以硅溶胶为主要成膜物的水性木器透明底漆的研究

data-full-width-responsive="true"> 0 前言水性木器涂料是以水为分散介质的一类涂料，按包装形式可以分为单组分和双组分两大类，目前大量使用的仍以单组分为主，成功应用于水性木器涂料的树脂成膜物主要有醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂和聚氨酯-丙烯酸树脂。但是由于单组分成膜物质交联密度低，硬度低则打磨性不好，硬度高则成膜性不佳；此外还有初期硬度建立慢、附着力不好等问题，更是由于木材吸湿的特性，在涂布了一道水性木器底漆后，木材的导管发胀，需要多道工序才能做出平整的样板，因此，开发出一支优秀的水性木器透明底漆甚为需要。硅溶胶是外观为乳白色半透明的胶体溶液，多呈碱性，少数呈酸性。硅溶胶中的SiO2的浓度一般为10%～35%，浓度高时可达50%。硅溶胶粒子比表面积为50～40 m2/g，粒径范围一般在5～100 nm，即处于纳米尺度范围，与一般粒径为01～10 m的乳液相比，其颗粒要小一些。硅溶胶的胶团结构式如下：硅溶胶粒子的内部结构为硅氧烷键(SiOSi)，表面层由许多硅羟基(SiOH)和羟基(OH)所覆盖，它们同胶体溶液中存在的碱金属离子一起形成扩散双电层，粒子间的静电排斥作用导致溶胶的稳定。硅溶胶具有如下特点：(1)硅溶胶是低黏度的胶体溶液，分散性好，可充分浸入填充到固体物，特别是多孔性物质中，并使其表面平滑；(2)硅溶胶具有良好的黏接性，通过干燥或者烧结，可形成坚固的膜，不仅成膜温度较低，而且一旦成膜就不会被水溶解；(3)硅溶胶粒子表面的硅羟基和吸附水可提高润湿性，通过金属离子取代硅溶胶的部分硅原子可以控制硅溶胶的带电性；(4)硅溶胶具有优良的反应性，并能在均相进行，通过与有机树脂的均匀混合，可改进其机械、光学及电性能。本文选择硅溶胶作为主要成膜物质，研究其成膜的影响因素，并选择原料，协助硅溶胶成膜，发挥硅溶胶成膜后耐水性好、硬度高、干速快的特性，渗透到基材空隙中封固基材，开发一种优秀的水性木器透明底漆。1 试验部分11 主要原材料和仪器设备羟基高聚物1、羟基高聚物2：工业级，嘉宝莉化工；羟基高聚物3：工业级，欧宝迪树脂；硅溶胶：工业级，广东佛山南海中发水玻璃厂；成膜助剂DPnB、成膜助剂DPM、pH值调节剂：工业级，陶氏化学；消泡剂、基材润湿剂：工业级，迪高；增稠剂、流变剂：工业级，广州松尾贸易；打磨助剂：工业级，海名斯 德谦化学；防霉剂：工业级，进口；改性氨基硅烷偶联剂1、水性环氧基有机硅烷偶联剂2、水性环氧基有机硅烷偶联剂3，工业级，道康宁。硅溶胶性能指标如表1所示，高聚物性能指标如表2所示，所用器材如表3所示。12 制备工艺基于各水性木器清漆的制备工艺：将高聚物加入分散罐中，依次加入流变剂、消泡剂、助溶剂、pH值调节剂，1 200 r/min快速分散均匀；慢慢加入硅溶胶、打磨助剂、防霉剂、H2O，800 r/min中速分散10 min；加入增稠剂和硅烷偶联剂，800 r/min中速分散10 min，检测得黏度为(352) s后过滤出料。2 讨论与分析21 高聚物树脂的选择硅溶胶成膜后为三维网状结构(骨架结构)，涂膜脆，刚性比较强，若用砂纸打磨容易整层打磨掉涂膜，而且仍残留较多的硅醇键，耐水性也不好。根据硅溶胶成膜的机理，选择含有羟基的高聚物，与其起协同作用成膜，平衡其刚性，以提高涂膜的韧性和耐水性、涂膜连整性。分别选择了3种含羟基的水性高聚物添加到硅溶胶中，做成膜性评估和基础性能试验。试验结果见表4。表4表明，在高聚物的协同下，能帮助硅溶胶成膜，且耐水性也得到提高。与普通纯有机水性木器清底漆相比，硅溶胶有防涨筋效果。其原理主要是利用了硅溶胶细粒径和高渗透性，在成膜后，进入木材木质素、纤维素和半纤维素的空隙，屏蔽了这3种物质的活性羟基，抑制其吸湿性和填充堵塞树脂管，起到防涨筋效果。但是在打磨性测试方面，涂膜仍存在刚性，容易被磨穿，裸露底材。因此后续需要添加其他协同助剂，帮助硅溶胶和高聚物完全交融。但是高聚物1和高聚物3在稳定性测试方面表现较差，主要是由于碱性硅溶胶碱性偏高，导致体系高聚物不稳定。因此选择高聚物2做后续试验。由于硅溶胶形成完整涂膜后，为类似于玻璃态的涂膜，有着优秀的耐水性和封闭性。同时应该可以封固基材，起到防止基材发胀的功效，但是需要其他助剂的协同作用，才能很好地成膜，形成完整的涂膜，因此，做以下助剂协同试验。22 助溶剂的协同试验221 试验1更改羟基高聚物2的最低成膜温度，设定成膜助剂添加量，改变硅溶胶和树脂不同比例(见表5)，测试成膜性及其他性能，结果见表6。