新一代水性木器涂料用丙烯酸乳液的研究.doc

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2、修市场需要。在这些应用领域最重要的性能需求是:快干，抗粘连性好，耐化学品性，良好的机械性能，耐干、湿热，硬度建立等，以及良好的湿膜和干膜外观。聚合物的形貌设计和优化、单体组成、常温自交联技术是达到这些性能需求的关键因素。同时在设计水性木器涂料配方时，要把这些突出性能表现到最终涂膜中。 1.专为水性家具涂料应用设计的丙烯酸乳液 水性丙烯酸分散体可被定义为分散在连续相中热塑性丙烯酸聚合物粒子。相比传统溶剂型涂料系统，施工和干燥时的气味大为降低，施工工具容易用水或肥皂清洗。经过特殊设计的水性丙烯酸聚合物干燥快速，使快速

3、完工、施工区域的快速重涂，以及工业化施工中被涂货物马上堆叠和不粘连成为可能。水性木器涂料的干膜性能、机械性能和耐久性都和聚合物分子量有关。与其他水性或者溶剂型树脂不同，经过特殊设计的丙烯酸聚合物乳液的黏度与分子量没有直接联系。这就使我们可以在乳液固含相对高的情况下合成低黏度高分子量的水性木器涂料用丙烯酸乳液产品。下面介绍的聚合物乳液的粒径、形貌结构设计和单体组成等对清漆涂膜外观和透明度等表现有很大影响。 1.1粒径控制 不同于普通树脂，丙烯酸乳液聚合物的分散体粒子因光散射会造成涂膜未干前的白牛奶外观和不透明状。光

4、线散射程度依赖于粒径，大粒径比小粒径散射度更高，而使湿膜呈现更大的不透明度和牛奶状外观。 当丙烯酸乳液被用作制备色漆时，乳白状效果会被配方中的颜填料所掩盖。然而在清漆或透明配方中，这会产生微黄／浅白色不透明的罐内效果。当然配方中的其他组分也会对罐内颜色和透明度产生影响。尽管无法完全避免，但乳白状和不透明的现象是可以通过降低粒径来改善的。经验告诉我们，在聚合物粒径低干110nm时透明度改善，而90nm时的结果更是显而易见。 图1粒径对湿膜透明度的影响 如果客户有特殊要求，即涂料施工于底材后要马上看起来透明清澈

5、，粒径还是对这种品质起关键作用。低于90nm窄粒径分布的丙烯酸聚合物的湿膜透明性可以基本与溶剂型涂料相当。图1显示了当特殊设计的丙烯酸乳液聚合物初次滴在和刷在木质基材上时，粒径对涂膜透明度的影响。从左至右聚合物粒径范围从90nm上升到120nm。很明显，施工于底材上大粒径的乳液更影响透明度；乳白色状态在刷涂时仍然持续。更小粒径的乳液聚合物在施工时可以模拟溶剂型树脂的涂膜外观。 1．2聚合物形貌结构设计 我们期待聚合物乳液干燥后形成有着良好性能和外观的连续一致的膜。成膜机理始于液相的挥发，接着粒子靠近开始堆积挤压，

6、各个聚合物粒子互相渗透和扩散，这个过程通常称为粘合。最终结果是形成完整的一层热塑性的聚合物膜。 图2聚合物分散体成膜过程 影响聚合物成膜性能一个重要因素是玻璃化转变温度，这和聚合物的单体组成密切相关。而对于水分散体，Tg还决定着聚合物的最低成膜温度。传统意义上的水分散体已不能满足日益趋紧的VOC法规限制，由此在过去几年中开发了形貌更复杂的丙烯酸聚合物以满足需求，图3是不同形貌结构的例子。在聚合过程中对于聚合物形貌结构的直接控制为聚合物设计打开了一个新的领域。通过对于聚合物粒子不同的形貌结构控制，可以在不牺牲涂

7、膜表面性能的情况下，降低成膜助剂用量。如对于硬核软壳的形貌来说，软壳可以降低成膜助剂用量，而硬核可以提供涂膜的刚性。 图3不同聚合物形貌结构 1．3自交联 溶剂型涂料的一个优点是成膜以后，由于化学交联而具有优良的抗性。而对于水分散体涂料来说，涂膜的最终性能是通过热塑性聚合物链段的相互缠绕获得，所以就算改变聚合物组成以及聚合物颗粒形貌也往往不能获得满意性能。在有些情况下，在水分散体涂料中引入化学交联可以大大提高性能。这对于低Tg，或者低分子量的聚合物性能的提高更明显。然而应当注意的是，在涂料贮存过程中，应尽量

8、避免交联反应发生。因为如果在贮存过程中发生交联反应，聚合物分子量增加，成膜时影响聚合物链段的缠绕，最终反而可能引起涂膜性能下降。 在聚合物组成中引入室温白交联技术已经被证明可以大大提高工业家具用高光色漆的性能。室温自交联技术的机理是在聚合物链段上引入可反应基团，在涂膜形成以后，聚合物链段上的可反应基团发生化学反应，引起交联，这个过程通常需要几