引言

    隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，溶劑型木器涂料有逐步被水性木器涂料取代的趨勢，水性木器涂料在我國也有10多年的發(fā)展歷史，主要有水性醇酸、水性聚氨酯、丙烯酸乳液等品種，與溶劑型木器涂料相比，早期的水性木器涂料存在一些問題，如硬度低、豐滿度較差、早期抗黏性較差、抗沾污能力差、耐水性、光澤等均不理想，且有高溫回黏等問題，而且價(jià)格較高，施工也不是很方便，干燥時(shí)間長，不適合大型家具企業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)需要，只適合一般的民用涂裝[1-2]。針對這些問題，國內(nèi)外研究者和相關(guān)涂料企業(yè)也在做大量的研究和改進(jìn)工作[3-6]。將水性木器涂料和紫外光固化技術(shù)結(jié)合起來，可以有效利用光固化技術(shù)固化速度快、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，得到施工方便、各項(xiàng)性能較優(yōu)的環(huán)保型水性木器涂料。本文采用水溶性聚氨酯丙烯酸酯為基礎(chǔ)樹脂，加入二氧化硅和納米氧化鋁等無機(jī)材料，研制具有較好綜合性能的紫外光固化水性木器涂料，考察了無機(jī)材料的分散穩(wěn)定性，測試了涂料的各項(xiàng)理化性能。

    1、試驗(yàn)部分

    1.1原料與試劑

    水溶性聚氨酯丙烯酸酯，工業(yè)品，Sartomer公司；光引發(fā)劑Darocur1173、Irgacure184，工業(yè)純，長沙新宇化工實(shí)業(yè)有限公司；納米氧化鋁、二氧化硅，工業(yè)純，南京海泰納米材料科技有限公司；硅烷偶聯(lián)劑(KH-550，KH-560)，工業(yè)品，江蘇金壇華東偶聯(lián)劑有限公司；鈦酸酯偶聯(lián)劑(JN-A、JN-B)，工業(yè)品，常州市吉耐助劑有限公司；消泡劑、分散劑、流平劑等，工業(yè)品，Cognis、EFKA公司等。

    1.2耐磨紫外光固化水性木器涂料的制備

    將水溶性聚氨酯丙烯酸酯、納米氧化鋁、二氧化硅、偶聯(lián)劑、光引發(fā)劑Darocur1173或Irgacure184、消泡劑、分散劑、流平劑等按一定比例分散均勻，涂布于基材上，用紅外燈干燥一定時(shí)間后，用紫外光固化機(jī)固化，室溫放置1d后測試性能。

    1.3表征方法

    黏度的測定：將分散好的涂料，在25℃的室溫下用涂－4杯黏度計(jì)測定黏度(GB/T1723-93)。擺桿硬度的測定：將光固化涂料涂布在95mm×88mm×5mm的玻璃片上，固化一定時(shí)間后用天津儀器公司的QBY型擺桿硬度儀測試其硬度(GB1730-82)。表面光澤度的測定：UV固化膜光澤度用Sheen儀器有限公司Sheen60型光澤儀測定，測試角度為60°，折射率為nD=1.567的玻璃表面光澤度定義為100%(GB1743-79)。耐醇性測試：將涂料涂布于馬口鐵片上，固化后封邊，浸泡于50％(V/V)乙醇溶液中8h，觀察涂膜是否起泡、起皺或脫落(GB/T9274)。耐水性測試：將涂料涂布于馬口鐵片上，固化后封邊，浸泡于水中72h，觀察涂膜是否起泡、起皺或脫落(GB/T9274)。耐磨性測試：將光固化涂料涂布在中心有圓孔的玻璃片上，固化后用上�，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司的JM－Ⅳ型磨耗儀測試其耐磨性(GB1768-79)。

    2、結(jié)果與討論

    2.1涂料黏度對納米氧化鋁分散穩(wěn)定性的影響

    調(diào)整水溶性聚氨酯丙烯酸酯(W-PUA)、水的比例，加入不同量的二氧化硅，獲得不同的黏度，在不加其他助劑的情況下，加入3％的無機(jī)納米氧化鋁，通過高速剪切分散，考察不同黏度下納米氧化鋁的分散穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

    表1體系黏度對分散穩(wěn)定性的影響

    該體系采用水作為稀釋劑，有別于普通的光固化木器涂料，普通的光固化木器涂料經(jīng)常需加入較多的低分子質(zhì)量稀釋劑(如丙烯酸丁酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1，6－己二醇二丙烯酸酯等)，這些丙烯酸酯稀釋劑有些對人體有毒害或有刺激性。木器涂裝中，稀釋劑容易擴(kuò)散到孔隙中而不能固化，而使被涂物長期有異味，用水代替丙烯酸酯稀釋劑，具有以下優(yōu)點(diǎn)：可通過加水或傳統(tǒng)的增稠劑、流平劑來調(diào)節(jié)涂料的黏度和流變性能，降低了體系的毒性和刺激性，不含揮發(fā)性有機(jī)物，降低了涂料的易燃性。表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：分散體系黏度比較大的時(shí)候，納米粒子的分散穩(wěn)定性較好；當(dāng)黏度下降時(shí)，納米氧化鋁的分散穩(wěn)定性迅速下降，體系黏度下降到53s時(shí)，納米粒子在1個(gè)月內(nèi)完全沉降；當(dāng)體系中加入二氧化硅后，體系黏度上升，納米氧化鋁的分散穩(wěn)定性得到提高，但二氧化硅的含量過多時(shí)，體系黏度過大，不利于涂料的涂裝和流平，故該體系選用加入5份二氧化硅比較合適。

    2.2偶聯(lián)劑對體系分散穩(wěn)定性的影響

    偶聯(lián)劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅化合物或鈦酸酯化合物，在它的分子中，同時(shí)具有能與無機(jī)材料(如玻璃、各種無機(jī)粉體等)結(jié)合的反應(yīng)性基團(tuán)和與有機(jī)材料(如合成樹脂等)結(jié)合的反應(yīng)性基團(tuán)。在涂料體系中添加納米材料時(shí)，由于納米材料具有比較高的表面能，不容易潤濕分散，導(dǎo)致涂料分散體系的不穩(wěn)定，用偶聯(lián)劑對納米氧化鋁進(jìn)行表面改性，從偶聯(lián)劑反應(yīng)機(jī)理和作用方式來分析，其容易在納米氧化鋁、聚氨酯丙烯酸酯(W-PUA)和溶劑水之間形成一種鍵合橋梁作用，從而有效地改善和提高納米氧化鋁的分散穩(wěn)定性，由于偶聯(lián)劑種類較多，本試驗(yàn)選用了幾種涂料中常用的偶聯(lián)劑，考察了其對納米氧化鋁在水性紫外光固化木器涂料中的分散穩(wěn)定性，其結(jié)果見表2。

    表2偶聯(lián)劑對納米氧化鋁分散穩(wěn)定性的影響

    從試驗(yàn)結(jié)果來看：在該水性光固化體系的分散中，硅烷偶聯(lián)劑的作用效果要比鈦酸酯偶聯(lián)劑的效果好，尤其是加入KH-550后，體系黏度由53s提高到70s，穩(wěn)定性也由1個(gè)月提高到2個(gè)月，說明其能在納米氧化鋁、聚氨酯丙烯酸酯(W-PUA)和水之間形成一種橋梁作用，對提高體系穩(wěn)定性作用最明顯。另外兩種鈦酸酯偶聯(lián)劑雖然也能適當(dāng)提高體系的黏度，體系的穩(wěn)定性有一些改善，但其作用不是很明顯，故該體系以采用硅烷偶聯(lián)劑KH-550效果更好。

    2.3納米氧化鋁對涂膜性能的影響

    在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以KH-550為偶聯(lián)劑，加入適當(dāng)?shù)南�泡劑、分散劑、流平劑等助劑，改變納米氧化鋁的含量，考察其對水性紫外光固化涂料的耐磨性和硬度等性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3。試驗(yàn)結(jié)果表明，在水性紫外光固化木器涂料中加入納米氧化鋁能提高涂膜的耐磨性，不加納米氧化鋁體系的耐磨性為0.022g，而加入3份納米氧化鋁后耐磨性提高到0.016g，繼續(xù)加入，耐磨性進(jìn)一步提高。與此同時(shí)，比較重要的一點(diǎn)是涂膜的硬度也有較大的提高，不加納米氧化鋁體系的擺桿硬度為0.54，而加入3份納米氧化鋁后擺桿硬度提高到0.60。但是，納米氧化鋁的添加量也不是越多越好，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米氧化鋁超過5份以后，體系的穩(wěn)定性反而會降低。這是由于納米粒子含量增加時(shí)，分散體系中納米粒子相互碰撞的幾率要大幅度提高，導(dǎo)致納米粒子容易團(tuán)聚，分散穩(wěn)定性也快速下降。故納米氧化鋁以添加3～5份比較合適。

    2.4涂膜的綜合性能

    根據(jù)上述一系列試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)選擇表3配方3配制涂料，加入2％Darocur1173和1％Irgacure184的光引發(fā)劑，攪拌均勻后，按要求制備樣板，經(jīng)紅外干燥后，用紫外光固化，根據(jù)紫外光固化木器涂料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試其各項(xiàng)理化性能，具體測試結(jié)果見表4。從表4結(jié)果來看，其各項(xiàng)理化性能均達(dá)到紫外光固化木器涂料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，擺桿硬度為0.60，耐磨性為0.016g，其附著力(劃格實(shí)驗(yàn))和耐干熱性均為1級，有很好的耐水、耐醇性。在工業(yè)中有一定的應(yīng)用前景。

    表3納米氧化鋁對涂膜性能的影響

    表4涂膜理化性能檢測結(jié)果

表4涂膜理化性能檢測結(jié)果

    3、結(jié)語

    在紫外光固化水性木器涂料體系中加入納米氧化鋁，配制了一種具有較好耐磨性和硬度的納米復(fù)合改性涂料。經(jīng)過測試，其理化性能符合紫外光固化木器涂料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的水性涂料相比，該涂料在具有水性涂料的環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)以外，由于其是固化型的，干燥速度快，涂膜各項(xiàng)理化性能更好，并可適應(yīng)大型家具企業(yè)自動化快速生產(chǎn)的需要。

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