常温酸固化氨基醇酸树脂木器漆的研究

常温酸固化氨基醇酸树脂木器漆的研究

尹清华, 张心亚, 涂伟萍, 陈焕钦 ( 华南理工大学化工学院化工研究所, 广州510640)

1  前  言
对木器和家具赋予保护和美化作用的木器漆有着悠久的历史。木器漆品种历经熟油、生漆、油性漆、硝基漆和合成树脂漆等发展阶段。现代木器漆主要有酸固化漆、硝基漆( 包括丙烯酸改性品种等) 、丙烯酸漆、聚氨酯漆、不饱和聚酯漆和水性漆等六大类, 在世界各地有不同的发展[ 1] 。
在我国, 目前木器漆主要有聚氨酯漆、酸固化漆、硝基漆三大类。由于我国特殊的气候条件和消费水平所致, 其中酸固化漆仍占有一定的比例, 传统的室温酸固化氨基醇酸树脂木器漆以脲醛树脂作为交联剂, 从而改善涂膜的硬度、柔韧性、保光保色性等, 但因脲醛树脂溶液的粘度较大, 酸值较高, 故贮存稳定性较差[ 2] 。
本实验采用一种新型的异丁基化尿素三聚氰胺甲醛树脂进行实验, 兼有脲醛树脂和丁醚化三聚氰胺树脂的优点, 提高了涂膜的附着力和干性。

2   实验部分
2 1   原材料
本实验中所用的原材料如表1 所示。


2 2  涂料配方的确定[3]
2 2 1   氨基树脂与醇酸树脂的配比
通常配制的氨基醇酸树脂烘漆中, 氨基树脂通常占25% , 醇酸树脂占75%, 按这种配比配制的室温固化氨基醇酸树脂木器漆, 其涂膜的硬度、光泽、附着力均不够理想。为了得到理想的涂膜, 本实验调整了氨基树脂与醇酸树脂的配比, 当氨基树脂分别为30% 、35%、40%、45%、50%、55%、60%、70% 时, 测定了涂膜的干燥时间、光泽、硬度、柔韧性、耐冲击性、耐水性和耐有机溶剂性。实验结果表明, 氨基树脂占45% 、醇酸树脂占55% 时, 涂膜的综合性能最佳。

2 2 2   酸固化剂的选择
室温下氨基醇酸树脂的固化需要加入强酸性催化剂。本实验采用3 种强酸性催化剂, 即4040、4045、500。实验表明, 采用4040 作为催化剂, 其用量为4%时, 在20~ 25 ! 刷涂, 涂膜25~ 30 min 后即可指干,16 h 后实干。

2 2 3   稀释剂的选择
通过对醇酸树脂以及氨基树脂溶解度参数的计算, 并经多次实验后确定稀释剂以二甲苯为主, 并加入部分正丁醇和二乙二醇乙醚, 这种混合稀释剂所配制的漆膜流平性好, 光泽度高, 干燥时间短。

2 2 4   助剂的选择
选用德国BYK 公司的系列助剂进行实验, 当采用消泡剂BYK 071、流平抗缩孔剂BYK 358 时, 涂膜综合性能最好, 外观平整光滑, 表面无泡, 光泽好[ 4] 。
常温自干酸固化氨基醇酸木器漆的最终优选配方如表2 所示, 按此配方配制的常温自干酸固化氨基醇酸木器漆的性能指标如表3 所示。


3   结果与讨论
3 1  氨基/ 醇酸树脂配比对涂膜性能的影响
在室温固化条件下, 改变氨基/ 醇酸树脂的配比,研究不同配比对涂膜性能的影响, 实验结果见表4。

由表4 可见, 随氨基树脂比例的增大, 涂膜的硬度增大, 耐水性提高, 表干时间缩短, 光泽增大, 但附着力下降。交联剂氨基树脂的用量应适宜, 用量太少时, 交联密度不够, 漆膜的硬度以及柔韧性差; 用量太大时, 漆膜的耐冲击性以及附着力均降低。

3 2   稀释剂配比对涂膜性能的影响
溶剂选择不当, 会引起涂膜的多种弊病。如溶剂挥发太快, 流平性不好, 并造成漆膜起泡、发白。另外, 良溶剂与不良溶剂对漆膜性能也有非常重要的影响, 需要妥善选择[ 5] 。通过调节混合溶剂中不同溶剂的配比, 以控制其挥发的速度, 可以改进涂料的流动性, 提高漆膜的光泽。同时, 选用合适的溶剂, 也可以改进涂膜对基材的润湿而增加漆膜的附着力。在选择溶剂时, 不仅要从挥发快慢考虑, 而且需要平衡下列各种要求: 快干;无流挂; 无缩孔; 流动性、流平性好; 无气泡[ 6] 。在上述固化条件下, 研究混合溶剂的配比对涂膜性能的影响, 其结果见表5。

由表5 可见, 当单独采用二甲苯作稀释剂时, 由于二甲苯挥发速度较快, 不利于涂膜的流平; 当采用正丁醇替代部分二甲苯时, 可以稍微改善涂膜的流平性, 但是光泽还是不够高; 当采用挥发速度较慢、溶解力强的溶剂( 如二乙二醇乙醚) 替代部分二甲苯时, 可以充分改善涂膜的流平性与光泽。但是室温固化时需注意其用量, 用量太多, 会延长表干时间, 从而在涂膜表面形成缩孔。在用量较少时, 也可以采用价格较贵而毒性较小的丙二醇丁醚溶剂代替, 它的溶解力与挥发速度都与二乙二醇乙醚相当。

3 3   催化剂用量对涂膜性能的影响
在氨基树脂涂料的固化过程中, 通常采用强酸性催化剂( 如PTSA、DNNDSA 等) 进行催化固化。潜催化剂包括各种胺封闭的磺酸催化剂。在使用潜催化剂时, 首先应发生解封反应( 温度高于80 ! ) , 以产生活性酸催化剂。所以, 当氨基树脂涂料是室温固化时, 不应采用胺封闭型的催化剂( 如本实验中的4045) , 同时应注意控制催化剂的用量。采用4040 作催化剂时, 其用量对涂膜性能的影响见表6。

由表6 可见, 加入酸性催化剂, 可以缩短固化时间, 但同时可能会产生以下一些问题, 如缩短贮存期,所以通常需双组分包装; 在常温贮存过程中部分交联, 表现为贮存期粘度升高, 从而使漆膜产生表面缩孔等缺陷; 大量酸性催化剂会降低漆膜层与层间的附着力, 以及容易在涂膜表面产生气泡等。

4  结  语
由丁基化尿素三聚氰胺甲醛树脂与椰子油改性短油度醇酸树脂配制的氨基醇酸树脂在酸性催化剂作用下室温交联形成的漆膜性能良好, 光泽高, 外观丰满, 通常作为木器家具的面漆, 可刷涂和喷涂, 并且该木器漆的生产工艺简单, 工时少, 成本较低。但是在制造时, 也需要注意控制各个组分的用量, 以使漆膜的性能和外观达到最佳。

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