随着人们生活水平的提高,涂料由原来以保护基材以及装饰为目的,向环保化、功能化方向发展。水泥板、木板、塑料是建设工程中必不可少的建筑材料,要想在表面粗糙的基材表面实现涂料的功能性,需要对基材进行预处理。现阶段主要解决办法是使用基层抗碱性封闭底漆,其不足之处有:(1)干燥时间长,需要待溶剂充分挥发后才能进行下一道工序,给生产和施工带来停滞和麻烦;(2)有的底漆对基材附着力不强,经过一段时间后,涂膜和基材板面之间有剥落与松弛现象;(3)涂层表面致密性及平整度差、渗透性大,造成涂料表面功能性材料(如具有高附加值的防水、反射、隔热保温等材料)的浪费。因此,研制一种性价比高、固化速度快且附着力强的封底涂料,同时能通过滚涂使涂层表面具有优良的致密性和平整度,有利于迅速进行下一道工序,解决生产和施工停滞等问题,具有重要的社会意义和经济价值。
1 实验部分
1.1 主要原料
(1)预聚物。改性环氧丙烯酸树脂(UV 1005-65):中山市千叶化学材料有限公司;酸性环氧丙烯酸树脂(EAO 104 TP20):上海宝润化工有限公司;芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯(SM 6318)、低黏度双酚A环氧二丙烯酸酯(SM 6105-80):江苏三木集团有限公司。
(2)稀释单体。1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):中山市千叶化学材料有限公司。
(3)其他原料。三乙醇胺:分析纯,上海晶纯科技股份有限公司。
(4)填料。滑石粉、重钙粉、云母粉:山西亮龙涂料有限公司。
1.2 性能测试
根据GB/T 9286—1998 测试涂膜的划格法附着力。根据JG/T 24—2000测试、观察涂料的沉降性能及贮存状态。耐酸性、耐盐水性、耐碱性测试:分别在5%H2SO4溶液、5%NaCl溶液和5%NaOH溶液中浸泡24 h,观察涂层是否出现起皮、泛白、脱落等现象。
1.3 涂料的制备
(1) 按表1配方,将预聚物、稀释单体、光引发剂、三乙醇胺等按一定比例加入反应釜中,将转速调至400~500 r/min,搅拌5 min形成透明涂料。(2) 降低转速到200~300 r/min,缓慢加入填料,直到混合物中无明显的干燥粉状填料时,加入适量的消泡剂、防沉剂等常规助剂后,升高转速到1 500~2 000 r/min,搅拌30 min,制得紫外光固化涂料。(3) 将上述涂料用涂布器涂在水泥板上,膜厚为125 μm,以5 m/min的速度通过微波无电极UV光固化机(常州紫波电子科技有限公司)进行固化,固化时间约5 s,室温下静置3 d后进行固化膜附着力等性能测试。(4) 将上述所得的紫外光固化涂料30 mL装入50 mL的透明玻璃瓶中,密封后室温下静置2 d、30 d、60 d后,首先从外观上观察涂料的沉降分离情况,然后参照JG/T 24—2000中的骨料沉降性试验进行测试分析。
表1 实验的基础配方Table 1 The formulation of experiments |
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2 结果与讨论
2.1 预聚物、稀释单体对涂膜性能的影响
在配方1#~4#中固定稀释单体HDDA的量为25份、TPGDA为15份,配方1#、3#、4#的固化膜均表现出良好的附着力,其原因可能是改性环氧丙烯酸树脂侧链有极性基团,能够提高涂层与基材的附着力,但配方1#固化膜硬度低;低黏度双酚A环氧二丙烯酸酯因结构中含有苯环和侧链羟基,链呈刚性,固化后表现出较高的硬度和较好的附着力;三官能度的芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯本身具有耐磨、柔韧性好等特点,其固化膜附着力好。而配方2#固化后膜硬度较好,但因其黏度大而附着力较差,且固化后涂层易开裂。
在配方5#、6#中固定稀释单体HDDA的量为40份,虽然固化膜附着力有所提高,但固化膜有些发脆,施工时流平性能较差。当使用三官能团的稀释单体TMPTA 15份时(配方7#、8#),因分子中含有多个光活性基团,交联点增多,交联密度上升,固化产物硬度高、脆性大,而且在固化过程中比双官能团稀释单体TPGDA的收缩力大,导致了固化膜附着力降低。因此,本实验配方中预聚物优选芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯和低黏度双酚A环氧二丙烯酸酯,稀释单体优选25份的HDDA 和15份的TPGDA(配方3#、4#)。另外,在上述优选配方3#、4#中虽然使用了防沉剂,但配制好的涂料室温静置2 d后出现了填料沉降现象。如果过多地使用防沉剂,会降低固化膜的耐水性,起到负面作用[8]。因此有必要从填料的种类及用量角度,有效地解决涂料中填料的沉降问题。
表2 不同预聚物、稀释单体的种类及其用量的配方Table 2 The formulation of oligomer and diluents |
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注:除表中原料,每个配方均添加了1.2份三乙醇胺、3份光引发剂1173、35份滑石粉、0.5份防沉剂、0.12份消泡剂、0.18份增稠剂。 |
表3 预聚物、稀释剂及其用量对涂膜性能的影响Table 3 Influence of oligomer and diluents on the film properties |
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2.2 填料对涂膜性能的影响
表4 不同填料及其用量对应的配方组成Table 4 The formulation of different filler |
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注:除上述原料外,配方中均添加了1.2份三乙醇胺、3份光引发剂1173、20份HDDA,15份TPMA、0.5份防沉剂、0.12份消泡剂、0.18份增稠剂。 |
由表5可以看出,固定预聚物为芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯(SM 6318),加入0.5份防沉剂后,配方1#不仅固化膜附着力差,而且涂料沉降性严重;配方2#、3#、4#的涂料沉降分层虽有改善,但涂层的耐碱性差;配方5#、6#的涂料表现出良好性能。同样将预聚物替换成低黏度双酚A环氧二丙烯酸酯 (SM6105-80)的配方8#涂料也表现出类似的良好性能。然而,当增加重钙粉的用量时涂料出现了沉降现象(配方7#)。原因可能为在配方5#、6#、8#中,滑石粉的针状和纤维状结构增进了固化膜的附着力;具有弹性的鳞片状结构的云母粉,能够自动平行排列,减少了固化膜的透水性;另外,在整个体系里滑石粉和云母粉与粒径小体质轻的重钙粉相互配合后,再与黏稠的液体树脂、稀薄的稀释单体和少量的助剂作用,能够形成相互作用的稳定体系。这样的体系不仅能够提高固化膜的附着力,还能有效抑制涂料的沉降性;同时使得固化涂层表面具有优良的致密性和平整度。在进一步对固化膜进行耐介质性测试时发现:配方5#、6#、8#中的固化膜均有较好的耐酸性、耐碱性和耐盐水性。配方7#中涂料出现沉降现象可能是由于多量的小粒径重钙粉穿插于滑石粉、云母粉、树脂、稀释单体之间,影响了所形成体系的稳定性。
表5 填料对固化膜性能的影响Table 5 Influence of fillers on the film properties |
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2.3 封闭涂层对后继性能的影响
3 结 语
由表4中配方5#所制备的紫外光固化涂料,和现阶段的封底涂料相比固化速度快,流平性好,不需要添加流平剂,且固化膜附着力强,固化涂层耐酸、耐碱和耐盐水性较好。通过调配不同无机填料的用量,能够有效抑制涂料中填料的沉降,易于贮存和施工。因此,本研究所研制的封底涂料可用于水泥、木材、塑料、金属等基材表面的快速预处理,且制备方法简单,具有良好的应用前景。