木器涂料可以应用于家具、办公桌、音乐器材、体育器材和教学器材等木制品或者竹制品上。水性木器涂料由于其对环境的危害远远低于溶剂型产品,随着国家对环境保护的日益重视,因此水性木器涂料是未来的发展趋势之一。
水性木器涂料用树脂分为水性丙烯酸乳液、水性醇酸树脂、水性聚氨酯乳液、水性硝基纤维素等。水性丙烯酸乳液具有非常好的透明性、保光保色性、耐紫外线和耐沾污性,而且通过调节软硬单体的比例可以获得不同玻璃化转变温度和不同低成膜温度的乳液[5],另外其价格也远低于水性聚氨酯乳液,因此水性丙烯酸乳液的发展也快,市场需求也多[2]。木器涂料应用于家居等木制品上时,起到装饰和保护木材的作用,有时不仅需要保护木材本身不被碰坏,在某些特定情况下还需要保护木材的纹路不被木器涂料遮挡,即需要显现木材的纹路,使其看起来更加美观,这时就需要所使用的木器涂料具有很好的透明性。
本文根据乳液聚合分子设计和粒子设计原理,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯为主单体,以衣康酸为功能单体,以双丙酮丙烯酰胺为交联单体,采用硬核软壳的聚合工艺,合成了高硬度、低成膜温度的高通透性聚丙烯酸酯木器涂料乳液。
1 实验部分
1.1 实验原料
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、衣康酸(IA)、甲基丙烯酸(MAA)、双丙酮丙烯酰胺(DAAM)、己二酸二酰肼(ADH)、过硫酸铵(APS)、碳酸氢钠(NaHCO3)、十二烷基硫酸钠(SDS)、LCN-118(非离子乳化剂,有效成分约70%)、亚硫酸氢钠、氨水,均为工业级,未经纯化处理;去离子水,自制。
1.2 实验步骤
1.2.1 木器涂料用丙烯酸酯乳液的合成
将部分MMA、MAA 、2-EHA、SDS、LCN-118和水在室温下进行预乳化,约20 min后停止搅拌,得到核预乳化液,备用。
将部分MMA、MAA 、2-EHA、IA、DAAM、SDS、LCN-118和水在室温下进行预乳化,约20 min后停止搅拌,得到壳预乳化液,备用。
将部分乳化剂、水以及pH值缓冲剂加入到装有搅拌桨、温度计、蛇形冷凝管的四口烧瓶中;水浴加热到80~83 ℃,加入部分核预乳化液和0.1%APS引发剂(相对单体),保温20 min;剩余核预乳化液3.5 h滴加完毕,同时滴加0.2%APS引发剂(相对单体,浓度为2%);再滴加壳预乳化液,0.5 h滴加完毕,同时滴加0.1%APS引发剂(相对单体,浓度为2%),保温1.5 h;降温至65~70 ℃,同时滴加少量APS水溶液和亚硫酸氢钠水溶液以进一步提高单体转化率,0.5 h滴加完毕,保温0.5 h;降温至50 ℃以下,加入适量氨水调节pH值至7~8,加入1%ADH,搅拌均匀后即可过滤出料。
木器涂料用丙烯酸酯乳液基本配方如表1所示。
1.2.2 木器清漆的配制
取过滤后的丙烯酸酯乳液85 g,用分散机分散,转速1 200 r/s,依次加入0.3 g润湿剂500、0.2 g消泡剂902W、5.1 g成膜助剂DPnB、5.1 g成膜助剂DPM、18 g水,后滴加适量增稠剂8W调节黏度以适合喷涂需要。
木器清漆的配方如表2所示。
1.3 性能测试1.3.1 凝胶率的测定
将过滤网、四口烧瓶瓶壁、温度计、搅拌桨上的固体颗粒物,即凝聚物收集,置于120 ℃的烘箱中干燥至恒重,终凝聚物的质量与总单体的质量比即为凝胶率。
1.3.2 固含量的测定
记下称量瓶的质量m1,取2 g左右的乳液样品于称量瓶中,乳液样品质量记为m2,在150 ℃烘箱中烘干至恒重,烘干后的乳液样品与称量瓶总质量记为m3,固含量(c)计算公式如式(1)所示。
c=(m3-m1)/m2×100% (1)
1.3.3 低成膜温度的测定
采用低成膜温度测定仪测定。将待测的乳液样品均匀涂抹在测定仪的温度梯度板上,梯度板上的一端温度高,一端温度低,呈温度梯度变化,在测试过程中梯度板上会出现一条分界线,分界线往高温侧乳液能成膜,分界线往低温侧乳液不能成膜,即出现粉化的现象。此时分界线对应的温度即为所测得乳液样品的低成膜温度。
1.3.4 涂膜透明性的测定
目前针对木器涂料透明性的测定还未出台相关标准,在实际中通常采用的方法是将样品进行人工对比,为避免单个人评价带来的误差,因此本实验对涂膜透明性评判采取多人评价打分取平均值,0~10分,其中0分为不透明,10分为完全透明,认为玻璃板本身为完全透明。
具体方法为:将乳液配制成涂料,用100 μm制膜器在全新的玻璃板上制膜,干燥24 h后对其进行评定打分,其中全新的玻璃板记为10分。
1.3.5 涂膜耐常温水性能的测定
将乳液配制成涂料喷涂于木板上,等道干燥后打磨再喷涂第二道,干燥后在涂膜上滴上几滴常温水,24 h后观察涂膜是否有泛白、起泡等,如果没有变化或者1 h后恢复原貌表示涂膜耐常温水性能通过。
1.3.6 涂膜耐醇性能的测定
将乳液配制成涂料喷涂于木板上,等道干燥后打磨再喷涂第二道,干燥后在涂膜上滴上几滴50%的乙醇溶液,1 h后观察涂膜是否有泛白、起泡等,如果没有变化或者1 h后恢复原貌表示涂膜耐醇性能通过。
1.3.7 涂膜耐茶性能的测定
将乳液配制成涂料喷涂于木板上,等道干燥后打磨再喷涂第二道,干燥后在涂膜上滴上几滴茶水,1 h后观察涂膜是否有泛白、起泡等,如果没有变化或者1 h后恢复原貌表示涂膜耐茶性能通过。
1.3.8 涂膜耐碱性能的测定
将乳液配制成涂料喷涂于木板上,等道干燥后打磨再喷涂第二道,干燥后在涂膜上滴上几滴10%NaCO3溶液,1 h后观察涂膜是否有泛白、起泡等,如果没有变化或者1 h后恢复原貌表示涂膜耐碱性能通过。
1.3.9 涂膜耐醋性能的测定
将乳液配制成涂料喷涂于木板上,等道干燥后打磨再喷涂第二道,干燥后在涂膜上滴上几滴醋,1h后观察涂膜是否有泛白、起泡等,如果没有变化或者1 h后恢复原貌表示涂膜耐醋性能通过。
1.3.10 抗回黏性能的测定
乳液抗回黏性能的测定按照GB/T 23982—2009测试方法测定,分值1~5评价抗回黏性能的好坏,其中1分差,5分好。详细测试步骤参见GB/T 23982—2009。
1.3.11 附着力的测定
乳液附着力的测定采用划格法测定,具体步骤为:将涂料喷于木板上,干燥后在涂膜上划小方格(1mm×1 mm),以刚好划破涂膜为宜,共100格,然后用胶带粘紧全部小格子,再迅速撕掉,后观察涂膜小格子的破坏程度,小格子被破坏得越多表示附着力越差,反之小格子被破坏得越少表示附着力越好。