自交联丙烯酸酯乳液在水性木器封闭底漆中的应用研究

来源:  中国涂料在线www.coatingol.com   发布时间: 2018/4/12 8:13:11   

前 言
随着人们和政府部门对环境保护的重视,水性木器涂料的市场占有率正在逐步提高,水性木器涂料已成为涂料行业发展的必然趋势之一。但相对溶剂型涂料,水性涂料在性能上仍存在一定差距,如硬度、耐化学品性和封闭性等,因而水性木器涂料在涂装过程中还存在一些有待解决的问题,如木材渗色问题。渗色,是在制作实色涂装时,特别是白色涂装,木材中的单宁酸及其他树脂等色素渗出,使涂膜变色,严重影响涂膜外观,也会使涂膜附着力变差。解决水性木器涂料渗色问题简单有效的方法之一是涂装封闭底漆,因此研究出一种具有良好封闭性的水性丙烯酸酯乳液作为封闭底漆使用是非常有必要的。涂膜的封闭原理可分为物理阻隔与化学反应。物理阻隔是依靠致密的涂层阻止色素渗透,如常见的阴离子型丙烯酸酯乳液;化学反应是涂膜中的活性物质与色素分子发生反应,使色素固定,其代表如阳离子型丙烯酸乳液,阳离子基团可与单宁酸等形成离子键,生成的盐被固定在界面中,起到优异的封闭效果。一种具优异封闭效果的丙烯酸酯乳液应兼具以上两类作用。增加交联度能提高涂膜的致密性,而通过添加氧化锌(ZnO)等金属氧化物,锌离子不仅会与乳液中的羧基反应交联提高交联度,还能与单宁酸等色素络合成稳定的化学物,从而使乳液具一定的封闭效果。但ZnO不溶于水,容易析出,破坏乳液稳定性,因此本文通过优选其他特殊的金属盐,制备出封闭性能优秀且稳定的自交联丙烯酸酯乳液,并研究了新交联单体的用量及乳液pH值对底漆性能的影响。
 
1 实验部分
1.1 主要原料
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)、丙烯酸(AA)、醋酸盐A、醋酸盐B,氯化盐C、氯化盐D、硫酸盐E、乳化剂、引发剂、氨水,工业级;消泡剂1、消泡剂2、润湿流平剂,工业级,迪高;成膜助剂1,成膜助剂2、流变助剂,工业级,陶氏;增稠剂,工业级,明凌;流平剂,工业级,巴斯夫;防腐剂,工业级,索尔;封闭乳液,市售,具体见表1。
1.2 自交联丙烯酸酯乳液的制备
取部分乳化剂溶于部分水中,在快速搅拌下加入混合好的核/壳单体,预乳化20 min,分别得到核层和壳层的预乳液。在装有搅拌器、冷凝管、温度计的四口烧瓶中,加入部分去离子水,剩余的乳化剂和全部的缓冲剂,作为釜底料,边搅拌边加入部分核层预乳液,加热到设定温度,加入部分引发剂水溶液引发聚合反应,当反应乳液变蓝,单体回流消失,温度回落到设定温度后,开始同步滴加剩余核层预乳液和引发剂溶液,滴加完并保温一定时间后,滴加壳层预乳液和引发剂溶液,并保温一定时间。反应结束后,乳液降温至50 ℃以下,用氨水调节pH值至8~9,用200目滤网过滤,得到自交联丙烯酸乳液,具体指标见表2。
1.3 实验配方及工艺
水性木器封闭底漆配方如表3所示。
将水性乳液加入容器中,加入消泡剂1,600 r/min搅拌5 min;将成膜助剂1、成膜助剂2、流变助剂、润湿流平剂、增稠剂、H2O混合均匀后,缓慢加入容器中,1 200 r/min搅拌10 min;最后加入消泡剂2、防腐剂搅拌5 min后过滤出料。
1.4 测试方法
封闭性能检测:以喷涂方式在红橡木上刷上述封闭底漆,涂膜干燥后,在封闭底漆木板上喷涂普通白底漆,干燥后将木板置于25 ℃烘箱24 h后观察封闭效果。
封闭性能评级:将未喷涂封闭底漆的木板作标准板,以目测的方法,根据木板黄变程度,观察并评级,评分标准如表4。

热贮存稳定性检测:将制备的封闭底漆密封好,置于50 ℃烘箱15 d,用NDJ-5S旋转黏度仪测量涂料放置前后的黏度并计算黏度变化率。
黏度变化率=(贮存后黏度-贮存前黏度)/贮存前黏度×100%
2 结果与讨论
2.1 不同交联单体对封闭底漆性能的影响
本文分别选取了5种金属盐作特殊交联单体,制备出5种不同的丙烯酸酯乳液,固定交联单体添加量为1.5%,研究不同的交联单体对封闭底漆封闭性和热贮存稳定性的影响,结果如图1、表5所示。

由图1、表5可知,在添加量相同的情况下,使用醋酸盐A或氯化盐C的封闭底漆的封闭性能较好,封闭效果都达到2级,但氯化盐C封闭底漆的黏度变化率比醋酸盐A封闭底漆的黏度变化率高得多,其封闭底漆的稳定性较差。因此,综合封闭性能与热贮存稳定性考虑,选择醋酸盐A作为乳液的交联单体较合适。
2.2 醋酸盐A用量对封闭底漆性能的影响
确定交联单体后,下面将研究醋酸盐A用量对封闭底漆性能的影响,结果如图2、表6所示。
由图2、表6可知,随着醋酸盐A用量的增加,封闭底漆的封闭性增强,当用量为2%时,已经完全可以封闭基材中色素的渗出,继续增加用量,封闭性能没明显增强。封闭底漆的贮存稳定性则随着醋酸盐A用量的增加而降低,当用量大于2%时,黏度变化率急剧增大。这可能是因为醋酸盐A可与单宁酸等色素络合反应,随着醋酸盐A用量的增加,更多的单宁酸等色素固着在涂膜界面中,使封闭性能提高,但醋酸盐A用量增加,底漆乳液中的金属离子增加,其会降低乳胶粒ζ电位,破坏乳胶粒的双电层结构,使底漆的稳定性变差,底漆黏度变化率增大。因此醋酸盐A的合适用量为2%。
2.3 乳液pH值对封闭底漆性能的影响
实验使用不同pH值的丙烯酸酯乳液制备封闭底漆,研究乳液pH值对封闭底漆性能的影响,结果如图3、表7所示。
由图3、表7可知,随着乳液pH值的增大,底漆的黏度变化率降低,且当pH值>8.5时,黏度变化率趋于定值,贮存稳定性变好;但当乳液pH值>9时,底漆的封闭效果降低。这可能因为提高乳液pH值,乳胶粒表面的羧基中和得更充分,乳胶粒ζ电位提高,乳液更稳定,且乳液中的金属离子首先会与中和剂络合,这降低了金属离子对乳胶粒双电层结构的破坏作用,其共同作用使底漆稳定性提高。而在涂膜干燥过程中,中和剂会挥发走,金属离子再与单宁酸等色素络合固着色素,但当pH值过高时,残留的中和剂增多,与色素络合的金属离子量降低,封闭性能降低。
综合考虑,合适的乳液pH值应为8.5~9。
2.4 不同基材上的测试
实验在相思木贴皮板、黑胡桃木贴皮板、水曲柳贴皮板、松木、橡木等板材上制板测试封闭底漆的封闭性能,结果如表8所示。

由表9可知,相比市售的4种封闭乳液,实验制备的丙烯酸酯乳液具有较好的封闭效果。

3 结 语
(1)通过比较不同金属盐作交联单体,采用醋酸盐A作交联单体的丙烯酸酯乳液具有较好的封闭性能。
(2)增加交联单体的用量可提高底漆的封闭性能,但会使贮存稳定性降低,因此其合适用量为2%(质量分数)。
(3)乳液pH值会影响封闭底漆的性能,随着乳液pH值增大,底漆贮存稳定性提高,但当pH值>9时,底漆封闭效果降低,综合考虑合适的乳液pH值应为8.5~9。
(4)对于不同基材,实验制备的自交联丙烯酸酯乳液均具有较好的封闭效果,其封闭性能也好于市面上的大多数产品。

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