蜡助剂在水性木器涂料中的应用

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从图 5中可以看出 ,未加入蜡助剂之前 ,漆膜表面较容易 被划破 ,而加入不同类型的蜡助剂之后 ,同样的外力情况下 , 漆膜表 面 的 抗 划 伤 性 能 都 有 较 大 的 改 善 。其 中 , 分 散 体 D - 272中的大颗粒在抵抗外力对漆膜的损伤中起到至关重要 的作用 ,从图中 d可以看出 ,来自外部的划伤力在漆膜表面产 生的划痕在遇到分散在漆膜表面的大粒径的蜡颗粒后大大减
关键词 :蜡助剂 ;水性木器涂料 ;耐刮伤性 ;丙烯酸酯乳液 中图分类号 : TQ 63017 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 4312 (2007) 10 - 0062 - 05
Applica tion of W ax Add itives in W a terborne W ood Coa tings
张胜文 ,等 :蜡助剂在水性木器涂料中的应用
蜡助剂在水性木器涂料中的应用
张胜文 ,何立凡 ,李效玉 (北京化工大学材料科学与工程学院 ,纳米材料制备科学与技术基础教育部重点实验室 ,北京 100029)
摘 要 :蜡助剂是水性木器涂料中使用的一种功能性助剂 ,本文研究了不同种类的蜡助剂在水性木器涂料中的使 用对漆膜性能的影响 。采用复配法将水性蜡助剂加入到水性木器涂料中 ,蜡助剂在涂料成膜时均匀地分散在整个涂 层中 ,蜡助剂的加入能够显著提高漆膜的抗回粘性和耐刮伤性能 ,但是大粒径的蜡助剂会引起漆膜光泽的下降 。
用 MALVERN 公司的 Nano ZS激光粒度分析仪测定蜡乳 液的粒径及分布 ; 涂料固含量按 GB / T1725—1979 ( 1989 ) 测 试 ;涂料黏度用 SHEEN 公司的 480 型旋转浆式黏度计测定 ; 样品涂膜以后 ,室温养护 7 d以上以备测试 ,用光泽仪测定其 60o光泽 ;用重庆光学仪器厂的 XJ2 - 1A 型正置金相显微镜观 察漆膜表面形态 ; 按 GB IT1762 - 80 测定漆膜的回粘性能 ; 用 剑桥 S250M K3型扫描电镜观察蜡颗粒微观形态 。
Zhang Shengwen, He L ifan, L i Xiaoyu
( The Key L abora tory of N anom a teria ls of M in istry of Educa tion, College of M a teria ls S cience and Eng ineering, B eijing U n iversity of Chem ica l Technology, B eijing 100029, Ch ina)
系中蜡分散体的质量分数 :
w
=
m
2
m1 ·w2
·w1 +m1
·w1
式中 : w 为漆膜中蜡分散体的质量分数 ;
式 (1)
w1 为蜡助剂的固含量 ; w2为加入蜡助剂之前涂料的固含量 ; m 1为蜡助剂的加入量 ; m 2为加入蜡助剂之前水性涂料的质量 。 根据式 (1)计算可以得到漆膜中蜡分散体的质量分数为
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2 结果与讨论
2. 1 蜡助剂的种类
按照蜡的来源蜡助剂可简单分为天然的与合成的 ,其中 , 天然的蜡主要来自于动植物与化石 ;合成蜡则主要为化学合 成的聚烯烃蜡 ,如聚乙烯蜡 、聚丙烯蜡 、聚四氟乙烯蜡等 。蜡 助剂就产品形态可分为微粉蜡和乳化蜡 ,微粉蜡虽然制备相 对简单 ,而且易于存放和运输 ,但由于微粉化的蜡助剂在水性 涂料制备中不如其他几种方便添加和均匀分散 ,所以在实际 生产中应用较少 ;为了方便蜡助剂在涂料体系中的加入 ,将其 直接乳化或者先粉化后乳化而制成蜡乳液 、蜡微分散体和蜡 分散体 ,三种液态存在的助剂很方便地加入到水性涂料体系
5104%。然而蜡助剂本身的粒径也具有一定的分布 (如图 4

所示 ) 。
图 4 蜡助剂的粒径分布 Fig. 4 Particle distribution of wax - additives 图 4中颗粒较大的 (微米级 )蜡分散体在图 3 中可以看 到 ,而粒径较小的 (纳米级 )在图 3中的放大倍数下不能看到 , 两者的质量分配可以根据粒径的分布与数量分布按统计原理 计算得到 。计算结果为大颗粒 (微米级 )的质量比为 42% ,小 颗粒分散体的质量比为 58%。这样 ,图 3 中显示的粒子面积 占视野总面积的理论百分比应该为 : 211% (5104% ×42% ) 。 而根据图中比例测量得到粒子面积的百分比为 214% ,两 者相差不大 ,从而可推断 ,蜡分散体的粒子在漆膜表面基本上 没有富集 ,这与溶剂型体系中蜡分散体在涂层中的分布情况 是不相同的 。
1 实验部分
1. 1 原 料
水性木器涂料专用乳液 (AC IC - 2602) :工业级 ,北京化工 大学研制 、武汉安泰化学工业公司生产 ;蜡分散体 (D - 272 ) 、 蜡微分 散 体 (MD - 2000 ) : 翁 开 尔 公 司 提 供 ; 蜡 乳 液 (A C392) : Honeywell公司提供 ;成膜助剂 (NEXCOAT 795 ) 、消泡 剂 (681F) 、流平剂 ( 2020 ) 、多功能助剂 (AM P95 ) : 均为工业
中 ,并且能够很好地均匀分散 ,因此其应用也越来越广泛 。 本文各选用了一种类型的蜡助剂作为研究对象 ,其主要成
分均是聚乙烯蜡 ,通过 SEM对蜡颗粒的微观形态进行了表征 。 本研究中所采用 D - 272蜡助剂是一种基于聚乙烯蜡的
水性蜡分散体 ,图 1中 a、b分别是 D - 272的不同放大倍数的 微观形态照片 ,从图中可以看出 ,它不是简单的只有一种蜡颗 粒组成 ,既包含了粒径在 10 μm 以上的无规则形状的直接蜡 分散体 ,也包含了粒径较小 ( < 1 μm )的圆球形微分散体 。图 1C是蜡微分散体 MD - 2000的微观照片 ,从图中可以看出 ,蜡 微分散体的颗粒粒径一般在 1 μm 以下 ,基本为球形 ,且分布 比较窄 ;图 1d是蜡乳液 A - C392,其粒径微小 ,在 10～30 nm 的范围内 ,分布均匀 。
表 1 蜡助剂的加入量对漆膜耐划伤性能的影响 Table 1 Effect of wax - add itives aum oun t on coa tings scra tch resistance
w (蜡助剂 ) / %
0
1
2
3
4
D - 272
表面轻划即有 划痕 ,且划破
表面耐 划 伤 性 能 有 所 提高 ,但略用力 ,还是 很容易产生划痕
这个作用机理是在研究溶剂型涂料体系过程中提出的 , 然而对于水性木器涂料 ,由于其与溶剂型涂料体系存在着许 多截然不同的特性 ,蜡助剂在水性体系中分散的报道还很少 。 图 3中显示的是蜡分散体 D - 272 分散在漆膜表面的显微镜
图 2 蜡助剂的分散模拟图 Fig. 2 D ispersion simulation diagram of wax - additives
2. 3 蜡助剂对漆膜耐刮伤性能的影响
以乳液 2602为主要成膜物质配制而成的水性木器涂料 具有优异的硬度 、耐黄变和耐水性 。将蜡乳液应用到该水性 木器涂料的制备体系中 ,在很大程度上可以提高漆膜的耐回 粘性和耐划伤性 [5 ] 。图 5为漆膜表面划伤后的微观照片 。
图 5 漆膜表面划伤后的微观照片 Fig. 5 M icro photo of coatings scratch resistance testing
级 ,北京兴美亚化工有限公司提供 ;润湿剂 ( Tween80) :天津市 医药公司产品 ; 1, 3 - 丙二醇 :北京益利精细化学品有限公司 产品 。
1. 2 配制工艺
(1) 高速分散机的搅拌速度 800 r/m in,在配漆缸内依次 加入水性木器涂料专用乳液 (AC IC - 2602) 、AM P95、Tween80 水溶液和 1, 3 - 丙 二 醇 , 每 次 加 料 后 的 搅 拌 时 间 在 10 m in 左右 。
弱 ,阻止了划痕的进一步延伸与加重 ,而 MD2000与 A - C392 由于蜡颗粒的粒径较小 ,其抵抗外来划伤的能力也相对较弱 。 从总体来看 ,蜡助剂的加入提高了漆膜本身的耐划伤能力 ,分 散在漆膜中的大蜡颗粒起到了增强作用 ,承受住了来自外力 的破坏 [5 ] 。表 1 为 蜡 助 剂 的 加 入 量 对 漆 膜 耐 划 伤 性 能 的 影响 。
表面不易产生划痕 ,即 使用力较大 ,也只有轻 微划痕
表面耐划伤性能佳 ,即 使用力很大 ,也没有明 显的划痕
0 引 言
随着人们环保意识的增强 ,水性木器涂料越来越受到人 们的关注与青睐 [1 ] 。但是与传统的溶剂型涂料相比 ,水性木 器涂料仍有许多不足之处 [2 ] ,如耐水性特别是耐沸水性差 ,耐 有机介质性能不好 ,木器装饰涂层丰满度差 、抗回粘性和耐洗 刷性差 、机械强度不理想等 ,这些都阻碍着水性涂料进一步的 推广与应用 。针对以上存在的问题 ,除了通过设计并合成结 构适宜的水性树脂体系外 ,选择合适的助剂也是提高水性木 器涂料性能的一个重要手段 ,其中 ,蜡助剂的使用不仅可以提 高漆膜的耐刮伤性能 ,同时还会对漆膜的耐粘连和光泽等性 能产生影响 。本文研究了不同种类的蜡助剂在水性木器涂料 中使用后对最终漆膜性能的影响 。
(2) 将消泡剂 (681F)溶于成膜助剂 (NEXCOAT 795)中 , 然后缓慢加入到上述体系中 ,加完后搅拌时间不少于 60 m in。
(3) 加入流平助剂 ,搅拌时间控制在 30 m in左右 。 (4) 加入蜡乳液 ,搅拌 15 m in。 (5) 120目滤网过滤出料 。
1. 3 性能测试
a
b
c
d
图 1 蜡助剂颗粒的微观扫描电镜照片 Fig. 1 SEM photo of wax - additives particle