data-full-width-responsive="true"> 0 前 言随着人们环保意识的增强,特别是各国环保法规对涂料体系中挥发性有机化合物(VOC)含量的严格限制[1~2],促进了以水性涂料为代表的低污染型涂料的发展。目前市场上的水性木器涂料品种有纯丙烯酸酯系聚合物乳液涂料、水性醇酸涂料、苯丙乳液涂料、丁苯乳液涂料、聚氨酯水分散体涂料和双组分聚氨酯涂料等。苯丙乳液涂料保光性、保色性、户外耐久性、耐碱性、硬度、抗污性等各项指标良好,且成本比聚氨酯水分散体涂料、双组分聚氨酯涂料和丙烯酸酯系聚合物乳液涂料都要低,现在已经成为发展最快的涂料品种之一[3~4]。本文采用外购和自制苯丙乳液制备了水性木器涂料,并探讨了影响水性木器涂料性能的多种因素。1 实验部分11 实验用原材料甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA )、丙烯酸-2- 乙基已酯( E H A )、F o a m S t a r - A 3 4 、FoamStar-A38、FoamStar-A32、D e h y d r a n - 1 2 9 3 、Hydropalat140、SN-NXZ、SN-1 3 4 0 、S N - W E T 9 9 0 、S N -WET992,均为工业级;过硫酸钾(K2S2O8)、碳酸氢钠(NaHCO3),均为分析纯;乙氧基化壬基酚磺基琥珀酸二钠(DNS-1035)、乙烯基磺酸钠(SVS)、烷基乙烯基磺酸钠(DNS-86),均为工业纯;苯丙乳液D-68M、苯丙乳液AK-101、F-75 、F-111、 F-50、F-309A、Pe-100、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇丙醚、B Y K 3 4 6 、B Y K 3 3 3 、BYK341,均为工业品;纳米级苯丙微乳液AK-2,自制,粒径65 nm左右;异丙醇,AR级。12 纳米级苯丙微乳液AK-2 的合成采用核壳乳液聚合法,制备过程如下:将适量的去离子水加入带有搅拌装置的三口烧瓶中,加入一定量的乳化剂,搅拌均匀,然后在搅拌的情况下,将混合壳单体(MMA、BA、St、AA、EHA)逐渐加入到三口烧瓶中,加完后分散15 min,即可得到壳预乳化液,备用。将装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的四口烧瓶置于带有控温装置的水浴中,加入计量的去离子水、大部分乳化剂(DNS1035、SVS、DNS86)、全部碳酸氢钠,搅拌升温,使其充分溶解。升温到80℃,加入部分引发剂过硫酸钾溶液,待烧瓶内温度稳定后,开始滴加混合核单体(MMA、BA、St),片刻后乳液开始呈现蓝相,单体加完后,保温一段时间,即得种子核乳液。将壳单体的预乳化液和剩余引发剂过硫酸钾溶液在3~4 h内均匀滴加到上述种子核乳液中,反应温度保持恒定,体系保持蓝相,加料完后,保温60 min,降温,用氨水中和至pH 7~8 后过滤出料。13 水性木器涂料的配制先称取定量的润湿剂、蒸馏水、共溶剂和消泡剂,在混合器中搅拌均匀,然后在不断搅拌的情况下加入配方量的树脂分散液,搅拌均匀后再加入增稠剂调整黏度,当涂料黏度合格后,出料,过滤包装。14 分析和测试按GB1730-93 测定涂膜硬度;GB1733-93 测定涂膜耐水性;G B 1 7 2 0 - 9 3 测试涂膜附着力;GB/T9754-88 测定涂膜光泽度。2 结果与讨论21 乳液种类对涂膜性能的影响在相同的配方下,利用不同乳液制备出不同的涂料,检测其涂膜的性能,结果见表1。
由表1 可见,AK-2 的涂膜综合性能最好,故在整个实验中都是采用自制乳液AK-2 。22 助溶剂的影响在选定溶液的基础上,考察助溶剂对涂膜性能的影响。实验选用的助溶剂有:丙二醇甲醚,丙二醇丁醚,二丙二醇甲醚,二丙二醇乙醚,二丙二醇丁醚,二丙二醇丙醚,异丙醇。共溶剂的添加量为5%,结果见表2。
由表2可见,综合考虑溶剂的挥发速度(影响涂膜外观)、溶解度参数(影响涂膜光泽)、溶剂的毒性和成本等因素,选择丙二醇丁醚作为水性木器涂料的共溶剂,符合环保要求。23 润湿流平剂的影响润湿流平剂的作用[5]是降低涂料和底材之间的界面张力,使涂料对底材具有的润湿效果,改善涂料的流动性,延长流平时间。采用润湿流平剂Pe100、BYK346、S N - W E T 9 9 0 、S N - W E T 9 9 2 、H y d r o p a l a t 1 4 0 、B Y K 3 3 3 、BYK341,添加量为对总量03%(质量分数,下同),考察润湿流平剂种类对涂膜性能的影响,实验结果见表3。
由表3 可见,润湿流平剂BYK341 润湿流平效果最好,而且板面的滑爽感觉很好,因此使用BYK341 较合适。24 消泡剂种类对涂膜性能的影响消泡剂应有好的抑泡和破泡作用。采用F o a m S t a r - A 3 4 、FoamStar-A38、oamStar-A32、Dehydran-1293、SN-NXZ、SN-1340、F-75 、F-111、F-50、F-309A,添加量为对全量035%,考察消泡剂种类对涂膜性能的影响,实验结果见表4。
由表4可见,消泡剂FoamStar-A34 消泡能力在AK-2 中是最好的,制膜后的效果也最优异,因此采用FoamStar-A34 较适合。25 正交试验结果与讨论以上实验确定了水性苯丙木器涂料的基本树脂、润湿剂、共溶剂和消泡剂种类,采用正交试验优选木器涂料的配方,设计3因素3水平的正交试验,正交试验的因素- 水平表列于表5。
根据表5,选用正交表L9(34)来安排实验,实验的结果列于表6。表6 中的E 综合评分是指涂膜各项性能的权重值( 等于G+100 Y+Q),其中涂膜光泽所占的权重为45%,硬度所占的权重为50%,其
它如涂膜附着力、耐水性等占5%;K 为涂膜综合评分的平均值;R 为涂膜综合评分的极差。
由表6可见:①丙二醇丁醚的添加量对涂膜综合性能的影响最大,其次为消泡剂FoamStar-A34的添加量,影响最小的是润湿剂BYK341 的添加量。按照最佳的配方A2B2C3 配制涂料,检测涂料涂膜性能,性能优异。采取最佳配方进行中试和生产,产品性能优异,质量稳定。②最佳组合为A2B2C3,即助溶剂丙二醇丁醚的添加量为5 %,润湿剂BYK341 的添加量为0 30%,FoamStar-A34 为045% 的涂料性能最佳。3 结 论(1 )采用丙二醇丁醚为共溶剂、B Y K 3 4 1 为润湿剂和FoamStar-A34为消泡剂配制的涂膜性能较好,通过正交试验优选了水性苯- 丙烯酸乳液制备木器涂料配方。性能测定表明:本文研制的水性苯- 丙烯酸木器涂料具有硬度高、耐水性好、干燥速度快、涂膜附着力强和贮存稳定性好等优点。(2 )采用多种苯丙乳液制备水性木器涂料,发现自制的纳米级微乳液制备出的木器涂料效果较好。