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免打磨不飽和聚酯白色底漆的制備 李相權1,，李夢雨2 (1.成都優(yōu)品化工有限公司,，成都 610501；2.上海建橋學院信息技術學院,，上?！?01306) 0 前 言 不飽和聚酯白色底漆具有填充性優(yōu)異、硬度高,、豐滿度好,、不易塌陷等優(yōu)點，廣泛應用于白色家具涂裝中。由于不飽和聚酯固化時體積收縮大,，影響涂膜表面的平整性,，如果不打磨就直接涂裝面漆，不僅會出現涂膜附著力較差,、容易掉漆等弊病,，而且還會造成面漆流平不良、易塌陷的現象,，嚴重影響面漆豐滿度及涂裝效果,，因此必須對白色底漆涂層進行充分打磨，提高平整度后進行面漆涂裝,，才能使涂層具有較高的豐滿度及層間附著力,，滿足家具涂裝效果。由此可見,，家具表面的美觀性很大程度上取決于打磨質量的好壞,，它是提高涂裝效果的重要作業(yè)之一。而在家具制造過程中,，工作量和人數最多,、最集中的就是打磨工序，打磨工序也是最耗費人力,，效率低下的工段,，不但生產周期較長，同時打磨粉塵嚴重污染環(huán)境,，危害健康,，不能滿足現代文明生產高效高質降低生產成本的要求。而且近年來家具制造企業(yè)由于人員成本上升,，效率提升難,，已經嚴重影響到家具企業(yè)的利潤，為最大限度降低能耗,，控制生產制造過程中的成本,，涂料廠聯(lián)合家具企業(yè)一直致力于各種新材料、新工藝的研發(fā)及應用,。 本實驗采用具有柔性鏈結構的氣干型不飽和聚酯樹脂制備不飽和聚酯白色底漆,，在固化時可減少涂膜的體積收縮。同時通過科學配比,，合理利用不同超細填料的堆積模型,，提高產品的致密性，降低表面收縮,，使涂膜豐滿度高,，具有較好的平整度,，賦予涂膜優(yōu)異的性能，不需要打磨就可直接進行面漆施工,，賦予層間優(yōu)異的附著力及涂裝效果,，提高產品的裝飾效果。由于節(jié)省打磨工序,，大大縮短了涂裝生產周期,，降低涂裝制造成本，提高生產效率,，同時降低環(huán)境污染,，符合節(jié)能、環(huán)保的要求,。 1 實驗部分 1.1 主要原料 不飽和聚酯樹脂,，流平劑，消泡劑,，分散劑,，防沉劑，鈦白粉,，填料,，防綠化助劑，藍水(異辛酸鈷,，促進劑),，白水(過氧化甲乙酮液，引發(fā)劑),，苯乙烯,，亮光白面漆，固化劑,，稀釋劑等,。 1.2 不飽和聚酯白色底漆的制備 不飽和聚酯白色底漆配方如表1所示。 不飽和聚酯白色底漆配方 制備工藝：將配方量中不飽和聚酯樹脂及分散劑投入分散缸內,，高速分散5 min,，然后投入鈦白粉,、防沉劑及填料高速分散5 min,，過砂磨至細度小于25 μm，加入余下助劑,，攪拌均勻,，用苯乙烯調節(jié)黏度，檢測合格后包裝過濾,。 1.3 性能測試 按m(主漆)∶m(稀釋劑)∶m(藍水)∶m(白水)＝100∶40∶(1～2)∶(1～2)的配比,，取上述組分混合均勻后，在處理好的三胺板上進行噴涂施工，干燥8 h后不打磨直接進行噴涂PU亮光白色面漆,，其性能檢測結果見表2,。 涂膜性能檢測結果 2 結果與討論 2.1 不飽和聚酯樹脂的影響 樹脂是涂料中最主要的成膜物質，對固化膜性能影響最大,，因此在設計涂料配方時,，首先要選擇合適的主體樹脂。在不飽和聚酯樹脂的固化過程中,，單元集結成核而引起分子堆積緊密,，密度增加導致樹脂體積收縮較大，而且由于是放熱反應,，反應放出的熱量使涂膜表面和涂膜與基材接觸面之間受力不均勻,。樹脂表面所受應力大于涂膜與基材接觸面所受應力，造成體系體積收縮,，致使涂膜表面平整性差,，只能經過打磨才能噴涂面漆。由于不同的不飽和聚酯樹脂的結構和分子量及基團相應有所不同,，其對涂膜收縮的影響也不同,，本實驗采用實際生產中曾經使用過的幾種不飽和聚酯樹脂進行實驗，結果如表3所示,。 不飽和聚酯樹脂對涂膜的影響 根據表3的結果可以看出,，不同類型的不飽和聚酯樹脂制作的白底漆的效果差異明顯。常規(guī)不飽和聚酯樹脂A,、B,、C、D為剛性直鏈結構,，分子鏈較短,，在固化過程中由于放熱使涂膜體積收縮，造成涂膜平整性差,。同時由于其交聯(lián)密度大,、涂膜堅硬、涂層孔隙度較小,，影響了面漆的滲透作用,，造成涂層間附著力差，涂裝效果不佳,，只能通過機械打磨,，增加涂層的粗糙度及平整度，以便于面漆容易潤濕白色底層,，增大涂層間界面接觸點,，才能有利于增強涂層的機械附著力,，提高面漆的流平性及豐滿度，從而獲得滿意的涂裝效果,。樹脂E是通過合理設計分子結構,，采用特殊合成方法，在樹脂中引入柔性鏈結構來調節(jié)柔韌性,，將剛性和柔性巧妙組合,，使樹脂內部結構盡量優(yōu)化，得到由硬軟鏈段交替構成,，以硬鏈段為主,、軟鏈段為輔的不飽和聚酯樹脂。由于主鏈鏈段提供較多軟鏈段,，分子量變大,，雙鍵密度減少，明顯改善涂膜的柔性,，限制了樹脂的體積收縮,，同時因聚酯相對分子質量分布窄，氣干性單體分布均勻,，黏度適中,，滲透能力強。在涂裝時容易潤濕底材,，可賦予涂料較好的施工性能,，流平性優(yōu)異，在固化成膜過程中,，不但可降低最高放熱峰溫度,，易形成致密疏松相間的結構，提高涂膜伸縮能力,，降低體系應力,，限制了涂膜的體積收縮，容易獲得光滑平整的涂膜,。同時由于適度降低交聯(lián)密度,，在不打磨的情況下直接噴涂面漆，有利于面漆容易浸潤底層,，便于涂層間分子纏繞或化學鍵錨合,，可顯著提高涂層間附著力，從而獲得較好的涂裝效果,，實驗結果證明選擇樹脂E制備的白色底漆具有優(yōu)良性能,。 2.2 填料的影響
填料的加入可以降低涂料成本,，提高涂膜的機械強度,，同時可以增加底層的粗糙度,，增大涂層間的界面接觸點，有利于面漆充分浸潤底層,，從而具有良好附著力,。選擇合適的填料種類和用量，可以調節(jié)涂膜中顏料體積濃度,，隨著填料的加入,，由于填料取代了部分體積的不飽和聚酯樹脂，而填料本身不參與反應,，而且在固化過程其產生的收縮很小,，可以改善樹脂變形能力，降低涂膜收縮率,。同時固化后,，在填料與樹脂界面處存在一定量的空隙，而空隙的存在則會導致體系的體積收縮率下降,，這些都有助于提高涂膜表面的平整性,。不同的填料，其粒徑,、形態(tài)和表面性質都不同,，因而與樹脂體系相互作用的程度也不一樣，對體系流動狀態(tài),、成膜性能的影響也不同,，從而導致涂層收縮程度也不同。因而在設計配方時,，選擇適合的填料及用量,，合理地控制填料粒徑和粒徑分布，以達到較大的堆積效率,，增加界面相互作用,，從而達到降低涂層體積收縮率的目的。本實驗選用經過表面處理的填料,，粒子具有較大的比表面積,，增加了填料與樹脂的界面作用力，促進了填料在體系中的分散,，增加填料與樹脂的界面接觸面積,，使填料與樹脂界面處生成的空隙增加，同時這種填料具有較好彈性與韌性,，可增韌,、增強聚合物，提高成膜物質的變形能力,，保持涂膜的尺寸穩(wěn)定性,，在受到應力作用時能產生一定的形變,，使應力松弛，消除界面應力集中和殘余應力,，從而有利于降低涂膜的收縮率,，提高涂膜平整性，有利于面漆施工,，增加附著力,。 2.3 助劑的影響 由于不飽和聚酯白色底漆固含量高、噴涂黏度大,、表面張力大,，導致涂料的施工性不佳，不容易獲得平整的涂膜,，因而要選擇合適的助劑,，使涂料具有合適的表面張力和降低表面張力梯度的能力，從而控制涂層表面狀態(tài),，改善不飽和聚酯白色底漆的施工性能,，獲得良好涂層外觀。其中分散劑可潤濕分散粉料,，降低體系黏度,，改善對底材的潤濕性，促進涂料流動與流平,。消泡劑可有效消除厚膜中氣泡,，保證涂膜致密性。而對體系流平性最有影響的是流平劑與防沉劑,，選擇好這兩者,，可明顯改善體系的狀態(tài)，賦予涂料較好的流平性,，從而獲得良好涂膜外觀,，提高施工效率。 2.3.1 消泡劑的影響 不飽和聚酯白色底漆固體含量高,，在生產中易帶進空氣,，氣泡在漆液中很難排出。添加藍白水后,，更會產生大量泡沫,，由于施工黏度大，這些氣泡液壁厚,，泡沫內部的液體不易排出,，泡沫壽命長。一般涂料可靜置一段時間等泡沫消失后再施工，但不飽和聚酯涂料活化期短,，配漆后只能馬上施工,，致使噴涂時噴壺中充滿大量泡沫，造成施工不便,，影響噴涂效果,。當這樣的漆液噴到底材時,，涂料滲透速度慢,，難以充分潤濕底材，容易在涂膜內部產生氣泡,。由于涂膜厚,，氣泡無力克服涂料的阻滯作用而升至表面，殘留在涂膜中,，就會給涂膜留下魚眼,；若上升到表面，氣泡破滅后即形成針孔或油窩,，造成涂膜缺陷,。因此直接噴涂面漆時容易出現各種涂裝弊病，嚴重影響產品涂裝質量,，只能經過充分打磨才能進行面漆涂裝,。 本實驗選擇兩種非硅類消泡劑搭配使用，一個起抑泡作用,，它比發(fā)泡液體具更低的表面張力,，能分散到發(fā)泡液體中，并能斥開導致起泡的活性分子,，抑泡劑分子不規(guī)則地分布在液體表面,，阻止對泡沫的穩(wěn)定作用，當體系要產生氣泡時,，抑泡劑分子就會立即破壞氣泡的彈性膜,，抑制泡沫的產生，在初始階段抑制泡沫產生,。另一個起破泡作用,，能夠破除已經產生的氣泡，其擴散滲透性好,，能在氣泡膜的表面鋪展和滲入,，使體系中的表面活性劑在對氣泡起穩(wěn)定作用前就被除去或被替代，促使氣泡膜的膜壁逐漸變薄而破裂,。兩者配合使用,，發(fā)揮協(xié)同作用，可達到最佳消泡效果,，既可以避免制造過程中產生的氣泡,，同時消除配漆時產生的氣泡,，提高涂膜的表面平整性及均勻度，防止因氣泡產生的縮孔及針眼,，又不影響層間附著力,，便于不打磨進行面漆施工時可以獲得較好涂裝效果。 2.3.2 流平劑的影響 流平體系在不飽和聚酯白色底漆中被關注程度較低,，造成不飽和聚酯白色底漆容易出現橘皮弊病,，要經過充分打磨才能獲得平整的涂層。而一個好的流平體系,，可以通過與樹脂體系有限相容性,，能遷移到涂膜表面形成單分子層，降低涂料體系的表面張力,，使涂料表面張力處于平衡狀態(tài),，保持濕膜的流動性，提高涂膜的流平性,，從而獲得光滑平整的涂膜,。流平劑實驗結果如表4所示。  有機硅流平劑雖然具有良好的流平效果,，但在不打磨時容易出現層間附著不良的弊病,，一般不采用；不飽和樹脂表面張力大,，難濕潤底材,，涂膜易出現橘皮等弊病，單一流平劑很難達到理想效果,。本實驗選擇丙烯酸類流平劑與氟改性丙烯酸類流平劑搭配使用,，氟改性丙烯酸類流平劑基材潤濕性良好，具有較好的表面狀態(tài)控制能力,，有助于增加涂料流動性,，提高涂膜平展性；而丙烯酸類流平劑其有限的相容性可降低涂料與底材間的表面張力,，容易從不飽和聚酯中滲出,，滲透到底材中，將底材細孔中的空氣驅趕出去,，防止噴涂過程中由于涂料黏度上升阻礙氣體排出而引起縮孔現象,。同時由于它同樹脂相容性有限，可以在短時間內遷移到涂膜表面,，形成單分子層,，改善涂料的表層流動性和抑制溶劑的揮發(fā)速度，延長流動時間，保證涂膜表面張力均勻化,，提高抗縮孔能力,，消除橘皮等弊病。同時丙烯酸類流平劑由于具有高相對分子質量和非極性結構,，還有一定的消泡作用,，兩者合理搭配，能起到協(xié)同作用,，使涂膜光滑平整,，同時對上涂層附著沒有明顯影響，達到良好效果,。 2.3.3 防沉劑的影響 不飽和聚酯白色底漆為了降低成本,，添加大量填料,，由于其密度大,，開稀時易產生沉淀，要使涂料不易沉淀,，又要保持施工條件下涂膜流平性和防流掛性的平衡,，以確保涂料施工效果，這需要在涂料中加入防沉劑,。它在涂料中形成網狀結構而賦予涂料適宜的觸變性能,，改變涂料在高、中,、低剪切速率下的黏度,，因而在提高防沉性的同時，還使體系保持較好的流動和流平性,，改善涂料施工性能及涂裝質量,。不飽和聚酯底漆常用防沉劑有有機膨潤土、氣相二氧化硅及聚酰胺蠟等,，其中有機膨潤土觸變性大,，黏度恢復迅速，使體系成為一個相對靜止的整體,，降低了體系的流動性,，使涂料沒有足夠時間流平，涂膜外觀較差,，從而影響涂膜平整性,，在本實驗中不采用。流平是液體界面展布過程,，流動性越好,，流平性就好，而防沉劑是為了控制流動，所以它對不飽和聚酯白色底漆的噴涂施工性和流平性有很大影響,，在達到防沉效果的情況下,，應盡量減少其用量，具體影響如表5所示,。  聚酰胺蠟屬于有機類防沉劑,，通過大分子鏈的相互纏繞形成網狀結構而具有觸變性，具有良好噴涂施工性能,，噴涂時出油流暢,，容易高度霧化，快速潤濕底材,，有較長時間給予濕膜流動和流平,，形成光滑平整的涂膜。氣相二氧化硅屬于無機類防沉劑,，粒度小,，比表面積大，表面上帶有硅烷醇基團,，當氣相二氧化硅加入涂料中,，經過充分攪拌分散，這些硅烷醇基與相近的氣相二氧化硅顆粒間相互作用而形成氫鍵,，在剪切力下,，氫鍵很容易受到破壞，涂料黏度隨之降低,，剪切力消除后,，又重新形成氫鍵，可以有效防止涂料流掛,。本實驗采用氣相二氧化硅與聚酰胺蠟搭配,，具有良好噴涂施工性能，出油流暢,，霧化良好,，賦予涂膜較好流平性，但又不會導致流掛失控,，具有較好流變性能,，有助于提高涂層豐滿度和光澤，使涂裝外觀得到很大的改善,。 2.3.4 涂層涂裝時間間隔對面漆附著力的影響 不飽和聚酯白色底漆固化后,，面漆涂裝時間間隔對面漆附著力影響很大，測試結果如表6所示,。  從表6可知,，隨著涂裝時間間隔的延長,，涂層間的附著力越來越差，這是因為隨著涂裝時間間隔的延長,，不飽和聚酯白色底漆得到更充分的交聯(lián)干燥,，涂膜更加堅硬致密，底層表面張力變小,，使面漆不能充分浸潤底層,，影響涂層間的滲透作用，造成涂層間附著力下降,，只能經過打磨才能噴涂面漆,，因而為了確保涂層間具有良好附著力，涂層涂裝時間間隔不能超過16 h,。 3 結 語 本實驗制備的不飽和聚酯白色底漆具有較高的致密性,，涂膜細膩光滑、平整度好,、豐滿度高,，可以減少打磨工序直接進行面漆施工，不影響層間附著力,，面漆具有優(yōu)異的涂裝效果,。由于不用打磨,，可降低粉塵污染,，明顯改善勞動環(huán)境，降低工人勞動強度,，有助于保障工人的身體健康,，特別是減少了環(huán)境污染和明顯降低生產成本，具有較好的經濟和社會效益,，符合國家節(jié)能減排要求,，為提高家具產品的市場競爭力提供有力的保障。 |
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