改善水性光油防水性的研究

杜曉萌,鄧開發(fā),鄧文駿 (上海理工大學,上海200093)


 摘要:目的為了改善水性光油的防水性。方法通過乳液混拼技術將軟硬乳液混合,并以機械共混的方法將蠟乳液、水溶性樹脂溶液加入到混拼乳液中。結果軟硬乳液的質量比為8頤2時,涂膜的表面吸水量最小,當混拼乳液中加入蠟乳液和水溶性樹脂溶液時,涂膜的表面吸水量都會降低。結論軟硬乳液混拼可以有效提高水性光油的防水性,加入蠟乳液和水溶性樹脂溶液也可以提高水性光油的防水性。 

關鍵詞:水性光油;防水性;混拼;蠟乳液;水溶性樹脂
中圖分類號:TB484文獻標識碼:A文章編號:1001-3563(2014)01-0061-03


水性光油以成本低廉、環(huán)保無污染等優(yōu)點,越來越被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、香煙等包裝行業(yè)[1—3],其中,防水性是衡量光油質量優(yōu)劣的一個重要指標。相比于溶劑型光油的防水性,水性光油的防水性仍存在一定差距,現(xiàn)在的研究方向為如何提高水性光油的防水性。筆者通過乳液混拼、添加水溶性樹脂溶液以及蠟乳液等來提高水性光油的防水性。乳液混拼是指將 2種或2種以上具有不同玻璃化轉變溫度(Tg)的乳液進行混合 [4—5] 。軟乳液保證低溫成膜,硬乳液賦予涂 膜硬度和抗粘連性等[6]。蠟乳液能夠在涂膜表面形成蠟保護層,不利于水分粘附。水溶性樹脂溶液能夠填充乳液之間的空隙,提高涂膜致密性[7]。

1實驗 

1.1原料

實驗材料:EZ-120(軟乳液),LQ-661(硬乳液), 8460溶液(水溶性樹脂溶液),MD-2000(蠟乳液)。

1.2設備 實驗設備:超聲波振蕩器;紙張表面吸收質量測定儀;SK1200H-J超聲波清洗器,上?？茖С晝x器有限公司;AL104電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3光油制備及涂布 室溫下,向燒杯中分別加入不同質量比的軟乳液和硬乳液,利用機械共混以及超聲波進行充分攪拌。將充分攪拌后的水性光油用10#絲網(wǎng)涂布在已印刷的樣品上,干燥24h后進行防水性實驗。


1.4防水性能測試 按照GBT1540—2002,利用紙張表面吸收質量測定儀進行測定。

2結果與討論 

2.1不同質量比的混拼乳液對涂膜防水性的影響國外的研究表明,要獲得良好的涂膜,軟乳液和硬乳液的質量比應大于1[8—10]。在此條件下,混拼乳液的最低成膜溫度接近于軟乳液的成膜溫度,但涂膜的硬度和抗粘連性明顯提高,形成了硬聚合物鑲嵌在軟聚合物膜之間的復合涂膜[11—12]。 配制硬乳液質量分數(shù)分別為10%,20%,30%, 40%,50%的混拼乳液,考察不同比例的軟硬混合乳液對涂膜防水性的影響。測試結果見圖 1。



從圖1可以看出,硬乳液的加入量對涂膜防水性產(chǎn)生影響,涂膜表面吸水量先降低后升高,即防水性 先增強后減弱。在硬乳液質量分數(shù)為20%時,防水性較好。當硬乳液的質量分數(shù)繼續(xù)增高時,涂膜韌性等顯著增加,但難以形成連續(xù)的涂膜。直觀反應就是表面吸水量增加,主要原因是隨著混合乳液中硬乳液量的增加,涂膜的最低成膜溫度顯著增大,在常溫下的成膜性變差[13—14]。 


2.2蠟乳液對涂膜防水性的影響 選擇防水性能較好的混合乳液,即軟硬乳液質量比為8頤2的混合乳液,分別加入不同質量分數(shù)的蠟乳液配制成水性光油,進行涂布、晾干,并進行防水性實驗,觀察能否進一步提高涂膜的防水性。測試結果見圖 2。



 由圖2可以看出,少量的蠟乳液可以有效改善涂膜的防水性。其主要機理是在成膜過程中由于蠟的“漂浮效應冶,使得蠟漂浮到涂膜最上層表面,形成蠟保護層,分布在涂層表面的蠟顆粒多呈球形。該球形粒子一部分鑲在乳液膜內,一部分突出在乳液膜表面[15]。基于油水不相容原理,突出在乳液膜表面的球形蠟粒使得涂膜不利于水滴的粘附,見圖 3。 



2.3水溶性樹脂溶液對涂膜防水性的影響 樹脂是水性光油中重要的組成成分,將不同質量分數(shù)的水溶性樹脂溶液加入到軟硬乳液質量比為8：2的混拼乳液中,配制成水性光油,進行涂布、晾干和防水性試驗,考察加入水溶性樹脂溶液對水性光油的防水性是否有所改進 。


從圖4可以看出,加入樹脂溶液可以降低涂膜表面吸水量,提高涂膜的防水性,并在樹脂溶液質量分數(shù)為4%時效果較好。這主要是因為樹脂溶液能夠填充混拼乳液的空隙,提高涂膜致密性[16]。當添加量繼續(xù)上升時,表面吸水量會繼續(xù)上升。主要是因為樹脂溶液添加量過多會導致水性光油中親水性物質過多,這樣涂膜的耐水性降低,直觀表現(xiàn)為涂膜發(fā)粘。

3結語

軟乳液與硬乳液混合質量比不同,水性光油的防水性也不同,軟硬乳液在質量比為8頤2時,涂膜的防水效果較好。軟硬混拼乳液中分別添加蠟乳液和水溶性樹脂溶液,可以提高涂膜的防水性。其中,蠟乳液質量分數(shù)為2%時,涂膜防水效果較好;水溶性樹脂溶液質量分數(shù)為4%時,涂膜防水效果較好。

參考文獻

 [1]劉欣,鄧開發(fā),杜曉萌.復合納米涂層配方的研究[J].包 裝工程,2012,33(23):132—136. LIUXin,DENGKai-fa,DUXiao-meng.StudyonFormula鄄tionsofCompositeNanoCoating[J].PackagingEngineer鄄ing,2012,33(23):132—136.


 [2]王曉芳,魏先福,黃蓓青,等.助劑對水性UV光油性能 的影響[J].包裝工程,2009,30(11):94—96,100.WANGXiao-fang,WEIXian-fu,HUANGBei-qing,etal.InfluenceofPromoteronthePerformanceofWater-baseVarnish[J].PackagingEngineering,2009,30(11):94— 96,100. 


[3]高運福,辛秀蘭,肖陽.環(huán)保型水性上光油的研制及研究 進展[J].包裝工程,2005,26(5):114—116,119.GAOYun-fu,XINXiu-lan,XIANGYang.StudyandDe鄄 velopmentofEnvironmentalProtectiveWaterBasedGlazeOil[J].PackagingEngineering,2005,26(5):114—116, 119.


 [4]宋蓓蓓,包春磊,王煉石,等.樹枝狀超支化聚酯改性丙 烯酸樹脂的合成及其水性涂料性能的研究[J].涂料工業(yè),2011(10):15—20. SONGBei-bei,BAOChun-lei,WANGLian-shi,etal. PreparationofDendriticHyperbranchedPolyesterModifiedAcrylicResinandStudyonPropertiesofItsWaterborneCoatingFilms[J].Paint&CoatingIndustry,2011(10): 15—20.


 [5]王藝峰,蔣顏平,陳艷軍.水性涂料用聚氨酯/丙烯酸酯 復合乳液合成技術的研究[J].湖北大學學報(自然科學 版),2009(2):166—171. WANGYi-feng,JIANGYan-ping,CHENYan-jun.Re鄄searchontheSyntheticTechnologyofPolyurethane/Acryli鄄chybridEmulsionsUsedinWaterborneCoatings[J].Jour鄄nalofHubeiUniversity(NaturalScience),2009(2):166— 171.


 [6]唐林生,楊光軍,張淑芬,等.用于水性涂料的樹脂混合 技術[J].高分子材料科學與工程,2004,20(2):1—2.TANGLin-sheng,YANGGuang-jun,ZHANGShu-fen,etal.ResinBlendsForWater-bornePaints[J].PolymerMa鄄terialsScienceandEngineering,2004,20(2):1—2. 


[7]張洪彬,王鋒,胡劍青,等.水性涂料改性研究進展[J]. 熱固性樹脂,2010(6):53—57. ZHANGHong-bin,WANGFeng,HUJian-qing,etal.Re鄄searchProgressinModificationofWaterborneCoatings[J].ThermosettingResin,2010(6):53—57. 


[8]EI-AASSERM,TANGJ,WANGX,etal.PleaseProvide theArticleTitle[J].CoatTechnology,2001,73(920): 51—63.


 [9]GEURTSJ,BOUMANJ,OVERBEEKA.NewWaterborneA鄄 crylicBindersforZeroVOCPaints[J].CoatTechnologyRe鄄search,2008,5(1):57—63. [10]PAULAD.CharacterizationofaWater-basedPaintforCor鄄 rosionProtection[J].CoatTechnologyResearch,2012,9 (3)365—374. [11]GABRIELAVS.ComparisonoftheSubstrateEffectonVOC EmissionsfromWaterBasedVarnishandLatexPaint[J].ESPR-EnvironSci&PollutResearch,2003,10(4):209— 216 


[12]LINDERW.NewDevelopmentsforIn-canPreservationof Water-basedPaintsandPrintingInks[J].SurfaceCoatings InternationalPartB:CoatingsTransactions,2001,84(B2): 91—168.


 [13]張心亞,魏霞,陳煥欽.水性涂料的最新研究進展[J].涂 料工業(yè),2009(12):17—23. ZHANGXin-ya,WEIXia,CHENHuan-qin.TheLatestResearchProgressinWaterborneCoatings[J].Paint& CoatingsIndustry,2009(12):17—23. 


[14]李丹,梁亮,蔣晨,等.環(huán)境友好型水性涂料復合膜防腐 性能的研究[J].涂料工業(yè),2010(8):48—51. LIDan,LIANGLiang,JIANGChen,etal.StudyonAnticor鄄rosionPerformanceofEnvironmentFriendlyWater-based MultipleCoatings[J].Paint&CoatingsIndustry,2010(8): 48—51. 


[15]趙德平,魏先福,黃蓓青,等.影響水性光油耐劃傷性的 因素[J].包裝工程,2010,31(17):132—134. ZHAODe-ping,WEIXian-fu,HUANGBei-qing,etal.In鄄fluencingFactorsontheScratchResistanceofWaterSolu鄄bleVarnish[J].PackagingEngineering,2010,31(17):132—134. 


[16]蔡訓儒,張浩,徐衛(wèi)兵,等.高分子乳化劑的合成及其在 水性上光油中的應用研究[J].包裝工程,2011,32(7):73—76. CAIXun-ru,ZHANGHao,XUWei-bing,etal.SynthesisofPolymerEmulsifierandItsApplicationinWaterborne Varnish[J].PackagingEngineering,2011,32(7):73—76.