data-full-width-responsive="true"> 纳米改性水性木器漆的研制金祝年1 方锡武2(1 浙江金华职业技术学院,金华321007 ; 2 浙江顺虎德邦涂料有限公司,丽水323000)目前家装市场所用的家具漆仍以溶剂型聚氨酯为主,因此存在着向环境中释放挥发性有机化合物(VOC) 的问题。特别是板材胶粘剂中甲醛的释放问题,一直是关注的焦点。为解决这些问题,我们开发出具有吸附甲醛功能的水性木器漆。另外,根据市场的需求,通过特殊的工艺,我们把纳米银化合物应用于水性木器漆中,使之还具有抗大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的作用,成为环保健康涂料。本课题的研究,将为家装市场开辟一片新的天地。1 实验部分试制过程分以下几个阶段:(1) 由多异氰酸酯与含活泼氢的多元醇(胺) 共聚得到水性木器漆(聚氨酯) 分散体;(2) 有机硅乳液添加剂的合成配制;(3) 纳米抗菌粉的选择和配制。2 纳米改性水性木器漆(聚氨酯) 工艺流程图纳米改性水性木器漆的工艺流程图见图1 。
图1 纳米改性水性木器漆的工艺流程图3 结果与讨论3 1 水性木器漆(聚氨酯) 分散体的合成木器漆是由多异氰酸酯与含活泼氢的多元醇(胺) 共聚得到的高分子化合物。目前我们采用内乳化法即在聚氨酯主链引入亲水基形成自乳化水性聚氨酯分散体,其综合性能得到很大改善。在扩链交链剂方面,我们选择用多元胺作为扩链剂得到聚氨酯乳液清漆膜的硬度好。因为聚氨酯分子链中含有大量的-C = O 基、-N H 基、- O-等极性基团,其中N、O 原子的电负性很大,可以通过H 原子缔合而形成氢键。对于聚醚型脲氨酯来说,-N H 带正电荷,是质子给予体,而-C-O-C ,氨酯羰基-N H-CO-O-和脲羰基-N H-CO-N H-带负电荷,是质子接受体,
他们之间可以形成3 种不同类型的氢键。在3 种氢键中,-N H基团主要与羰基形成氢键,并且有可能形成三维氢键。即1个脲羰基与2 个-NH 发生氢键,使硬链段具有更高的相互亲和性,造成了硬段堆砌,促进了微相分离。多元胺扩链形成的聚氨酯乳液,由于脲键-NH-CO-NH-比氨基甲酸酯-N H-COO-有更多的-NH2基团,
它既可以与硬段中的-C = O 形成稳定的氢键,也可以和亲和性更强的-COO-基团形成氢键,提高硬段间的亲和力,有利于微相分离,达到良好的二次交联,提高材料的性能。但是用多元胺作扩链剂,清漆膜抗水性下降。这与反应过程中加入的亲水扩链剂有关,我们发现用多元胺作扩链剂时,为了得到稳定不凝胶的乳液,所需亲水扩链2 ,2-二羟甲基丙酸的量更大,离子基团的增加同时也增大了膜与水的亲和力,随着离子基团的增加,材料的耐水性明显下降。另外,用多元胺作扩链交联剂,由于氨基的存在,我们还注意到膜的黄变问题。我们还进行了用多元醇作扩链交联剂的聚氨酯乳液,由于羟基的活性低于氨基,低温(或室温) 成膜速度慢,在规定的时间内膜的性能还未达到最佳值,需延长时间或高温处理以促进交联或剩余原料间的完全反应。因此,作为聚氨酯乳液使用的离聚物,在考虑涂膜的性能、水乳化能力的同时,还考虑到它的耐水、硬度等综合性能,从中找出了最佳的结构比例。3 2 有机硅乳液添加剂的合成和用量有机硅低的表面张力、良好的疏水性作为防水材料在各行各业得到广泛应用。然而将疏水性有机硅在水中乳化较困难,为此,采用强制手段诸如高剪切、超声波、高压均质等措施。微乳化技术的利用,为得到稳定、性能优异的有机硅乳液奠定了基础。利用阴离子、非离子表面活性剂作为复合乳化剂,通过酸催化开环聚合即得到阴离子羟基硅油微乳液。将疏水性的有机硅乳化于水,难免要引入亲水性的乳化剂。有机硅使底物疏水,亲水性乳化剂则使底物亲水。这对矛盾预示着有机硅乳液作为添加剂,有一个最佳用量。通过实验我们发现,羟基硅油乳液添加量大,虽可使膜的手感等得以改善,但又使膜的亲水性提高,因此选择添加量1 %以下较为适宜。3 3 纳米抗菌粉的选择与复配纳米材料具有表面效应、小尺寸、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸等特殊性质。粒度进入纳米尺度,材料表面活性中心的增多可提高其化学催化和光催化的反应能力。纳米抗菌粉的抗菌性就是通过纳米粒子的这种光催化作用获得,这种纳米粒子在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子( E- ) 和带正电的空穴( H+ ) ,形成电子2空穴对。该电子2空穴对能与空气中的氧和水发生作用,通过一系列化学反应形成原子氧(O) 和氢氧自由基( HO) 。这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性,能与细菌中的有机物反应,生成CO2 和水,从而破坏了细菌体内脱氧酶的SH 基,使细菌无法进行能量代谢。在无光照条件下活化的纳米粒子可以恢复原状,因而可以获得持久的抗菌效果,是可逆的。一般的抗菌剂都不具备这种可逆催化作用,因为抗菌剂在一定的时间内或者与某类细菌发生作用就发生分解,从而使抗菌效果慢慢降低,甚至失效。为达到持久的抑菌效果,纳米材料的这种可逆光催化特性满足这一需求,所以我们选择纳米级抗菌粉抗大肠杆菌,金黄色葡萄球菌。下面是不同型号纳米抗菌剂对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抑菌的试验比较,结果见表1 、表2 。
从抗菌试验结果可明显看出,样品C 不管对大肠杆菌亦金黄色葡萄球菌都表现出极佳的抗菌性能,所以我们选择了样品C 即SiO2 为载体基的纳米银无机化合物作为水性木器漆的抗菌粉。3 4 产品各项技术指标检测按涂料检测方法对产品的各项技术指标进行检测,结果如表3 。
4 结 论通过对纳米改性水性(聚氨酯) 分散体及各类助剂的选材定型、工艺和配方设计的改进,试制的产品检测结果显示,该水性木器漆的硬度、吸附甲醛和抗菌能力全部符合甚至超过企业技术标准,说明纳米改性水性木器漆整个配方设计、工艺改进是可行的,产品质量稳定可靠,并达到环保健康的要求。
