丙烯酸酯乳液在水性木器封閉底漆中的應用

顏六廷 李恭超

（廣東聚盈化工有限公司，廣東 江門 529700）

0 引言

隨著國家對環境保護越來越重視環境保護，水性木器涂料的開發與利用也成為行業發展的趨勢之一。由于技術的制約，與溶劑型涂料相比，水性涂料的技術指標還存在一些差距，例如表面硬度、耐腐蝕性與表面覆蓋效果等。此外，水性木器涂料應用于涂裝中還存在多種技術問題亟待解決，如木材會發生滲色。滲色的發生是由于實色涂裝在生產制作時，木材的單寧酸以及樹脂類物質會滲出，特別是白色涂裝更易發生，導致涂膜變色，涂膜的外觀會受到影響，也會導致涂膜的附著力不足。用水性木器涂料涂裝一層封閉底漆，能夠解決滲色問題。針對水性丙烯酸酯乳液制備出的封閉性底漆具有實用性[1]。

1 涂膜實施封閉的基該方法概述

涂膜實施封閉的基本方法可以分為物理阻隔、化學阻隔。物理阻隔通過致密涂層可以防止色素滲透，例如選擇陰離子型丙烯酸酯最有效；化學阻隔是在涂膜中加以一定比例的活性物質，使其與色素分子反應，保證色素可以固定，其典型方法是加以陽離子型丙烯酸。在乳液中，陽離子基團單寧酸發生混合后可以形成離子鍵。由于鹽類物質可以固化在表面，能夠保證封閉效果。封閉性能突出的乳液應要保證這種功能。在制造中，提升交聯度能保證涂膜具有更高的致密性。乳液中混入一定數量的氧化鋅（ZnO）等物質，鋅離子和羧基可以產生交聯作用，因此有利于提升表面的附著效果。由于單寧酸等物質的加入，絡合后可以生成性能更加穩定的物質量，因此提升乳液的封閉效果。但是ZnO也存在缺陷，特別是難溶于水易產生析出問題，破壞乳液穩定性，該文開發優選出具有特殊性能的金屬鹽，保證綜合性能，丙烯酸酯乳液更好的應用效果。該文結合新交聯單體用量，分析了乳液pH值對底漆效果產生的影響。

2 實驗部分

2.1 主要原料

實驗主要原料為苯乙烯（St）、丙烯酸（AA）、丙烯酸丁酯 （BA）、氯化鹽1、氯化鹽2、硫酸鹽3、乳化劑、引發劑、氨水、消泡劑、潤濕流平劑、成膜助劑、流變助劑、增稠劑、流平劑、防腐劑等。

封閉乳液已被國家化學工業列為耐腐蝕材料。與傳統的環氧砂漿相比，市面上的封閉乳液具有成本低、施工方便等優點。適用于潮濕表面的黏合，它無毒，與基礎混凝土具有良好的溫度適應性。市售水性封閉乳液見表1。

表1 市售水性封閉乳液

2.2 丙烯酸酯乳液的開發制備

取少許可以溶于水的乳化劑，先快速攪拌，然后加入核/殼單體，預乳化20min，分別獲取到核層以及殼層。將預乳液裝入攪拌器，流入冷凝管，并借助溫度計加以控制，燒瓶中加入去離子水，并其余的乳化劑與緩沖劑作為后續的釜底料，在攪拌后加入一定比例預乳液，然后加熱到已預設的溫度，混入一定比例的引發劑，在發生聚合反應后乳液會變成藍色，并且單體回流加以快。當溫度達到設定溫度后，同步滴加一定數量的核層預乳液與引發劑，然后保溫，滴加殼層預乳液與引發劑再保溫條件下發生反應。在結束后，當乳液的溫度降低到50℃后，使用氨水將pH值調節到8～9，采用200目濾網進行過濾，最終可以獲得丙烯酸乳液[2]。

2.3 實驗配方及工藝

對水性木器封閉設計出的底漆配方如表2。容器中加入一些水性乳液，然后混入一定比例的消泡劑，采用1600r/min的速度進行攪拌，持續作用5min；將成膜助劑1和成膜助劑2發生混合后，加入流變助劑以及潤濕流平劑，最后加以入增稠劑，保證以上物質充分混合后，以1200r/min加以攪拌，持續10min；加入消泡劑2與防腐劑，繼續攪拌5min后在過濾后就可以出料。

表2 水性木器封閉底漆配方

2.4 測試方法

檢測底漆的封閉性能：采用噴涂方式，選擇紅橡木，刷底漆封閉，待涂膜完全干燥后，將普通的白底漆噴均勻涂于底漆已封閉的木板上，然后放入25℃烘箱保證完全干燥。24h后觀察效果。評價出性能：以噴涂底漆后沒有完全封閉的木板作為參照板，采用目測的方法評價，觀察木板的黃變程度，觀察并評級，評分結果如表3。

表3 等級評分表

檢測熱貯存條件下的穩定性：將已進行封閉的底漆完全密封，放置在50℃恒溫烘箱持續15d，選擇型號為NDJ-5S的旋轉黏度儀對涂料的黏度變化進行測量，并計算變化率。

3 結果與討論

3.1 不同交聯單體對性能產生的影響

該實驗依次選取了5種不同金屬鹽作為交聯單體，同時制備改良的丙烯酸酯乳液，交聯單體的加入量設定為1.5%，分析在不同條件下各類交聯單體對底漆封閉效果與熱貯存穩定性存在的影響，內容如圖1、表4。

表4 交聯單體對封閉性能產生的影響

觀察圖1、表4可知，在添加量相同的條件下，封閉底漆采用氯化鹽1或采用硫酸鹽3可以保證較好的封閉效果，該實驗都超過了2級，但從硫酸鹽3的使用效果來看，底漆的黏度改變要次于氯化鹽1，這表明具有更高的黏度變化率。因此底漆封閉的效果較差。對封閉性能以及熱貯存穩定性加以全面考慮，針對乳液的交聯單體選擇氯化鹽1最理解。

圖1 交聯單體對黏度變化產生的影響

3.2 丙烯酸酯乳液在多種基材上封閉效果

以下是3種（氯化鹽1、氯化鹽2、硫酸鹽3作為乳液的交聯單體）不同的丙烯酸酯乳液在各種基材上封閉的應用結果。

3.2.1 水溶性顏色的基材

針對基材選擇了水性黑色染料，水溶性顏色板材具有了更大的色差異。黑色可以更加直觀地觀察出底漆的封閉效果。方法：將黑色染料溶于水中，板材染成黑色，曬干后，采用粒度為400目砂紙磨去木毛，再涂刷一道氯化鹽1、氯化鹽2、硫酸鹽3分析作為交聯單體對木器實施底漆封閉，然后自然條件下干燥，最后，另外再噴涂半啞光面漆，待干燥后觀察涂膜的表面的黑色染料是否發生遷移，如圖2所示。

圖2表明，封閉底漆采用氯化鹽1涂刷后，黑色染料沒有發生遷移問題；而氯化鹽2、硫酸鹽3用于封閉可見涂膜有發花現象，表明涂膜表面受到了黑色染料遷移的影響，幾乎沒有封閉的效果。

圖2 不同丙烯酸酯乳液對水溶色的封閉

3.2.2 中纖密度板

中纖密度板表面涂裝采用水性涂料后，由于水與有機溶劑會逐步滲透到基材內，木材內原有的水溶性色素會發生遷移，導致涂膜會變黃，黑色板材更易對比出水性木器封閉底漆的效果。

方法：使用細砂紙（大于400目）將表面的木毛輕輕磨去，完全清理干凈后，再分別涂刷一道氯化鹽1、2號水性木器底漆與硫酸鹽3木器封閉底漆，自然干燥4h，噴涂半啞白面漆，觀察涂膜的表面的黑色素，是否發生了遷移，具體見圖3。

圖3 不同丙烯酸酯乳液對胡桃木的封閉

圖3表明，封閉底漆選擇氯化鹽1后，涂膜沒有發生黑色染料遷移問題。但是選擇硫酸鹽3，底漆表面能看到有明顯黃色遷移。

3.3 氯化鹽1用量對封閉底漆性能的影響

交聯單體明確后，需要研究氯化鹽1用量對封閉效果產生的影響，內容如圖4、表5。

表 5 交聯單體用量對封閉性能的影響

由圖4、表5表明，增加氯化鹽1的配比量，可以提升底漆的封閉性。實驗表明，用量為2%，可以完全解決色素的滲出問題，但是增加用量后不能保證封閉性能同步提升。這時也表明底漆保證穩定性會導致氯化鹽1用量的降低。如果用量高于2%時，黏度變化率急劇增大。這可能是由于氯化鹽1具有特殊性質，可以與單寧酸會發生絡合反應，氯化鹽1用量的增加，會生成更多的單寧酸，界面的涂膜可以提升其封閉性。然而片面增加氯化鹽1用量，雖然導致底漆中的金屬離子會同步增多，但是乳膠粒的電位會受到影響，乳膠粒原有的雙電層結構會受到破壞，底漆的穩定性會受到影響，導致底漆黏度增大[3]。所以保證氯化鹽1的用量合理是關鍵，該研究表明2%較為合理。

圖4 交聯單體用量對黏度變化的影響

3.4 pH值對底漆性能產生的影響

封閉底漆的制備使用pH不同值的乳液，分析乳液pH值對性能產生的影響，內容如圖5、表6。

表6 pH值對水性木器封閉性能及黏度的變化影響

圖5 、表6可以表明，乳液增加pH值時，會引發底漆的黏度下，pH值若高于8.2，雖然黏度變化很小，但是貯存時更具有更高的穩定性；如果乳液pH值高于9，會導致底漆的封閉性能減弱。隨著乳液pH值的高，乳膠粒的羧基可以充分中和，乳膠粒ζ電位提高，乳液的性能可以更加穩定，乳液中的金屬離子與中和劑會絡合，金屬離子會對乳膠粒的雙電層結構會產生一定的破壞作用，因此提升了底漆的穩定性。涂膜干燥中，由于中和劑揮發，金屬離子和單寧酸會有絡合作用，對色素的穩定性會產生影響。pH值過高會增多中和劑，絡合金屬離子量會同時降低，這會導致封閉性能受到影響。綜合相關，乳液pH值為8.2～9。

圖5 乳液的pH值對黏度變化率的影響

3.5 與市售主流封閉乳液的對比分析

實驗制備的封閉乳液與市售主流的封閉乳液的封閉效果比較，內容如表7。

從表7可知，不同于市售封閉乳液，該實驗制備的丙烯酸酯乳液的封閉效果更加突出。

表7 各類封閉乳液對比

4 結語

對交聯單體采用不同的金屬鹽，結果表明氯化鹽1應用于交聯單體能保證丙烯酸酯乳液的封閉性能。交聯單體如果增加用量，底漆的封閉性能可以提升，但會對穩定性產生影響，合理用量推薦為2%（質量分數）。由于乳液的pH值發生變化會影響底漆性能，所以乳液pH值要合理控制，以保證貯存的穩定性。pH值如果大于9時，會導致封閉效果下降，綜合考慮乳液合理的pH值為8.2～9。該研究中實驗制備的乳液可以保證封閉效果，其性能優于市面多數同類產品。