聚氨酯丙烯酸水性木器涂料附着力影响因素的研究

data-full-width-responsive="true"> 聚氨酯丙烯酸水性木器涂料附着力影响因素的研究孔　霞1, 2 ,瞿金清1 ,朱延安2 ,曹树潮2 ,陈焕钦1(1 华南理工大学化学与化工学院,广州510640; 2 广东嘉宝莉化工有限公司,广东江门529085)0　引　言为了美化人类的生存环境,各国环保法对涂料体系中有机挥发物含量的严格限制促进了以水性涂料为代表的低污染型涂料的发展[ 1 - 2 ]。水性木器涂料是以水代替有机溶剂作为分散介质,大大减少了涂料中有机溶剂的挥发对大气环境和人体的危害,也减少了施工过程中的火灾危险。水性聚合物乳液在胶粘剂和涂料方面的应用,决定了其粘性行为主要表现在粘结性和附着力方面。涂料消费者对涂料的要求是,涂膜即使长期暴露在热、冷、湿的环境下,或是长期受到化学介质的侵蚀,也能抗剥落和抗渗透。然而水性涂料因水的渗透性弱,对基材的润湿性差等原因导致涂膜在基材上难以产生良好的附着。由于木材的复杂多样性和聚合物乳液的性能各异性,使对木质底材和水性涂料间的界面特性的研究有难度。虽形成了相关的粘附理论,如吸附、扩散、化学键理论等,同时研究者从微观上解释木材分子和涂料分子之间的相互作用和粘附机制[ 3 ] ,从化学键方面解释涂膜在木材方面的粘结行为。但是这些作用机理和解释仍不能为涂料配方师带来足够的指导。本文拟从对聚合物乳液润湿性的控制角度入手,考察聚合物乳液成膜后在木材上的附着力行为,期望对水性涂料的性能完善提供一些新的思路。丙烯酸酯聚合物具有优异的耐候性,但涂膜存在热粘冷脆的缺点;水性聚氨酯涂料具有良好的低温成膜性、耐高温回黏性、高耐磨损等[ 4 ] ,但聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低,较大程度地影响了它的推广应用[ 5 ]。聚氨酯聚丙烯酸酯杂合乳液综合丙烯酸树脂和聚氨酯树脂的性能,具有较好的发展前景。本文以聚氨酯聚丙烯酸酯杂合乳液作为水性木器涂料的基料树脂,对其涂膜在木材上的附着力从润湿的角度进行表征,详细考察乳液体系、涂布量、基材润湿剂、附着力促进剂、成膜助剂等对涂膜附着力的影响。1　实验部分1 1　主要原料聚氨酯丙烯酸酯杂合乳液:工业品,广东嘉宝莉化工有限公司提供;基材润湿剂surfyn0 l - 104 E:工业品,美国气体化工产品有限公司;消泡剂BYK025:工业品,德国毕克化学公司;成膜助剂二丙二醇丁醚:工业品,美国陶氏化学公司;增稠剂RM2020:工业品,罗门哈斯有限公司;附着力促进剂: - 缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷(wetlink78TM ) ,工业品,美国康普顿有限公司;黑胡桃木:工业品; 150砂纸、240砂纸、400砂纸、600砂纸、800砂纸:工业品,广东嘉宝莉化工有限公司提供。1 2　水性木器涂料涂配方与配漆工艺水性木器高光清漆配方见表1。表1　涂料的基本配方　　称取配方量的PUA置于搅拌缸中,中速搅拌下将规定量的润湿剂、水、成膜助剂、流平剂、防冻剂、流变改性剂等加入到PUA乳液中,加入增稠剂以调整到合适黏度,调整转速以完全分散。最后,将附着力促进剂和共溶剂预混后缓慢混入到涂料体系,过滤包装备用。1 3　木材表面砂磨处理将同一规格的水曲柳板材利用不同目数(150目、240目、400目、600目和800目)的砂纸进行砂磨5 min,编号a～e,记录备用。1 4　漆膜性能测试交叉划格胶带试验法测漆膜附着力: 按GB /T 92861998规定测试。漆膜剥落率: 按ASTMD219 法采用刀片试验或刀刮试验。2　结果与讨论2 1　涂膜附着机理(内应力和附着力润湿和附着)漆膜的附着力是指漆膜与被附着物体表面之间,通过物理和化学作用相互粘结的能力。一般而言,涂层在基材表面的作用方式可以分为2种形式:物理吸附与化学键合[ 6 ]。任何基材表面都存在一定的缺陷或孔洞,缺陷与孔洞的存在不仅使其与涂层接触的表面积有增大的可能,增加了涂层与基材之间接触的活性点,亦为涂层对基材的渗透提供了可能。对于多孔性的介质,涂料很容易通过孔隙渗入基材内部,其结果是涂层与基材的相互介入。涂层物理吸附作用的大小取决于二者接触面积的大小(渗透越深,接触面积越大)及相互缠绕的程度,而缠绕的几率取决于涂料基料的支化结构、活性官能团浓度及涂料固化后的交联密度,适宜的支化结构和交联密度有助于形成缠绕。对于木材,可以通过提高表面的多孔性和粗糙性,提高了与涂膜的接触面积;另外应对木材表面进行除油、除污等表面处理,清除基材表面孔隙中的杂质,有利于涂料对基材的润湿和扩散,以提高涂膜的附着力。化学吸附事实上是通过静电作用产生的连接,它是涂层中的某些基团与基材中的原子或基团发生相互作用,形成新的化学键,通过键合促进涂层在基材表面的润湿。提高化学吸附能力的方式包括2个方面:增加底材表面的活性点和在涂层中引入足够量的可与基材表面原子键合的基团。增加底材表面活性点数量的途径包括基材表面粗化与基材表面氧化。其实粗化的过程不仅增加了底材与涂层的接触面积,亦提高了涂料对基材的润湿性,增多了单位面积的活性点,它是一个对物理与化学吸附都有益的措施;而基材表面氧化的途径很多,如氧化剂粗化、等离子体或电晕氧化等,它是直接将非极性或弱极性的官能团转化为强极性基团的过程,形成氢键、共价键或离子键等,达到提高涂层间反应能力的目的。木材表面特性对于涂膜形成及最终粘结强度有较大的影响。木材表面化学性质及其主要官能团,还有表面自由能及其润湿性极其复杂,对于本文最终的研究有非常密切的关系。木材纤维表面的亲水性会引起对环境水分的吸附,会在木材表面和涂膜间形成弱边界层,降低木材聚合物界面结合力。