装饰卷材用水性涂料的制备与性能研究.doc

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1、 东北林业大学硕士学位论文装饰卷材用水性涂料的制备与性能研究姓名：韩仁璐申请学位级别：硕士专业：木材科学与技术指导教师：张一帆201007 量， 又 节 约成本 。预 油 漆 纸 作 为 一 种 纸 质装 饰 卷材 ， 按照 其 生 产 工艺 的 特点， 其 表面 涂饰 的 涂 料 要 求 在短 时间 内快 速固化 ， 以形 成连 续、光 滑 、尤其 是 理 化 性能优良的 涂 膜 。针对 以上问题， 本 文从 原 料 的 选 择 ， 配 方设 计， 涂 料 制 作 工艺 及 涂 料 的 固化 性能等方面进行 了 全面 研 究， 以制 作 性能良好 的预 油 漆 纸 用水性 涂 料 。主体内容

2、分为 以下 几个 部分：二 、研 究 各 组分对 水性 涂 料 性能的 影响 。首先， 探 讨了 预 油 漆 纸 用水性 涂 料 成膜 物质的 类型 ， 结 果发 现 ：采用低醚 化 度 氨基 树 脂 和 含 适当羟 基 的 苯丙 乳 液 作 为 成膜 物 质，涂 料 能在预 定的 温度 下 快 速固化 ， 成膜 效 果最 好 。其 次， 研 究 了 配 方中 氨基 与 丙 烯酸 质量比 及 烘烤温度 对 涂 料 性能的 影响。最 后 ， 为 了 赋予涂 料 及 固化 后 漆 膜 一 些 特殊 的性能， 使 之 达到 功能化 的要 求 ， 还 要 在涂 料 中 加入一 些 助 剂。为 了 兼顾

3、 各组分之 间 的影响， 对 每 类助 剂选 取一 系列 加入进行 对 比 实验 ， 找 到 使 漆 膜 性能达 到 最 佳的 组合及 用量。通 过 以上实验 分析 ， 确 定了 预 油 漆 纸 用水性 涂 料 的 最 佳配 方。根据 国 家标 准规定的要 求 和 指 标 对 涂 料 性能及 固化 后 漆 膜 耐干热性 、耐湿 热性 、铅 笔 硬度 和 耐液 性等进行 测试， 结 果都符 合要 求 ， 尤其 是 有毒物 质的释 放 远远低于 国 家标 准要 求 范 围 。 、 天 然 薄 木到人造 薄 木的 创新。科 技 木的 创新， 按设 计花 纹 要求 ， 将人工 速 生 材 旋 切 单板

4、经染 色 胶 合 热 压成 木方 ， 再 刨切 出 仿 珍贵树 种 的 单板 ， 这种 技 术 上 的 艺 术 创造 对 珍贵树种 起到了 很 好的 保护 作用 。最 后是 从 家具 装 饰 板 到强化 木地 板 的 创新。三 聚 氰 胺 浸 渍 纸覆膜 在 人造 板 上 的 应用 ， 使 装 饰 板 的 用 途 从 家具 和 装 饰 行业延 伸 到了 地 板 行业， 为人造板表面装 饰 应用 开 创了 广 阔 的 市场 前 剽 列 。 甶况 可分为最 终处 理型湛谛汀 ?谛和可再 涂型。最 终处 理型的 表面涂层已 经可以满足 使 用需要 ， 并 且不 接 受 再 次涂饰 ；闭 口 型是 指

5、平 滑完整的 表面涂膜， 开 口 型是 模拟木材 纹 孔的 浮雕 型涂膜；可再 涂型可以 接 受 某 种 涂料 的 再 涂饰 。按使 用方 法可分为平 压型、 包 覆 型、 在线 贴 面型。平 压 型预 油 漆纸 用来 装 饰 人 造 板 平 面， 要 求 质 地厚 实 平 滑；包 覆 型预 油 漆纸 用于线 形的 装 饰 ， 要 求 柔软 ， 弹性 好 ， 不 易 产 生 折 痕 ；在线 贴 面型预 油漆纸 用于人 造 板 热 压 成 型时贴 面， 纸 的 背 面预 涂一层可熔 的 树脂 胶 ， 并 且纸 的 透 气 性好 ， 可以 排 出 板 坯中的 水蒸 气 ， 又能 保证表 面的 使

6、用性 能 。目 前 ， 预 油 漆纸 的 生 产 和消 费量正 在迅 速 增 长 ， 大量应 用在木质 人 造 板 的 表面装 饰 然 薄 木占 总 装 饰 材 料 的 左右， 随 着经济 的 发 展 和人 们环 保意识 的 增 强 ， 纸 质 装 饰 材国 内预 油 漆纸 的 生 产 是 从世 纪开 始的 ， 目 前 仅有 广 东 、 浙江几家 企 业 生 产 这 种产 品 ， 产 品 除 供 应 国 内需求 外 ， 还 大量销 往香港、 马来 西 亚 等 东 南 亚 地区 。据了解 ， 国内现 有 预 油 漆纸 生 产 厂 家 有 中外 合资 兴 建 的 浸渍厂 ， 也有 几家 是 由印

7、刷 厂 扩建 的 。世纪年代， 我 国 从国 外 陆 续购 进 几十条 浸渍生 产 线 ， 还 有 近 百条 国 产 浸渍干 燥 生 产线 ， 这 些 设备 曾用来 大量生 产 高压 三聚 氰 胺 贴 面板 和三聚 氰 胺 浸渍胶 膜纸 ， 现 在利用这些 设备 ， 在局 部 添 加 刮 涂设备 ， 并 配 合先 进 的 工艺技 术 ， 就 可以 生 产 预 油 漆纸 ， 使 生 产线 既 可以 生 产 三聚 氰 胺 浸渍纸 ， 又可以 生 产 预 油 漆纸 ， 实 现 一机 多 用。同 样， 印 刷 厂 将 人 造 板 家 具 的 表面装 饰 材 料 主 要 由台 面材 料 ， 立 面材 料

8、 和封 边材 料 组 成 ， 在选 择 表面材 料 的 时候 、 要 兼 顾 材 料 的 性 能 、 用途 和价 格 ， 实 现 经济 合理的 使 用装 饰 材 料 。在家具 设计 时， 常常根 据家 具 的 使 用要 求 ， 选择 不 同 的 表面装 饰 材 料 。高压 三聚 氰 胺 塑 料 贴面板 或三聚 氰 胺 浸渍胶 膜纸 贴 面板 常被 用作 高度 磨 损的 台面材 料 ， 预 油 漆纸 主 要 用来 装饰 立 面和低 磨 损的 平 面， 适 用于卧 室家 具 、 办公 家 具 和室内门的 表面， 也用来 装 饰 具 有优 美弧线 和工艺造 型的 家 具 。用预 油 漆纸 装 饰 的

9、 人 造 板 家 具 一改过 去 板 式 家 具 那 种 平 板直线 的 火 柴 盒式 的 外 型， 用弧形面、 圆 滑曲线 、 花 线 造 型等 传统 的 工艺手 法充 分表现 出现 代时尚 潮 流 ， 给家 具 设计 提 供 了广 阔的 想象 空 间。使 用预 油 漆纸 作 为家 具 的 表面装 饰材 料 ， 会 给家 具 加 工工艺带 来 很大的 变革 。预 油 漆纸 的 贴 面工艺简 单 ， 不 需要 高温 、 高压 的 专 用贴 面设备 ， 无论采用平 压 、 辊 压 、 热 压 、 冷 压 工艺都 可以 完成 贴 面。在型条 包覆 机 上， 可以 进 行 各 种 线 形的 装 饰

10、包 覆 ， 在生 产 条 件较 差 的 地方 ， 可以 手 工完成 一部 分覆 面作 业 。由于预 油 漆纸 已 经具 有 最 终的 表面涂层， 可以 省 略家 具 加 工中的 涂料 涂饰 工序， 大大提 高了生 产 率 ， 也彻底 解 决了过 去 涂饰 生 产 所 带 来 的 技 术 、 环 境 、 安 全 、 劳保、 占 地等 各 方 面的 难 题 。还 有 一种 可再 涂型的 预 油 漆纸 ， 是 专 门为解 决家 具 易 磨 损平面装 饰 而开 发 的 ， 既 可以 直接 使 用， 也可以 再 涂饰 以 增 加 耐 磨 性 ， 对于指定 的 涂料 品 种会 产 生 很好 的 附 着力，

11、 这 种 预 油 漆纸 适 用于成 套家 具 的 高磨 损平 面。对于家 具 的 内部 ，内壁和搁板 的 装 饰 则 采用低 定 量、 低 涂饰 量的 预 油 漆纸 来 装 饰 ， 既 可以 平 衡 应 力， 又起到美观 、 清 洁的 作 用。 涂 料 应 用 场 合， 美 国 已 将水性 防 腐涂 料 用 于航空底 漆上 ， 德国 则将水性 防 腐涂 料 用 于核 氨基 丙 烯 酸 涂料的研 究现状及 改 进方 法 工 ，适 用 于 连 续化学生 产 ，因而 成 为研 究的热 点 。 用 聚氨酯 改 性的方 法 有物理共混法 、环氧 树脂 因含有极 性高 而 不 易水 解的脂 肪羟 基 和醚

12、 健 ，成 膜 后“湿态 ”附 着 力强、 耐 本课 题 研 究的目 的与意 义类 型 ：一种 是 气味 和 感官 ， 包括 感官 刺 激 ， 使人 感觉 干 燥 ：二 是 黏 膜刺 激 ， 刺 激 眼 、鼻 本课 题 研 究 的 内 容固 化过 程 进行讨论 。 东 北 林 业 大学硕士 学位 论文 涂料 配 方 设计 原则须使 这些 材料 更好地 融合到 一 起，了解 它 们之间的相互 关系 ，统 一 协 调这 些 关系 。其次 ，要 使 各种 材料 最 大限度地 发挥出 配 方 所要 求 的性 能 并 减少 和 消 除所不 需要 的负面 影响 ，保 证 涂料 在 指 定 的涂装 方 法和

13、 涂装 条 件 下拥 有 良 好的施工 效 果 。最 后 ，还 要 保 证 涂膜 在 要 求 的环 境下，在 使 用 期间内 能 发挥出 良 好的性 能 。要 解 决 以上这 些 问 题 ，就 要 合理地 选 择涂料 用 的各种 原料 ，正确 地 设计 涂料 配 方 。用 作 涂料 成膜 物 质的化 合物 品 种 不 断 发展，按其本 身 结 构与形 成涂膜 的结 构比 较划 充 或 互 相 改 性，以 满 足更多的性能要求。 在 氨 基 树脂结 构 中 ， 除 了氨 基 母 体 化 合 物 之 间 有 亚 甲基 和 少 量 二 亚 甲基 醚 相 连 接外 ， 还 有 烷 氧 基 甲基 、 羟

14、 甲基 和 亚 氨 基 三 种 官能 基 ， 这些 基 团 的反 应 能 力 有 很 大的差别 。 烷 氧 基 甲基 主要 是交 联 反 应 的基 团 ， 它需要 较 高的温 度 才发 生 交 联 反 应 ， 羟 甲基 既是交 联 反 应 的基 团 ， 也是自缩 聚 的基 团 ， 其反 应 能 力 比烷 氧 基 甲基 大， 亚 氨 基 主要 是自缩 聚 的基 团 ， 它易 与羟 甲基 进行 缩 聚 反 应 。 表 涂料 常 用各 类 溶剂 的表 面张 力醇 醚类 水的 表 面张 力高 、润 湿基材 的 能 力差 、展 布性 不 好 ， 必须 降低 固液 和 气 液 界 面张 缩 孔 是 流 平

15、与 成 膜 过程 中 产生 的 特征 缺 陷之 一， 是 指 涂膜 上 形成 的 不 规则的 、犹 如碗 状 的 小 凹 陷， 常以一滴 或一小 块 杂 质为中 心 ， 周 围 形成 一个 环 形的 棱， 使 涂膜 失去平整 性 。 从流 平性 的 角度 而 言， 它是 一种特殊 的 “点 式”流 不平， 产生 于涂膜 表面【 】 。 导致缩 孔 产生 的 原 因有 很 多 ， 如 涂料 组分 中 不 溶 性 胶 粒 的 产生 ， 表 面活 性 物 质与 涂料 不 相溶 ， 生 成 少量不 相溶 的 液 滴 等 ， 另外 ， 在施 工 过程 中 ， 空 气 中 的 污染 物 或施 工 工 具和

16、 底材 处理 不干净 ， 也 均 可引起 缩 孔 【 。 缩 孔 形成 的 关 键是 涂膜 表面产生 表面张 力梯 度 ： 一方 面是 涂料 干燥 过程 中 的 流 动 引起 溶 剂的 蒸发 ， 产生 表 面张 力梯 度 ； 另一方 面是 涂膜 中颗 粒 、液 滴 等 低 表 面张 力的 存 在。 如 果涂膜 周 围 及内部有 粒 子 等 污染 物 存 在， 当 它们 流动 到涂膜 表 层 时 ， 污染 物 的 表 面张 力低 ， 就会 造成 表 面张 力梯 度 。 由 于表 面张 力梯 度 的形成 ， 粒 子 或液 滴 的 表 面张 力比 湿涂膜 低 ， 所 以涂料 在表 面上 径 向地 向

17、外 流 动 。 由 于湿膜 粘 度 大， 被污染 物 首 先 要 克服 粘 度 的 阻 滞 作用 ， 拖拉 了 一些 表 层 以下的 涂料 。 若 湿涂膜 较 厚， 里 层 的 涂料 会 移 动 到表 面补 充， 就形成 了 缩 孔 。 缩 孔 的 形成 还 取 决 于涂料 本身的 流 动 性 ， 当 涂膜 形成 表 面张 力梯 度 时 ， 该流 体 由 一点 向另一点 流 动 ， 于是 产生 缩 孔 。 丫 】 痑 表 涂 料的表面 张力 对 涂 料一 些性 能的影响由表 可 见，表面 张力 的高 低 对 涂 膜流 平各有利 弊 ，所 以 在 满 足 了涂 膜表面 控制和 底 材 润 湿 的

18、条 件 下 尽 量 不要 降 低 涂 料的表面 张力 。 流平剂 大多 数 是 降 低 表面 张力 ，控制 因表面 张力 梯度 而造成的不良现 象 ，例 如缩 孔 、 贝 纳尔 涡 流、 橘 皮、 发 花 等 ，而对 刷痕 ，压 痕 等 不良现 象 作 用 不明显，使用 时 要 注 意选择 。 刷 涂 、 滚涂 及 刮 涂 等 施工 方 法造成的涂 膜不平整最 好 采 用 不降 低 表面 张力 的流平剂 ，要 综合 调 整，如调 整涂 料的流 变性 、 控制 涂 料的粘度、 调 节 溶 剂 的挥 发 速 率 、 控制 基材 润 湿 展布性 、 控制 动 态 表面 力等 ，多 种 因素 全盘考虑

19、 。以 往，溶 剂 型 涂 料的消泡问 题 并 未引 起 人们 太 大的重 视 ，原 因是 溶 剂 型 涂 料起 泡的几率 并 不高 ，另 外 消泡也 比 较容 易 。 随 着 我国涂 料工 业 的快 速 发 展，涂 料品 种 档 次不断升 级 ，人们 对 涂 料的装 饰 性 、 保 护性 等 要 求 也 更 高 ，所 以 消泡势 在 必 行。 其 次，由于 环保 意识的强 化 ，节 能环 保 型 涂 料、 绿色健康 型 涂 料得以 快 速 发 展，这 些涂 料包 括，水 性涂 料、 无 溶 剂 型 涂 料、 高 固体份 涂 料及 涂 料。 与 传 统 溶 剂 型 涂 料相 比 ，尤其 是 水

20、 性涂 料更 易 起 泡，而且难 于消除 ，因此 对 消泡提出了更 高 层 次的要 求 。 最 后 ，涂 装技 术的发 展，使得涂 装技 术以 高 速 、 省 力 、 自 动 化 为主 流，这 些技 术的应用 使涂 料体系 内 发 生紊 流、 飞 溅 、 冲 击 、 气 窝 的概 率 增 大，容 易 发 生 传 统 工 艺 中不易 出现 的弊 病 ，消泡是 其 水 性羟基丙 烯酸 乳 液 毯 腔 ： 纽 佩 斯 树 脂 有 限 公司 ； 高 度 甲 尤 胂 菁 粒 涟杷俣任 实 验 室中采 用刮涂 法 来制备 涂 膜 ， 将 调 配 好的 水 性氨 基 丙烯 酸 涂 料 用线棒 涂 布 器刮涂

21、 在 定量为 痬 哪 疚 浦 奖 砻 妫 渴 柿 课 赡 ， 然 后 于 婵 即 预油 漆纸 用水 性氨 基 丙烯 酸 涂 料 配 方预油 漆纸 用水 性氨 基 丙烯 酸 涂 料 的 配 方见 表 ： 换 臃 荩 翰握 誈 疶 涂 料 不挥 发 份 测 定法 进 行 。 将 其放 在 聚 酞 胺 纤 维布 面 上， 达到规 定的 试验 时 间 后 ， 移开 湿布 和 铝合 金块 并 揩 干试 验区域。将 试样 静 置 至 少 缓 笤诠 娑 墓庀咛 跫 拢 觳槭 匝 鹕吮昙 变 色 、 变住 胶 带悬 空 的 一 端 ， 并 在 尽可 能接 近 度 的 角度 撕下 ， 测 试结果 分 级按发 生

22、 脱 落 的 十膜 脱 落 ， 漆膜 沿 割 痕 有 少量断续剥 落 ； 妒 瞧崮 馗詈 塾 卸 闲 蛄 洌 级是 褂 种试 剂 进 行 检 测 。 软 化 及 漆 膜脱 落等 ，根 据 标 准 本 研究在参照 相关国 内 外文 献 的 前 提下 初 选两种 丙 烯 酸乳 液 ， 作 为 基 体 树脂 ，预油 漆纸 用水 性 涂 料 最关键的 技术 是 涂 料 被 涂 饰 于纸 张 表 面后能在一 定 的 烘 烤 温度下 快速 固 化成膜 ，这 主 要 决 定 于成膜 物 质 ，只 有成膜 物 质 在一 定 的 温度下 发 生 交联 反应、 形 成良好 的 三 维网状 结构 ，并 且 反 应能

23、在短 时 间内 完 成； 固 化后的 漆膜 才 具有优良的 理化性 能。 为 了解决 这 个 问 题 ，实 验中 分别 将两种 丙 烯 酸乳 液 和 两种 氨 基 树脂 组合 ，并 对每 个 组合 采 用不同 的 氨 基 与 丙 烯 酸质 量 比 制 作 水 性 涂 料 ，将制 作 的 水 性 涂 料 涂 饰 在 氨 基树 脂 与 丙 烯酸 质量 比 对 涂 料 性能的 影响 预油 漆纸用 水 性 涂 料中 丙烯酸 的 羟 基 与氨 基 树脂 的 活 性 基 团发 生缩 聚反 应 而形 成 三维 网 络 结 构， 漆膜具 有 优 良 的 性 能 。 固 化剂用 量 的 大小直 接影响涂 膜的

24、固 化程 度和 交 联密度， 而涂 膜的 交 联 密度是 影响固 化后漆膜性 能 的 主 要 因 素 之 一 。 为 了 降 低 交 联 温 度，缩 短 烘 烤 时间 ， 实验 中 选用 了 部 分 甲 醚化且含有 亚 氨基 的 氨基 树脂 ， 其反 应 活 性 较 高， 左 右 就 可 与羟 基 发 生交 联 反 应 。 当 涂 料中 交 联 剂用 量 不足 时， 水 性 聚合 物 剩 余 较多 的 羟 基 等 活 性 基 团可 以 与水 发 生反 应 ， 在 涂 层内部 形 成 非自 由 扩 散 的 水 族， 漆膜的 吸水 率增 大。 当 涂 料中 交 联 剂的 用 量 过 多 时， 多

25、余 交 联 剂会 产生自 缩 聚反 应 ， 由 于 氨基 树脂 的 三 嗪环 是 刚 性 结 构， 自 缩 聚的 产物 导 致 涂 膜的 刚 性 增 大， 减弱 涂 层对 底 材 的 附 着力 。 含羟 基 的 丙烯酸 乳 液 呈现 柔 性 ， 当 刚 性 结 构与柔 性 结 构的 比 例适 当 时， 交 联 网 络 结 的 铺 展 面积最 小， 润 湿 性能 最 差 ， 因此 ， 实验中 选取 硅 酮 类润 湿 剂 来 降 低 静 态 表面张 耐 湿热 和 对耐 湿热性 的 影 响样 ，但 是 当 选用氟碳化 合物 作 为 流平 剂 制作 水性 涂料时，体 系 的 起 泡 趋 势 增大，此

26、时就 要 增 加消 泡 剂 的 用量 ，另外 氟碳化 合物 流平 剂 价格也 较 贵 ，综 合比 较 之 下 ，可 选用 。 婵 疚 露扔 跋焱 苛系 墓 袒 阅 埽 蓖 磕 袒 奔 湮 时 ， 随着温 度 的 升 高 涂 生 产 和 使 用 涂料 的 目的 是 为 了得 到 符合要 求 的 涂膜 ， 涂料 形 成 涂膜 的 过 程 直 接 影响的 成 膜 ， 也可以 是 两种方 式的 结合。 红 外 光 谱 在涂料 分 析中的 应 用 广 泛 ， 主 要 用 于树 脂分 析以 及 助 剂 、 颜 料 分 析， 又是 泵锄摹息点锄 水性氨 基丙 烯酸 涂料 固 化机 理 的 微观 分 析 狢

27、矿 缘D 丙 烯 酸涂 料 同 化 反 应的 研 究 水性涂 料 的差示 扫 描量 热 分析要喜曼爹篇 图 放 大 的 抽 线 固 化 过 程 发 生 的 比 较 缓 慢 ， 这 是涂 料 固 化 过 程 产生 的 小 分子 挥 发 吸 热 和固 化 放 热 共 同 作用的 结 果。由图 湃 确宓 木 植糠 糯 笸 伎 杉 苛系 墓 袒 从 之间， 峰 的 起 始 温 度是 ， 达 到最大值 的 温 度是 ， 结 束 在 。放 热 现 象是涂 料 发 生 聚 合 反 应 的 表现 ， 这 就 说 明当 温 度达 到 时 ， 涂 料 开 始 交 联固 化 ， 至 时 已 经 形 成 三维网状 结

28、 构 ， 之前 涂 料 聚 合 反 应 完 全 ， 固 化 反 应 结 束 。以上分 本章 小 结通 过 对 预 油 漆纸用水 性氨基丙烯 酸 涂 料固 化 反 应的 研 究 ， 得 出 以下结 论： 之间 。低 于 国 家 标 准 规定 的范 围 ， 实现 了 生 态化 和功 能 化 。 】 鲍 莎 莉 浅谈 我 国 新 型饰 面 材料 】 建 筑 人 造板 ， ， 叫 ： 坷 罟 蠖 酝 苛系 姆 埂綣】 黑 龙江 科 技信 息， ， 【 腎 杰 溶 剂 型涂 料 发展 趋势 简评【 浚 泄 苛希 ： ， 叨 【 】 崔 跃 飞 ， 宁 平， 陈 志泉 水 溶 热 固性丙烯 酸 树脂及其

29、涂 料 川 涂 料 工业 ， ， 琖 綪 】 ： ， 【 浚甁 琘 甒 ： 【 】 李 江 年 ， 王 德 智 ， 周 丽 玲 改性氨基 丙烯 酸 乳胶漆 的 研 制 】 青岛科 技大 学 学 报 ， ， 甁 ：【 】 左 常 江 ， 张 德 震 ， 尤秀 韦 丙烯酸 酯聚氨酯乳液 涂 料 的 研 制 】 涂 料 、 ：【 】 陈 中华 ， 谭健 斌 ， 陈 文 君 高 光泽 深 色 水 性氨基 烤漆 的 研 制【 浚 苛瞎 担 ： 甅 ： 【 浦 怯 拢 嗲冢 笫 良跋 菁 猎谒 阅 酒 髌 嶂 械挠 么 泄 苛希 ：【 翰 疲 塘 颍 抻 拢 苛狭 髌 郊 恋挠 醚 芯拷 姑鳎 阒 莼 ： 甐 【 甁 ， 【