改善水性光油防水性的研究

改善水性光油防水性的研究

杜晓萌,邓开发,邓文骏 (上海理工大学,上海200093)


 摘要:目的为了改善水性光油的防水性。方法通过乳液混拼技术将软硬乳液混合,并以机械共混的方法将蜡乳液、水溶性树脂溶液加入到混拼乳液中。结果软硬乳液的质量比为8颐2时,涂膜的表面吸水量最小,当混拼乳液中加入蜡乳液和水溶性树脂溶液时,涂膜的表面吸水量都会降低。结论软硬乳液混拼可以有效提高水性光油的防水性,加入蜡乳液和水溶性树脂溶液也可以提高水性光油的防水性。 

关键词:水性光油;防水性;混拼;蜡乳液;水溶性树脂
中图分类号:TB484文献标识码:A文章编号:1001-3563(2014)01-0061-03


水性光油以成本低廉、环保无污染等优点,越来越被广泛应用于食品、医药、香烟等包装行业[1—3],其中,防水性是衡量光油质量优劣的一个重要指标。相比于溶剂型光油的防水性,水性光油的防水性仍存在一定差距,现在的研究方向为如何提高水性光油的防水性。笔者通过乳液混拼、添加水溶性树脂溶液以及蜡乳液等来提高水性光油的防水性。乳液混拼是指将 2种或2种以上具有不同玻璃化转变温度(Tg)的乳液进行混合 [4—5] 。软乳液保证低温成膜,硬乳液赋予涂 膜硬度和抗粘连性等[6]。蜡乳液能够在涂膜表面形成蜡保护层,不利于水分粘附。水溶性树脂溶液能够填充乳液之间的空隙,提高涂膜致密性[7]。

1实验 

1.1原料

实验材料:EZ-120(软乳液),LQ-661(硬乳液), 8460溶液(水溶性树脂溶液),MD-2000(蜡乳液)。

1.2设备 实验设备:超声波振荡器;纸张表面吸收质量测定仪;SK1200H-J超声波清洗器,上海科导超声仪器有限公司;AL104电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.3光油制备及涂布 室温下,向烧杯中分别加入不同质量比的软乳液和硬乳液,利用机械共混以及超声波进行充分搅拌。将充分搅拌后的水性光油用10#丝网涂布在已印刷的样品上,干燥24h后进行防水性实验。


1.4防水性能测试 按照GBT1540—2002,利用纸张表面吸收质量测定仪进行测定。

2结果与讨论 

2.1不同质量比的混拼乳液对涂膜防水性的影响国外的研究表明,要获得良好的涂膜,软乳液和硬乳液的质量比应大于1[8—10]。在此条件下,混拼乳液的最低成膜温度接近于软乳液的成膜温度,但涂膜的硬度和抗粘连性明显提高,形成了硬聚合物镶嵌在软聚合物膜之间的复合涂膜[11—12]。 配制硬乳液质量分数分别为10%,20%,30%, 40%,50%的混拼乳液,考察不同比例的软硬混合乳液对涂膜防水性的影响。测试结果见图 1。



从图1可以看出,硬乳液的加入量对涂膜防水性产生影响,涂膜表面吸水量先降低后升高,即防水性 先增强后减弱。在硬乳液质量分数为20%时,防水性较好。当硬乳液的质量分数继续增高时,涂膜韧性等显著增加,但难以形成连续的涂膜。直观反应就是表面吸水量增加,主要原因是随着混合乳液中硬乳液量的增加,涂膜的最低成膜温度显著增大,在常温下的成膜性变差[13—14]。 


2.2蜡乳液对涂膜防水性的影响 选择防水性能较好的混合乳液,即软硬乳液质量比为8颐2的混合乳液,分别加入不同质量分数的蜡乳液配制成水性光油,进行涂布、晾干,并进行防水性实验,观察能否进一步提高涂膜的防水性。测试结果见图 2。



 由图2可以看出,少量的蜡乳液可以有效改善涂膜的防水性。其主要机理是在成膜过程中由于蜡的“漂浮效应冶,使得蜡漂浮到涂膜最上层表面,形成蜡保护层,分布在涂层表面的蜡颗粒多呈球形。该球形粒子一部分镶在乳液膜内,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蜡粒使得涂膜不利于水滴的粘附,见图 3。 



2.3水溶性树脂溶液对涂膜防水性的影响 树脂是水性光油中重要的组成成分,将不同质量分数的水溶性树脂溶液加入到软硬乳液质量比为8：2的混拼乳液中,配制成水性光油,进行涂布、晾干和防水性试验,考察加入水溶性树脂溶液对水性光油的防水性是否有所改进 。


从图4可以看出,加入树脂溶液可以降低涂膜表面吸水量,提高涂膜的防水性,并在树脂溶液质量分数为4%时效果较好。这主要是因为树脂溶液能够填充混拼乳液的空隙,提高涂膜致密性[16]。当添加量继续上升时,表面吸水量会继续上升。主要是因为树脂溶液添加量过多会导致水性光油中亲水性物质过多,这样涂膜的耐水性降低,直观表现为涂膜发粘。

3结语

软乳液与硬乳液混合质量比不同,水性光油的防水性也不同,软硬乳液在质量比为8颐2时,涂膜的防水效果较好。软硬混拼乳液中分别添加蜡乳液和水溶性树脂溶液,可以提高涂膜的防水性。其中,蜡乳液质量分数为2%时,涂膜防水效果较好;水溶性树脂溶液质量分数为4%时,涂膜防水效果较好。

参考文献

 [1]刘欣,邓开发,杜晓萌.复合纳米涂层配方的研究[J].包 装工程,2012,33(23):132—136. LIUXin,DENGKai-fa,DUXiao-meng.StudyonFormula鄄tionsofCompositeNanoCoating[J].PackagingEngineer鄄ing,2012,33(23):132—136.


 [2]王晓芳,魏先福,黄蓓青,等.助剂对水性UV光油性能 的影响[J].包装工程,2009,30(11):94—96,100.WANGXiao-fang,WEIXian-fu,HUANGBei-qing,etal.InfluenceofPromoteronthePerformanceofWater-baseVarnish[J].PackagingEngineering,2009,30(11):94— 96,100. 


[3]高运福,辛秀兰,肖阳.环保型水性上光油的研制及研究 进展[J].包装工程,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,王炼石,等.树枝状超支化聚酯改性丙 烯酸树脂的合成及其水性涂料性能的研究[J].涂料工业,2011(10):15—20. SONGBei-bei,BAOChun-lei,WANGLian-shi,etal. PreparationofDendriticHyperbranchedPolyesterModifiedAcrylicResinandStudyonPropertiesofItsWaterborneCoatingFilms[J].Paint&CoatingIndustry,2011(10): 15—20.


 [5]王艺峰,蒋颜平,陈艳军.水性涂料用聚氨酯/丙烯酸酯 复合乳液合成技术的研究[J].湖北大学学报(自然科学 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,杨光军,张淑芬,等.用于水性涂料的树脂混合 技术[J].高分子材料科学与工程,2004,20(2):1—2.TANGLin-sheng,YANGGuang-jun,ZHANGShu-fen,etal.ResinBlendsForWater-bornePaints[J].PolymerMa鄄terialsScienceandEngineering,2004,20(2):1—2. 


[7]张洪彬,王锋,胡剑青,等.水性涂料改性研究进展[J]. 热固性树脂,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]张心亚,魏霞,陈焕钦.水性涂料的最新研究进展[J].涂 料工业,2009(12):17—23. ZHANGXin-ya,WEIXia,CHENHuan-qin.TheLatestResearchProgressinWaterborneCoatings[J].Paint& CoatingsIndustry,2009(12):17—23. 


[14]李丹,梁亮,蒋晨,等.环境友好型水性涂料复合膜防腐 性能的研究[J].涂料工业,2010(8):48—51. LIDan,LIANGLiang,JIANGChen,etal.StudyonAnticor鄄rosionPerformanceofEnvironmentFriendlyWater-based MultipleCoatings[J].Paint&CoatingsIndustry,2010(8): 48—51. 


[15]赵德平,魏先福,黄蓓青,等.影响水性光油耐划伤性的 因素[J].包装工程,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]蔡训儒,张浩,徐卫兵,等.高分子乳化剂的合成及其在 水性上光油中的应用研究[J].包装工程,2011,32(7):73—76. CAIXun-ru,ZHANGHao,XUWei-bing,etal.SynthesisofPolymerEmulsifierandItsApplicationinWaterborne Varnish[J].PackagingEngineering,2011,32(7):73—76.