丙烯酸酯乳液在水性木器封閉底漆中的應(yīng)用

顏六廷 李恭超

（廣東聚盈化工有限公司，廣東 江門 529700）

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視環(huán)境保護(hù)，水性木器涂料的開發(fā)與利用也成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一。由于技術(shù)的制約，與溶劑型涂料相比，水性涂料的技術(shù)指標(biāo)還存在一些差距，例如表面硬度、耐腐蝕性與表面覆蓋效果等。此外，水性木器涂料應(yīng)用于涂裝中還存在多種技術(shù)問題亟待解決，如木材會(huì)發(fā)生滲色。滲色的發(fā)生是由于實(shí)色涂裝在生產(chǎn)制作時(shí)，木材的單寧酸以及樹脂類物質(zhì)會(huì)滲出，特別是白色涂裝更易發(fā)生，導(dǎo)致涂膜變色，涂膜的外觀會(huì)受到影響，也會(huì)導(dǎo)致涂膜的附著力不足。用水性木器涂料涂裝一層封閉底漆，能夠解決滲色問題。針對(duì)水性丙烯酸酯乳液制備出的封閉性底漆具有實(shí)用性[1]。

1 涂膜實(shí)施封閉的基該方法概述

涂膜實(shí)施封閉的基本方法可以分為物理阻隔、化學(xué)阻隔。物理阻隔通過致密涂層可以防止色素滲透，例如選擇陰離子型丙烯酸酯最有效；化學(xué)阻隔是在涂膜中加以一定比例的活性物質(zhì)，使其與色素分子反應(yīng)，保證色素可以固定，其典型方法是加以陽(yáng)離子型丙烯酸。在乳液中，陽(yáng)離子基團(tuán)單寧酸發(fā)生混合后可以形成離子鍵。由于鹽類物質(zhì)可以固化在表面，能夠保證封閉效果。封閉性能突出的乳液應(yīng)要保證這種功能。在制造中，提升交聯(lián)度能保證涂膜具有更高的致密性。乳液中混入一定數(shù)量的氧化鋅（ZnO）等物質(zhì)，鋅離子和羧基可以產(chǎn)生交聯(lián)作用，因此有利于提升表面的附著效果。由于單寧酸等物質(zhì)的加入，絡(luò)合后可以生成性能更加穩(wěn)定的物質(zhì)量，因此提升乳液的封閉效果。但是ZnO也存在缺陷，特別是難溶于水易產(chǎn)生析出問題，破壞乳液穩(wěn)定性，該文開發(fā)優(yōu)選出具有特殊性能的金屬鹽，保證綜合性能，丙烯酸酯乳液更好的應(yīng)用效果。該文結(jié)合新交聯(lián)單體用量，分析了乳液pH值對(duì)底漆效果產(chǎn)生的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料

實(shí)驗(yàn)主要原料為苯乙烯（St）、丙烯酸（AA）、丙烯酸丁酯 （BA）、氯化鹽1、氯化鹽2、硫酸鹽3、乳化劑、引發(fā)劑、氨水、消泡劑、潤(rùn)濕流平劑、成膜助劑、流變助劑、增稠劑、流平劑、防腐劑等。

封閉乳液已被國(guó)家化學(xué)工業(yè)列為耐腐蝕材料。與傳統(tǒng)的環(huán)氧砂漿相比，市面上的封閉乳液具有成本低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。適用于潮濕表面的黏合，它無毒，與基礎(chǔ)混凝土具有良好的溫度適應(yīng)性。市售水性封閉乳液見表1。

表1 市售水性封閉乳液

2.2 丙烯酸酯乳液的開發(fā)制備

取少許可以溶于水的乳化劑，先快速攪拌，然后加入核/殼單體，預(yù)乳化20min，分別獲取到核層以及殼層。將預(yù)乳液裝入攪拌器，流入冷凝管，并借助溫度計(jì)加以控制，燒瓶中加入去離子水，并其余的乳化劑與緩沖劑作為后續(xù)的釜底料，在攪拌后加入一定比例預(yù)乳液，然后加熱到已預(yù)設(shè)的溫度，混入一定比例的引發(fā)劑，在發(fā)生聚合反應(yīng)后乳液會(huì)變成藍(lán)色，并且單體回流加以快。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，同步滴加一定數(shù)量的核層預(yù)乳液與引發(fā)劑，然后保溫，滴加殼層預(yù)乳液與引發(fā)劑再保溫條件下發(fā)生反應(yīng)。在結(jié)束后，當(dāng)乳液的溫度降低到50℃后，使用氨水將pH值調(diào)節(jié)到8～9，采用200目濾網(wǎng)進(jìn)行過濾，最終可以獲得丙烯酸乳液[2]。

2.3 實(shí)驗(yàn)配方及工藝

對(duì)水性木器封閉設(shè)計(jì)出的底漆配方如表2。容器中加入一些水性乳液，然后混入一定比例的消泡劑，采用1600r/min的速度進(jìn)行攪拌，持續(xù)作用5min；將成膜助劑1和成膜助劑2發(fā)生混合后，加入流變助劑以及潤(rùn)濕流平劑，最后加以入增稠劑，保證以上物質(zhì)充分混合后，以1200r/min加以攪拌，持續(xù)10min；加入消泡劑2與防腐劑，繼續(xù)攪拌5min后在過濾后就可以出料。

表2 水性木器封閉底漆配方

2.4 測(cè)試方法

檢測(cè)底漆的封閉性能：采用噴涂方式，選擇紅橡木，刷底漆封閉，待涂膜完全干燥后，將普通的白底漆噴均勻涂于底漆已封閉的木板上，然后放入25℃烘箱保證完全干燥。24h后觀察效果。評(píng)價(jià)出性能：以噴涂底漆后沒有完全封閉的木板作為參照板，采用目測(cè)的方法評(píng)價(jià)，觀察木板的黃變程度，觀察并評(píng)級(jí)，評(píng)分結(jié)果如表3。

表3 等級(jí)評(píng)分表

檢測(cè)熱貯存條件下的穩(wěn)定性：將已進(jìn)行封閉的底漆完全密封，放置在50℃恒溫烘箱持續(xù)15d，選擇型號(hào)為NDJ-5S的旋轉(zhuǎn)黏度儀對(duì)涂料的黏度變化進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算變化率。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同交聯(lián)單體對(duì)性能產(chǎn)生的影響

該實(shí)驗(yàn)依次選取了5種不同金屬鹽作為交聯(lián)單體，同時(shí)制備改良的丙烯酸酯乳液，交聯(lián)單體的加入量設(shè)定為1.5%，分析在不同條件下各類交聯(lián)單體對(duì)底漆封閉效果與熱貯存穩(wěn)定性存在的影響，內(nèi)容如圖1、表4。

表4 交聯(lián)單體對(duì)封閉性能產(chǎn)生的影響

觀察圖1、表4可知，在添加量相同的條件下，封閉底漆采用氯化鹽1或采用硫酸鹽3可以保證較好的封閉效果，該實(shí)驗(yàn)都超過了2級(jí)，但從硫酸鹽3的使用效果來看，底漆的黏度改變要次于氯化鹽1，這表明具有更高的黏度變化率。因此底漆封閉的效果較差。對(duì)封閉性能以及熱貯存穩(wěn)定性加以全面考慮，針對(duì)乳液的交聯(lián)單體選擇氯化鹽1最理解。

圖1 交聯(lián)單體對(duì)黏度變化產(chǎn)生的影響

3.2 丙烯酸酯乳液在多種基材上封閉效果

以下是3種（氯化鹽1、氯化鹽2、硫酸鹽3作為乳液的交聯(lián)單體）不同的丙烯酸酯乳液在各種基材上封閉的應(yīng)用結(jié)果。

3.2.1 水溶性顏色的基材

針對(duì)基材選擇了水性黑色染料，水溶性顏色板材具有了更大的色差異。黑色可以更加直觀地觀察出底漆的封閉效果。方法：將黑色染料溶于水中，板材染成黑色，曬干后，采用粒度為400目砂紙磨去木毛，再涂刷一道氯化鹽1、氯化鹽2、硫酸鹽3分析作為交聯(lián)單體對(duì)木器實(shí)施底漆封閉，然后自然條件下干燥，最后，另外再噴涂半啞光面漆，待干燥后觀察涂膜的表面的黑色染料是否發(fā)生遷移，如圖2所示。

圖2表明，封閉底漆采用氯化鹽1涂刷后，黑色染料沒有發(fā)生遷移問題；而氯化鹽2、硫酸鹽3用于封閉可見涂膜有發(fā)花現(xiàn)象，表明涂膜表面受到了黑色染料遷移的影響，幾乎沒有封閉的效果。

圖2 不同丙烯酸酯乳液對(duì)水溶色的封閉

3.2.2 中纖密度板

中纖密度板表面涂裝采用水性涂料后，由于水與有機(jī)溶劑會(huì)逐步滲透到基材內(nèi)，木材內(nèi)原有的水溶性色素會(huì)發(fā)生遷移，導(dǎo)致涂膜會(huì)變黃，黑色板材更易對(duì)比出水性木器封閉底漆的效果。

方法：使用細(xì)砂紙（大于400目）將表面的木毛輕輕磨去，完全清理干凈后，再分別涂刷一道氯化鹽1、2號(hào)水性木器底漆與硫酸鹽3木器封閉底漆，自然干燥4h，噴涂半啞白面漆，觀察涂膜的表面的黑色素，是否發(fā)生了遷移，具體見圖3。

圖3 不同丙烯酸酯乳液對(duì)胡桃木的封閉

圖3表明，封閉底漆選擇氯化鹽1后，涂膜沒有發(fā)生黑色染料遷移問題。但是選擇硫酸鹽3，底漆表面能看到有明顯黃色遷移。

3.3 氯化鹽1用量對(duì)封閉底漆性能的影響

交聯(lián)單體明確后，需要研究氯化鹽1用量對(duì)封閉效果產(chǎn)生的影響，內(nèi)容如圖4、表5。

表 5 交聯(lián)單體用量對(duì)封閉性能的影響

由圖4、表5表明，增加氯化鹽1的配比量，可以提升底漆的封閉性。實(shí)驗(yàn)表明，用量為2%，可以完全解決色素的滲出問題，但是增加用量后不能保證封閉性能同步提升。這時(shí)也表明底漆保證穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致氯化鹽1用量的降低。如果用量高于2%時(shí)，黏度變化率急劇增大。這可能是由于氯化鹽1具有特殊性質(zhì)，可以與單寧酸會(huì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，氯化鹽1用量的增加，會(huì)生成更多的單寧酸，界面的涂膜可以提升其封閉性。然而片面增加氯化鹽1用量，雖然導(dǎo)致底漆中的金屬離子會(huì)同步增多，但是乳膠粒的電位會(huì)受到影響，乳膠粒原有的雙電層結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞，底漆的穩(wěn)定性會(huì)受到影響，導(dǎo)致底漆黏度增大[3]。所以保證氯化鹽1的用量合理是關(guān)鍵，該研究表明2%較為合理。

圖4 交聯(lián)單體用量對(duì)黏度變化的影響

3.4 pH值對(duì)底漆性能產(chǎn)生的影響

封閉底漆的制備使用pH不同值的乳液，分析乳液pH值對(duì)性能產(chǎn)生的影響，內(nèi)容如圖5、表6。

表6 pH值對(duì)水性木器封閉性能及黏度的變化影響

圖5 、表6可以表明，乳液增加pH值時(shí)，會(huì)引發(fā)底漆的黏度下，pH值若高于8.2，雖然黏度變化很小，但是貯存時(shí)更具有更高的穩(wěn)定性；如果乳液pH值高于9，會(huì)導(dǎo)致底漆的封閉性能減弱。隨著乳液pH值的高，乳膠粒的羧基可以充分中和，乳膠粒ζ電位提高，乳液的性能可以更加穩(wěn)定，乳液中的金屬離子與中和劑會(huì)絡(luò)合，金屬離子會(huì)對(duì)乳膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定的破壞作用，因此提升了底漆的穩(wěn)定性。涂膜干燥中，由于中和劑揮發(fā)，金屬離子和單寧酸會(huì)有絡(luò)合作用，對(duì)色素的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生影響。pH值過高會(huì)增多中和劑，絡(luò)合金屬離子量會(huì)同時(shí)降低，這會(huì)導(dǎo)致封閉性能受到影響。綜合相關(guān)，乳液pH值為8.2～9。

圖5 乳液的pH值對(duì)黏度變化率的影響

3.5 與市售主流封閉乳液的對(duì)比分析

實(shí)驗(yàn)制備的封閉乳液與市售主流的封閉乳液的封閉效果比較，內(nèi)容如表7。

從表7可知，不同于市售封閉乳液，該實(shí)驗(yàn)制備的丙烯酸酯乳液的封閉效果更加突出。

表7 各類封閉乳液對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)交聯(lián)單體采用不同的金屬鹽，結(jié)果表明氯化鹽1應(yīng)用于交聯(lián)單體能保證丙烯酸酯乳液的封閉性能。交聯(lián)單體如果增加用量，底漆的封閉性能可以提升，但會(huì)對(duì)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，合理用量推薦為2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。由于乳液的pH值發(fā)生變化會(huì)影響底漆性能，所以乳液pH值要合理控制，以保證貯存的穩(wěn)定性。pH值如果大于9時(shí)，會(huì)導(dǎo)致封閉效果下降，綜合考慮乳液合理的pH值為8.2～9。該研究中實(shí)驗(yàn)制備的乳液可以保證封閉效果，其性能優(yōu)于市面多數(shù)同類產(chǎn)品。