颜料质量分数对涂膜性能的影响

发布者：中国颜料供应商网　　发布时间：2008-10-07 点击次数：2178

摘　要:研究确定了3种涂膜在不同条件下的临界颜料质量分数(CPMF) ,以及涂膜物性随颜料质量分数( PMF)改变的变化规律:涂膜的断裂伸长率以及耐扰曲性能随PMF的增加而降低;涂膜的抗张强度先随PMF的增加而降低,在CPMF处达到最小值,然后再随PMF增加而增加;涂膜密度随PMF增加而增加,到最大值后又开始降低;涂膜的耐水性能随PMF的增加而降低,耐甲苯性能随PMF的增加而增加。

关键词:丙烯酸成膜剂;聚氨酯成膜剂;涂膜;颜料质量分数

前言

皮革涂饰是制革加工过程中最重要的工序之一。涂料的组成中主要有成膜物质、颜料、溶剂及助剂等,其中成膜物质与颜料配比的变化对涂膜物性的影响起主要作用[1 ]。因此研究涂膜中的颜料与成膜物质组成的变化对成膜性能影响的变化规律,对改进皮革涂饰工艺,提高产品质量,降低成产成本均有一定的指导意义及使用价值。据报道辛中印等人[2 - 7 ]已分别研究了丙烯酸树脂与颜料、聚氨酯树脂与颜料组成变化对涂膜性能影响的变化规律,揭示了颜料在涂膜中含量的不同,涂膜的物性不同,如涂膜的拉伸强度、延伸率、扰曲性能和耐溶剂性能均有不同的变化规律。皮革涂饰效果其中最重要的表征之一就是涂膜的性能[6 ] ,其中涂膜的性能与涂膜的PMF密切相关。PMF是指在干膜中颜料所占的质量比例,通常用PMF表示;CPMF是指树脂刚好覆盖颜料粒子表面,并充满颜料粒子堆积空间的PMF ,通常用CPMF表示。水性涂饰材料PMF的变化与树脂、颜料有关。当配方中PMF值低于CPMF值时,颜料粒子表面及粒子间的空隙完全为乳液树脂所覆盖和填充,这时的涂膜是致密而无空隙的。当PMF值超过CPMF值时,由于树脂不能将粒子间的空隙完全充满,这些未被充满的空隙就被空气填充并留在涂膜内而具有多孔性[ 3 ,7 ]。

实际生产中皮革涂饰较多的情况下是聚氨酯与丙烯酸树脂混合使用,因而本文重点研究丙烯酸/聚氨酯树脂与颜料组成对涂膜性能影响的变化规律,有利于实际的应用。

1　试验部分

1. 1　涂膜的制备及涂膜性能的测定

1. 1. 1　试验材料

黑色颜料膏,含固22. 79 % ,温州瓯海化工厂;聚氨酯树脂,含固19. 59 %,成都四强化工厂;丙烯酸树脂,含固33. 30 %,成都四强化工厂。

1. 1. 2　试验仪器

CP - 25冲样机,浙江余姚轻工机械厂;QJ 9B1定重试厚度测定仪,浙江余姚轻工机械厂; XL-100A型拉力试验机,广州试验仪器厂;轻革折裂仪2226 ,瑞士进口设备;分析天平TG328A,上海精科;电子天平BS300S - WEI ,德国赛多利斯股份公司。

1. 1. 3　试验方法

本文重点研究PMF对丙烯酸/聚氨酯树脂涂膜性能影响的变化规律,并与PMF对聚氨酯和丙烯酸树脂涂膜的性能的影响进行了对比。试验研究方法如下:丙烯酸树脂中加入PMF分别为0 %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %、30 %、40 %、50 %、60 %、70 %的颜料膏,混匀后在玻璃板上成膜;聚氨酯涂膜及丙烯酸/聚氨酯复合涂膜制备方法同上。涂膜制取时,树脂、颜料的质量均以固含量计,丙烯酸/聚氨酯复合涂膜树脂中丙烯酸与聚氨酯质量比为1∶1。

1. 2　涂膜性能的测定

1. 2. 1　涂膜物理性能的测定

将1. 1. 3中所做的膜性能进行测试[9 ] ,测试项目有断裂伸长率、耐曲挠性能、抗张强度以及涂膜的密度。

1. 2. 2　涂膜在甲苯以及水中溶胀率的测定

取1. 1. 3中各膜的试样(规格10 mm×50mm) ,用电子天平准确称量,然后浸入甲苯或水中,约1 h后取出,待表面略干后称其质量,并按下式计算其在甲苯或水中的溶胀率:

Φ2 = W2 / W0×100 %

Φ2———涂膜在甲苯或水中的溶胀率( %)

W0———浸入溶剂前膜的质量( g) , W2———浸入溶剂后膜的质量(g)

1. 2. 3　PMF的计算

PMF定义为在干膜中颜料所占的质量比,即:

PMF = MP/ ( MP + MB )×100 %

式中: MP———颜料的质量;

MB———成膜物质的质量(不包括溶剂等挥发组分) (g)

2　结果与讨论

2. 1　断裂伸长率与PMF的关系

皮革在使用过程中要在不同的环境下受到反复的弯曲和延伸,因此要求皮革涂层的伸长率和扰曲能力必须与所涂饰的皮革的性能相一致,以满足皮革的涂饰要求,所以对涂膜断裂伸长率和耐折性能的研究具有较高的使用价值。

由图1可知, PMF较小时,涂膜具有良好的拉伸性能。曲线表明涂膜的断裂伸长率随PMF的增加而迅速下降。在试验研究的范围之内,聚氨酯涂膜的延伸性明显优于丙烯酸涂膜,丙烯酸/聚氨酯复合涂料的涂膜,它的延伸性能介于聚氨酯和丙烯酸单独所成的膜的延伸性能之间。根据有关资料的研究[7、8 ] ,随着PMF的增加,涂膜中的颜料粒子数增多,使得涂膜的硬度和模量随之上升。颜料粒子间没有被成膜物质填满而产生空隙,涂膜出现多孔性,由于成膜物质是赋予涂膜延伸性的物质,因此当成膜物质在涂膜中含量降低时,结果表现出涂膜的拉伸性能变差,断裂伸长率降低。

由图2可知, PMF较小时,涂膜柔韧性好。曲线表明涂膜的耐曲挠性能随PMF的增加而迅速下降,当下降到一定程度时,下降的趋势就变得很小了。在试验研究的范围之内,聚氨酯涂膜的耐曲挠性能优于丙烯酸涂膜;使用丙烯酸和聚氨酯复配的涂膜,它的耐曲挠性优于丙烯酸树脂或聚氨酯单独成膜的耐曲挠性。这种情况的出现,说明使用丙烯酸和聚氨酯进行复配之后,在耐曲挠性能方面,产生正效应。从图上我们看出,使用聚氨酯与丙烯酸复配的涂膜,当PMF达到50 %以后,随着PMF的增加,曲线的下降趋势减缓,而且变化很小,根据CPMF与涂膜物性变化规律特征,可认为PMF =50 %为这一配方涂膜的耐曲挠性能曲线的CPMF值;而单独使用聚氨酯的涂膜的变化曲线,当PMF达到50 %以后,其曲线下降趋势减缓,因此认为,PMF = 50 %为这一配方的涂膜的耐曲挠性能曲线的CPMF值。对于丙烯酸的涂膜,当PMF达到40 %以后,其曲线下降趋势减缓,因此认为, PMF =40 %为丙烯酸涂膜的耐曲挠性能曲线的CPMF值。

从涂膜的耐曲挠性能的测定数据,可以看出随着PMF的增加,涂膜的耐曲挠性能降低,这是因为涂膜中成膜物质是对涂膜柔韧性做出贡献的的主要物质,随着PMF的增加,成膜物质的含量逐渐下降,使涂膜的脆性增加。当PMF达到一定程度时,涂膜中成膜物质的含量很低,涂膜的柔韧性能差,这时就达到了CPMF ,过临界点以后,涂膜的耐曲挠性能变化很小,这主要显示颜料的特征。

2. 3　PMF与涂膜抗张强度的关系

由图3可知,在PMF较低时,抗张强度随着PMF的增加而降低,达到一点后,抗张强度随着PMF的增加而增加。在本试验研究的范围之内,聚氨酯涂膜的抗张强度优于丙烯酸涂膜;使用丙烯酸和聚氨酯复配的涂膜,它的抗张强度优于丙烯酸涂膜,与聚氨酯涂膜的性能相近甚至略优于它。这种情况的出现,说明使用丙烯酸和聚氨酯进行复配之后,在抗张强度方面,也产生了一种正效应。使用聚氨酯与丙烯酸复配的涂膜,当PMF达到18 %时,它的抗张强度达到了最小值,这一点也是抗张强度的一个转折点,可认为PMF = 18 %为这一配方的涂膜的抗张强度曲线的CPMF值;而单独使用聚氨酯的涂膜的变化曲线,当PMF达到20 %时达到最小值,因此认为, PMF = 20 %为这一配方的涂膜的抗张强度曲线的CPMF值。使用丙烯酸的涂膜,当PMF达到40 %时达到最小值,因此认为, PMF =40 %为丙烯酸涂膜的抗张强度曲线的CPMF