data-full-width-responsive="true"> 纳米Al2O3改性水性木器漆耐磨性和硬度的研究龙玲1 万祥龙2 曲岩春1( 1 中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091;2 德国明斯特大学物理化学研究所和纳米技术中心威斯特法伦州48149)木器涂料在木材加工业中具有重要地位和作用。目前国内使用的木器涂料主要是溶剂型涂料，含有大量有机挥发物( VOC) ，部分涂料含有苯、甲苯、二甲苯等高度致癌性物质，严重影响室内空气质量和人类的身体健康。欧盟从2007 年起，对溶剂型木器涂料释放的VOC 进行了严格的限制，几乎禁止了溶剂型木器漆在室内的应用，这对我国木器漆行业和油漆家具的出口贸易等形成了新的挑战。为此，国内开始加强水性木器漆的研究开发，水性木器漆已逐渐成为家具涂料发展的方向。水性木器漆具有的一些天然缺陷影响了其在市场的发展，例如水性木器漆的漆膜软、耐温变性、不耐磨、成膜速度慢等( 岳慧艳，2005; 赵金榜，2007) 。李剑( 2004) 对影响漆膜的耐磨性因素进行了探讨，提出漆膜自身是3 个重要因素之一; 罗振扬等( 2005) 利用纳米Al2O3对水性聚氨酯进行改性，改善了涂膜的硬度和耐磨性; 雷霆等( 2006) 对用纳米Al2O3增强磷化膜的耐磨性进行了研究。研究( 龙玲等，2009; 万祥龙，2007) 表明: 纳米Al2O3参与丙烯酸酯乳液的杂合反应，可使纳米Al2O3浆料在乳液中分布均匀，用该乳液为基本成膜物质，可制备出耐磨性较好、硬度较高的聚丙烯酸酯水性木器涂料。陈中华等( 2009) 以钛酸酯为表面改性剂、聚羧酸钠盐为分散剂，制备了纳米氧化铝浆料并添加在水性木器漆中，漆膜硬度有一定提高。利用纳米材料的最关键问题是对其进行表面改性，使其与应用的体系匹配，并在最终产品中保持纳米状态。纳米粉体表面改性的方法很多，其基本原理都是对粉体的表面进行相应的物理和化学处理，包括表面包覆、表面接枝等，所有的表面改性都是在纳米微粒的表面进行( Romdhane et al．，2004; 高濂等，2003; 王宝利等，2006) 。本文采用纳米Al2O3对丙烯酸酯类水性木器漆进行改性，以提高漆膜的耐磨性和硬度; 研究不同添加量及改性方法对水性木器漆漆膜耐磨性和硬度的影响。本试验采用多层胶合板作为基材，表面涂饰纳米Al2O3改性的水性木器漆，然后用磨耗试验机检验涂层耐磨性能，并测定涂膜的铅笔硬度。1 材料与仪器1 1 材料纳米Al2O3: 相，纯度99 99% ，平均粒度80 nm，比表面积( 120 10 ) m2g － 1 ; 甲基丙烯酸甲酯( MMA，化学纯) 、丙烯酸丁酯( BA，化学纯) ; 分散剂、润湿剂、稳定剂、消泡剂等助剂; 多层胶合板。1 2 主要仪器高速分散机( SDF04) 、砂磨机( SKII) 、超声波发生器( KQ5200DE) 、磨耗试验机( JM-IV 型) 、铅笔划痕试验机、扫描电镜( HITACHI S-4300 ) 、透射电镜( JEM-2011，JEOL) 等。2 试验方法2 1 水性木器漆的制备纳米改性水性木器漆制备的关键在于纳米浆料的制备与水性杂合木器漆乳液的合成，纳米材料的改性及浆料稳定性决定了杂合水性木器漆乳液和后添加法制备纳米改性水性木器漆的性能。纳米改性水性木器漆的方法有多种，本试验选用2 种: 后添加纳米Al2O3浆料法; 纳米杂合乳液直接制备法。2 1 1 纳米Al2O3浆料的制备由于纳米Al2O3在空气中极易团聚，若直接参与水性木器漆乳液的合成或直接添加在水性木器漆乳液中，分散效果都很差，因此必须对纳米Al2O3进行表面改性处理，制备成浆料。在去离子水中加入一定比例的分散剂聚丙烯酰胺、润湿剂聚乙二醇和辛基酚聚氧乙烯醚，在高速分散条件下加入纳米氧化物，在砂磨速度为2 000 ～2 200 rmin － 1的砂磨机中研磨，并加入适量聚硅氧烷类消泡剂; 高速研磨2 h 后，加入保护胶聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀; 然后用超声波发生器处理4 h，得到纳米Al2O3浆料，置于阴凉处备用。具体配方见表1。表1 水性纳米Al2O3浆料配方
本试验采用透射电镜观察纳米Al2O3在浆料中的分布状态。由于样品是水性浆料，在做透射电镜时样品处理方法与普通的固体或溶剂的样品有所差别。用取样器取1 滴纳米浆料放入0 5 mL 的小具塞试管中，滴加乙醇到0 4 mL 左右，封上塞子，在超声波中超声1 h。用毛细管取样品，吹落在底下垫滤纸的铜网上，真空干燥48 h 待用。2 1 2 水性木器漆乳液的合成本试验制备的水性木器漆乳液是采用丙烯酸甲酯为原料制备的自交联型丙烯酸乳液。制备过程如下:1) 预乳化阶段在三口烧瓶中加入R-436，SDS，SBC，APS( 0 4 g) 和去离子水( 100 g) ，搅拌均匀。若制备纳米杂合乳液，在此时加入纳米氧化物浆料，开动搅拌器。将MMA，BA 和DAAM 混合均匀，然后倒入恒压滴液漏斗装置，向搅拌的预乳化反应三口烧瓶中缓慢添加，在30 min 内加完。加料完毕后继续乳化30 min，得到预乳化液。2) 聚合底液在装有搅拌器、冷凝管、氮气保护及加料装置的反应釜中，加入去离子水108 g，升温至80 ℃ 时，加入APS 0 4 g，5 min 后开始加预乳化液，3～ 4 h 加完。保温30 min，温度控制在79 ～81 ℃。然后再加入APS 0 2 g，升温至87 ℃，反应1 h。冷却到40 ℃ ，视情况加入适量消泡剂，并加入AMP-95 调节pH 值至7 ～ 8。过滤，即得到水性木器漆乳液。水性木器漆乳液的合成配方如表2所示。表2 水性木器漆乳液的配方
