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辽宁宝山生态涂料有限公司

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【宝山漆知识】木器漆的生产技术革新

2017-06-13 08:11:43 辽宁宝山生态涂料有限公司 阅读

器漆是用于木制品涂料上的一类树脂,使用量很大,在众多木器漆中,硝基漆的应用最广,其干燥速度快、 硬度高、 可打磨、易修补、 适合大规模施工等优势,被广泛应用于家居涂装、交通工具修补漆、文具等领域,硝基漆的主要成膜物质是硝化纤维,俗称硝化棉。 由于传统的溶剂型硝基漆有机挥发性物质含量过高, 诸如释放苯、 甲苯和二甲苯等

物质,严重危害人体健康。随着国家对环境要求的日益严格,低碳能源、 绿色环保,已成为木器漆的标准。 所以,以水为分散介质的水性硝基漆,由于其有机挥发性物质含量少,引起了人们的广泛关注,它是一种具有环保性能的硝基涂料产品。

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水性硝基漆的优缺点

(1) 装饰性好,水性硝基漆漆膜坚硬,打磨抛光后可获得光亮如镜的表面。色泽接近于木材本色,且透明度高,在涂覆过程中能渗入木材管孔中,可充分显现木材的天然花纹。各色硝基磁漆的色彩鲜艳,经打磨抛光后漆膜平滑细腻。
        (2) 干燥速度快,水性硝基漆属挥发型漆,一般涂饰一遍,在常温下十几分钟可达表干,

几十分钟就能实干。因此在间隔时间不长的情况下,可连续涂饰多遍 。其干燥速度比油性漆快许多倍。但如果连续涂饰多遍,涂层完全干透也需要较长时间,一般在 12 - 24h 或更长。
        (3) 具有一定的保护性能,水性硝基漆坚硬耐磨,具较高的机械强度 。在常温下有一定的耐水和耐稀酸性能,但不耐碱,耐热性较差。因此它只能满足木制品保护的一般条件 。
        (4) 固体含量低,由于施工时需要大量的稀释剂,因此水性硝基漆实际的固体含量一般只有百分之十几,每涂饰一遍的涂层很薄。当达到要求的漆膜厚度时,需涂饰多遍。手工擦涂常需几十遍,至使施工工艺困难,放工周期长。

水性硝基漆的合成方法

目前制备水性硝基漆的方法主要有以下五种:自乳化法、外乳化法、种子乳液聚合法、转相乳化法以及互穿聚合物网络聚合法。

(1)自乳化法

目前通过自乳化法制备水性硝基漆主要是通过将带有亲水基团的聚氨酯(PU)引入到硝化纤维分子上,使其水性化,主要原理是利用NC分子上具有的羟基与PU分子上的异氰酸酯基团反应,将PU分子上的亲水单(如二羟甲基丙酸)引入到NC分子上,得到带有羧基的NC大分子,然后加入用作成盐剂的有机碱(如三乙胺)反应生成WNC,最后加入水,并高速搅拌乳化得到水性硝基漆。

(2)外乳化法

外乳化法是采用外加乳化剂以及给予强剪切力作用强制性地使不能自主在水中分散的粒子分散于水中的方法。与其他制备方法相比较而言,外乳化发制备工艺最简单,但是存在制备过程中乳化剂用量较大,乳液胶粒偏大,且粒径分布宽,乳液稳定性以及涂膜耐水性差的缺陷。

(3)种子乳液聚合法

种子乳液聚合法就是以乳化后硝化纤维为核层,以丙烯酸酯为壳层制备的共聚物。制备工艺主要是:首先有机溶剂充分溶解硝化纤维,然后滴加乳化剂的水溶液,得到硝化纤维水乳液。然后再将引发剂及丙烯酸酯单体滴加到硝化纤维水乳液中,在一定温度下进行乳液聚合,就得到了以硝化纤维为核,以聚丙烯酸酯为壳的乳液。同时,硝化纤维还可以与丙烯酸酯发生反应形成半互穿网络结构。用该方法制备的水性硝基漆涂膜光泽度、力学性能等较好,但耐腐蚀性及耐溶剂型差。

(4)转相乳化法

转相乳化法是制备水性涂料常用的一种工艺。主要用来制备微小的乳状液。简单来说就是用物理乳化的方法,在外加乳化剂的条件下,通过滴加水使聚合物从油包水的状态转变成水包油的状态,从而制得水性高分子乳液。该方法使用粘度较高的树脂,其制备工艺是:先将聚合物与乳化剂混合均匀,然后滴加少量的水形成液晶,也就是水包油型乳液;使连续相从乳化剂中转变,然后加水,就形成了油相与乳化剂所构成的凝胶液;再加入水,使连续相由乳化剂向水相转变,最终就得到了油包水型乳液。转相乳化法制备的聚合物乳液又可以称为微小乳状液,因为其乳液粒子粒径较小且分布窄,粒径范围在 200nm左右,而一般乳液粒径在 500~2000 nm。该乳液分散性、稳定性以及涂膜光泽性等性能较优,而且在乳液制备过程中不需要强的机械搅拌。

(5)互穿聚合物网络聚合法

互穿网络聚合法在制备水性硝化纤维乳液的应用方法主要是使丙烯酸酯类单体在硝化纤维网状结构中聚合形成IPN结构的高分子聚合物,制备工艺主要是以丙烯酸酯单体作溶剂溶解硝化纤维,再加入水及乳化剂形成硝化纤维预乳化液,然后再在一定温度下加入引发剂进行乳液聚合反应,形成水性硝基漆。

水性硝基漆的改性方法

针对水性化硝基漆固体组分含量低,涂膜后溶剂挥发慢,制备成本较高以及工艺复杂等缺陷,一般通过外加乳化剂或者将亲水基团引入到硝化纤维大分子上进行改性,下面主要介绍交联改性、丙烯酸酯共聚改性及共混改性三种方法。

(1)交联改性

交联反应是指两个或者两个以上分子(一般为线型分子)相互键合,交联成为网络结构的   较稳定的大分子的反应。交联法是通过在高分子聚合物主链上引入含有活性基团的物质使其能够在一定条件下发生自交联反应的方法。交联反应能够使线性和支链的聚合物转变为体型的聚合物,这样可以提高聚合物的力学性能、热性能、耐磨性和强度等。

目前,关于水性硝基漆交联改性的报道较多,蒋吉磊等以自乳化法制备水性硝化纤维乳液,然后以环氧氯丙烷为交联剂改性水性硝化纤维乳液,研究了交联剂添加量对水性硝基漆的贮存稳定性,涂膜的耐水性、热稳定性及力学性能的影响,实验结果表明,当交联剂环氧氯丙烷添加量为 7%时,乳液储存稳定性优良,其涂膜耐水性(吸水率为9.1%)、力学性能(拉伸强度为14.9 MPa,断裂伸长率为529.3%)并且热性能较优,与未添加交联剂水性硝基漆相比有较大提升。

(2)丙烯酸酯共聚改性

共聚改性包括嵌段共聚、接枝共聚和互传网络共聚等方法,是将不同性能的高分子材料共聚,来弥补单一材料性能方面的缺陷。

聚丙烯酸酯(PA)是丙烯酸单体在光、热以及引发剂的作用下非常容易的发生聚合反应所形成的聚合物,选择不同的丙烯酸酯类单体聚合可以得到不同性能的聚丙烯酸酯。比如添加丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯等可提高PA涂膜的柔韧性;添加甲基丙烯酸甲酯可以提高PA涂膜的硬度及耐水性;添加苯乙烯可以使PA涂膜具有很好的光泽度。由于聚丙烯酸酯具有良好的成膜性、粘合性,而且其涂膜在室温下具有较好的弹性、柔韧性、耐水性以及价格相对较低等优势,因此,采用聚丙烯酸酯对水性高分子聚合物进行改性能够取得很好的优势互补的效果。

水性硝基漆可以共聚丙烯酸酯来提高其耐水性和柔顺性方面的缺陷,陈日清等以过氧化二月桂酰(LPO)作引发剂,正十六烷(HD)作稳定剂,甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸丁酯作为单体并以此为溶剂溶解NC,通过细乳液聚合的方法合成了硝基纤维素丙烯酸酯杂化乳液。研究了NC含量对杂化乳液及其涂膜性能的影响。结果表明NC与丙烯酸酯单体发生了交联共聚,且在聚合反应过程中被包裹到聚合物的内部。力学性能分析结果表明该聚合物具有较高的拉伸强度及断裂伸长率。

(3)共混改性

聚合物共混是通过化学或者物理的方法将几种不同的聚合无混合成高分子聚合物材料,能够结合几种聚合物的各自优异的性能,通过共混可以提高材料的耐热性能,力学性能,耐水性能,阻燃性能,也可以赋予材料抗静电性和导电性能。

总而言之,通过共混改性可以提高高分子材料的综合性能,扩大其用途,降低使用成本,实现高分子材料的高性能化、精细化及功能化。具有较好的发展前景。目前,共混整改性在水性聚氨酯、聚丙烯酸酯、醇酸树脂等高分子材料的改性方面的报道较多,比如将水性聚氨酯乳液与环氧树脂乳液等共混,共混所得乳液兼具聚氨酯与环氧树脂的性能,形成了性能互补,在提升水性聚氨酯各项综合性能的同时降低了生产成本。

共混改性在水性硝化纤维乳液改性方面的应用已有部分研究,苏秀霞,张丹等采用自乳化法以 NC、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯、三乙胺等为主要原料制备了水性硝化纤维乳液,然后采用物理共混的方法制备了聚丙烯酸酯改性水性硝化纤维(WNC/PA)复合乳液。研究了聚丙烯酸酯含量对该聚合物共混体系的乳液及涂膜的微观结构与性能的影响。实验结果表明:随着体系中聚丙烯酸酯含量的增加,复合乳液涂膜的耐水性、拉伸强度及断裂伸长率逐渐增强,热稳定性提高,微相分离程度减小。当聚丙烯酸酯的质量分数在 30%左右时,该复合乳液涂膜同时具有良好的耐水性、力学性能以及热稳定性能。

杨晶晶等以 1,5−二氨基−3−戊磺酸钠、硝化纤维和异佛尔酮二异氰酸酯为主要原料制得了自乳化磺酸盐型水性硝化纤维乳液,再与聚乙烯醇进行物理共混制备出 PVA/SWNC 复合乳液。考察了 PVA 用量对复合乳液及其胶膜性能的影响,发现当 PVA 含量为 5%时, PVA/SWNC 乳液具有良好的室温贮存稳定性,胶膜拉伸强度为 10.4 MPa,断裂伸长率为 359.4%。

普通硝基漆的主要成膜物是高分子的硝基纤维素,极易燃烧 ,邓朝霞等采用复合阻燃剂,以硝酸纤维素作为基料,同时加入氨基树脂和多种助剂,得到一种阻燃效果好的硝基清漆,研究了阻燃剂的种类及添加量 、涂层厚度 、涂刷次数等因素对阻燃效果和涂料理化性能的影响 。 实验结果表明 : 采用复合阻燃剂、阻燃剂的添加量为 7 % ~ 10 %,多次刷涂时,阻燃清漆有较好的综合性能 。

赵笑宇等将硝化纤维乳液与蛋白光亮材料共混后制成涂层, 用以提升改性硝化纤维乳液的涂饰性能,涂层的耐磨性由 3 级提升到 2 级,涂层的透气性由 197. 80mL /( cm·h) 提升到267. 14mL /( cm·h),透水汽性由 340. 1mg /( 10cm·24h) 提升到 408. 1mg /( 10cm·24h)。

展望

油性硝基漆中有机挥发物含量太高,对环境的污染很大。就目前的研究情况看来,以水替代溶剂,可以极大地降低有机挥发物的排放,基本上可以取代传统的油性硝基漆应用于木器、皮革、油墨、汽车修补等方面,而且硝化纤维也是可再生的、易于分解的环保型材料,其水性产品一定会在市场中大放异彩。


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