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热塑性丙烯酸树脂快干涂料附着力性能研究

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热塑性丙烯酸树脂快干涂料附着力性能研究

发布日期:2019-09-23 作者: 点击:

热塑性丙烯酸树脂快干涂料附着力性能研究

作者/周志虎,范慧俐,郑延军(北京科技大学化学系)

摘要:探讨了热塑性丙烯酸树脂快干涂料附着力的影响因素,结果表明在加入改性树脂增强附着力时,E-44比EP2325的效果好;在选择涂料的溶剂时,要选用挥发速度适中、溶解度参数与树脂接近的溶剂,这样能得到较好的附着力;增塑剂邻苯一甲酸二T酯的加入能改善涂料的附着力;在保证涂膜使用性能的基础上,涂膜厚度小,对附着力有利。

1前言

涂料的作用是保护和装饰物体表面,涂料发挥作用的前提是涂膜能够牢固地粘结在被涂物表面,因此附着力是考核涂膜性能的主要指标。

丙烯酸树脂涂料,已经发展成为类型最多、综合性能最全的-类涂料品种。丙烯酸树脂具有干燥时间短、柔韧性好、抗冲击性好、色浅、优良的保光保色性和户外耐候性,但附着力不强,这在一-定程度上限制了它的应用。

本文对影响热塑性丙烯酸树脂快干涂料附着力的因素作了初步的探讨。从改性树脂、不同类型的溶剂、增塑剂的用量、涂膜厚度几个方面对附着力的影响进行研究。

2实验部分

2.1原料

丙烯酸树脂PM381,华奥实业发展公司;环氧树脂E-44,江苏三木集团;邻苯二甲酸二丁酯,北京化工厂;二甲苯、乙醇、乙酸乙酯,阿托兹精细化工有限公司;有机膨润土、滑石粉、轻质碳酸钙,天津VAS实验供应有限公司,以上产品均为AR级;附着力促进树脂EP2325,德国Degussa公司。

2.2涂料基本配方(见表1)

表1涂料基本配方

1.jpg

将涂料按国标GB1727-79在马口铁片上制得涂膜,GB1720-79测定涂膜的附着力。

3结果与讨论

3.1改性树脂对附着力的影响

由于丙烯酸树脂的多样性,其结构和分子量及基团相应有所不同,对附着力的影响也各不相同。试验中选取丙烯酸树脂PM381 为主要成膜物。分别采用物理共混法,加入E-44和EP2325对PM381丙烯酸树脂涂料的附着力进行改性,实验结果见表2。

表2改性树脂类型、用量和涂膜附着力的关系

2.jpg

注:涂膜厚度30mm。

从表2的实验数据可以看出,EP2325和E-44都能提高丙烯酸树脂的附着力。在含量较低时(5.6%),两种改性树脂都可将附着力从3级提高到2级;但是在较大含量时(14.1%),E-44能将附着力提高到1级,而EP2325不能进一步提高附着力。

从附着机理讲,附着力主要由以下四种作用产生:吸附作用、化学键结合、扩散作用、静电作用,其中,以化学键结合的作用最强。环氧树脂分子中所含有的醚基和羟基都是强极性基团,环氧树脂的-OH以适当的距离分散着,其间有双酚核分子内-OH互相吸引较困难,有效附着的极性多。这些基团可以使E-44与基材,特别是金属表面之间产生很强的粘接力,另外,其分子结构致密,具有很强的内聚力,内应力小,不易开裂。在用E-44改性时能有效地调节涂膜内部结构,改善涂膜的内应力,减少涂膜与金属底材间的剥离,从而提高附着力。

附着力促进树脂EP2325是一种专用聚酯树脂,羟值约为16(mg KOH/g)。由于含有强极性的羟基,这些基团可以使EP2325与基材,特别是金属表面之间产生很强的粘接力,所以也能提高树脂的附着力(从3级提高到2级)。但是它的羟基含量小于B-44 (等效羟值约为47mg KOH/g),因此在加入量增加时(14.1%),E-44树脂能够将附着力提高到1级,但是EP2325树脂不能进一步提高附着力。

因此,从实验结果来看,在对于附着力要求较高的情况下(如1级),采用E-44比采用EP2325的改性效果好。

3.2溶剂对涂膜附着力的影响

一般认为溶剂只在涂料配制时起作用,在涂膜形成后,溶剂就挥发掉了,不会影响到涂膜的性质。实验发现,溶剂的挥发性、粘度、溶解性等性能对涂膜的附着力也有很大的影响。

常用的溶剂类型有:脂肪烃类、芳香烃类、氯化物类、醚类、酯类、酮类、醇类。在这里分别选取芳香烃类、酯类和醇类中有代表性的二甲苯、乙酸乙酯和乙醇作为溶剂。所选溶剂性质和实验结果见表3。

表3溶剂性质与涂膜附着力的关系

3.jpg

从表3的实验数据可以看出,以乙酸乙酯为溶剂时,涂料的附着力比乙醇和二甲苯为溶剂时差。从挥发性角度讲,乙酸乙酯是强挥发性物质,挥发速度约是二甲苯的5.2倍,是乙醇的2.4倍,其迅速挥发导致漆液体系适应由溶剂挥发导致的空缺变得困难,因此只能固定着不稳定的结构,涂膜内应力很大,测得的附着力较差。从溶解度参数讲,PM381树脂的溶解度参数为9.0左右,与二甲苯和乙醇的溶解度参数值相差不大,而与乙酸乙酯的溶解度参数相差很大。溶解度参数决定聚合物在溶剂中的溶解性,溶解性好,树脂能很好地分散在溶剂中从而形成均匀的涂膜;溶解性不好,树脂不能均匀地分散在涂料中,形成的涂膜内部不稳定、应力很大,测得的附着力较差。所以在选择快干涂料的溶剂时,要选用挥发速度适中、溶解度参数与树脂接近的溶剂。

3.3涂膜厚度对附着力的影响

在实际应用中,不同用途的涂膜要求厚度不一样。同为建筑涂料,如果是外部装饰涂料,则需要较厚的涂层;如果是作为文物的防腐保护,则只需要很薄的一层膜。不同厚度的涂膜,附着力表现的也不同。实验结果见表4。

表4涂膜厚度和附着力的关系

4.jpg

从表4的实验数据可以看出,随着涂膜厚度的增加,附着力降低。这是因为在涂膜厚度增大以后,由于溶剂挥发造成的涂膜在垂直底材方向上的收缩经过累积而增强,使涂膜与底材间的作用力削弱,另外,测试时涂膜内部的受力部位变大,竖直方向上任何一个部位因为应力被破坏,都会影响到该部位的完整程度,因此更容易产生外观上的不完整,使所得的附着力差。所以,在保证涂膜使用性能的前提下,涂膜尽量薄对附着力有利。

3.4增塑剂对涂膜附着力的影响

增塑剂一般是小分子化合物,与聚合物有很好的相容性,可以充实于相邻大分子的链段之间,增大间距,减弱其相互间作用力,消除内应力,从而减少脆裂断折的趋势,一定程度上有效地增加了附着力。试验中以常用的邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂其结果见表5。

表5增塑剂用量与涂膜附着力的关系

5.jpg

从表5的实验数据可以看出,在一定范围内增加增塑剂的用量能有效地增强附着力。这是因为邻苯二甲酸二丁酯加入后,能对PM381 树脂分子中的主要支链如-CH3、-COOC(CH3)和-COOCH3等起到阻隔的作用,减小了聚合物分子间的作用,另外,增塑剂小分子能够在聚合物适应收缩空缺困难时,通过扩散作用来缓解空缺,从而减小涂膜的内应力,一定程度上增加了附着力。当增塑剂的用量超过一定程度时,涂膜的性能就发生不良的变化,如硬度下降、发粘、干燥延迟等,涂膜的综合性能降低,因此增塑剂用量要控制在一定的范围内;实验证明增塑剂的用量为4.2%时,涂膜的综合性能最好。

4结论

(1)E-44和EP2325都能提高涂膜的附着力,EP2325的羟值小于E-44的羟值,在对于附着力要求较高的情况下(如1级),采用E-44比采用EP2325的改性效果好;

(2)当溶剂从热塑性涂层上挥发时,聚合物通过松驰来适应这种空缺,这样便产生了收缩, 涂料在钢性底板上成膜而无法收缩时便产生内应力。溶剂的挥发速度和溶解度参数都会影响涂膜的内应力。在选择溶剂时,要选用挥发速度适中、溶解度参数与树脂接近的溶剂,这样能得到较好的附着力; 

(3)在保证涂膜使用性能的基础上,涂膜薄对附着力有利;

(4)增塑剂邻苯二甲酸二丁酯加入后能对PM381树脂分子中的主要支链如-CH3,-COOC(CH3)3和-COOCH3等起到阻隔的作用,减小了聚合物分子间的作用,另外,增塑剂小分子能够在聚合物适应收缩空缺困难时,通过扩散作用来缓解空缺,从而减小涂膜的内应力,一定程度上增加了附着力。但是当增塑剂的用量超过一定程度时,涂膜性能就发生不良的变化;实验证明,增塑剂用量为4.2% 时,涂膜综合性能最好。



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