水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的涂层性能对竹/竹Scrimber基质

文摘

在本文中,一种高固体含量的水性聚氨酯丙烯酸酯(PUA)涂层在实验室合成。竹子,竹子scrimber和热处理竹scrimber被选为基质和PUA涂料涂层。这些材料的涂层性能。结果表明,PUA涂料可能覆盖三种材料的表面。然而,涂层性能变化在这些基板由于其不同的化学和形态的表面。由于强化结构、小孔和改善疏水性的竹子scrimber,很难对PUA涂料湿渗透基质,得到了较小的接触角和穿透深度与竹子。相比之下,热处理有更好的亲水性和较小的接触角与比纯竹scrimber PUA涂料。因此,涂层的性能热处理竹scrimber是更好的平均粗糙度值较低。然而,涂层之间的附着力分类和所有基板是2(5 - 15%横切面积剥落的边缘)。

1。介绍

竹子被认为是一个十分充裕,可生物降解,和可持续自然资源,广泛用于造纸、装饰,地板,建筑,等等,因为它的快速增长,灵活性好,生产周期短(1- - - - - -5]。竹元素是由竹纤维、薄壁组织细胞和血管。众所周知,竹纤维的强度和模量比其他的要高得多。因此,当负载应用,疲软的构成是容易破坏6]。竹子的性能缺陷被于有效地补偿等。7)和一种新型复合,即竹scrimber。与其它竹复合材料相比,竹scrimber原材料利用率相对较高,因为竹子的核心和竹黄色都利用。竹scrimber可取的纹理,硬度高,纵向强度属性(8- - - - - -11]。

涂层可以保护和美化竹,竹产品。它通常被认为是整个床过程可分为几个步骤,基体的润湿,平整,浸润,干燥成膜12- - - - - -14]。底物的亲水性和孔隙度伟大的涂装工艺和涂层性能的影响15- - - - - -17]。竹scrimber竹产品是一种高强度的形成通过改变细胞结构的竹子在压力和树脂的双重作用下,导致材料的致密化,减少亲水集团,竹子的薄壁组织和纤维由胶粘剂。对于热处理,改善疏水性。因此,改变可能会影响涂层的性能,尤其是水性涂料。

现在,很少有研究关注竹scrimber的涂层技术,尤其是水性涂料。聚氨酯丙烯酸酯树脂(PUA)包含丙烯酸官能团和聚氨酯的债券。及其涂层具有较高的耐磨性、粘连、灵活性和良好的光学特性和耐气候性。因此,在本文中,竹子,竹子scrimber,热处理竹scrimber被选为基质,白手起家的水性PUA涂料涂布。PUA在实验室有更多的分子链亲水性基团,如羧基和PUA树脂可以溶解在水中,可以获得不同的固体含量PUA涂料。涂层性能,研究了这些材料之间的不同的机制,旨在获得有效方法更好的竹scrimber水性涂料的工艺条件。

2。材料和方法

2.1。材料

毛竹竹(植被类型下毛竹),3 - 4岁,从剑上财产森林保护区,中国东南福建省。试剂的水性聚氨酯丙烯酸酯树脂(PUA)涂层表中列出1。

2.2。水性PUA涂料的制备

24 g的单体AA, 4 g ST和7 g EA 44 g蒸馏水混合在three-neck玻璃反应堆在150 r / min。后来,8 g APS的发起者是添加10 wt %。在接下来的70 - 90分钟,剩下的96 g AA, 16 g ST, 133 g EA滴入反应堆。之后,剩下的32 g APS和36 g KH550滴入反应堆在90 - 110分钟。反应堆加热到85°C和保持4 h。下一步是贪污prepolyurethane到prepolyarylate链。TDI 100克、200克挂钩- 400和8 g DBTD溶解在N-methyl-2-pyrrolidone溶剂混合成three-neck玻璃反应堆在150 r / min。反应堆加热到40°C。在搅拌、66克头脑内滴入反应堆2 h。prepolyurethane的乳液。后来,prepolyarylate和prepolyurethane乳剂混合在three-neck玻璃反应器和混合在150 r / min。反应加热到85°C和2 h。冷却和过滤后的PUA乳液获得。2%去沫剂剂添加到乳液在100 r / min 10分钟。PUA水性涂层得到90 wt %的固体含量和粘度为200 mPa·s。这是保存在一个黑色的瓶子和防止光。

2.3。热处理的竹子

根据实际工业生产和先前的研究[18- - - - - -20.),热空气干燥的治疗方法是使用竹裂片。细节可以发现在以往的研究(11),即绿色的竹子被锯成竹筒长度为2600毫米,然后纵向分割成两个半圆管。内节点被移除和半圆竹管推入松砂机以及去除蜡硅质表面纹理方向平行与一系列的点和线性形状的裂缝,从而形成net-structured竹束、竹纤维束的直径低于0.2毫米。竹束被烘干的103°C,体重在热处理之前。干样品被放置在一个铁水桶放在烤箱里加热在180°C 8 h。因为害怕火焰,样品桶被沙子覆盖的保护中。之后,样品被取出,用水洗,再烘干的。

2.4。竹子制造的Scrimber

一个浸渗过程采用加载酚醛树脂(PF)。目标PF负荷是13 wt %。竹束被浸到酚醛树脂在室温下6分钟22 wt %的PF浓度。之后,包了,泄露了6分钟去除过多的树脂和重。如上所述,树脂装入的数量可以由固体含量控制树脂和体重增加。沉浸竹束干在烤箱在70°C到含水率12%的制造业。生产竹子scrimber由冷和寒冷的过程。竹束在期望重密度1.30克/厘米³。他们聚集在热压模具沿纹理方向。当热板的温度加热到60°C,竹垫被派到媒体。压力保持在3.5 - -7.0 MPa根据相对密度在140°C 30分钟治疗垫。后来,冷水被引入热板和冷却至60°C。治愈垫的压力被释放,从新闻中删除。公称尺寸的竹子scrimber是2600×1300×16毫米³。之后,所有的垫子都切成所需尺寸和条件在一个房间里在20°C和65% RH 2周进行进一步的测试。

2.5。涂层的竹子,竹子Scrimber

毛竹竹,竹scrimber (BS)和热处理竹scrimber (HBS)被半自动涂布辊式涂布机(BIUGED仪器BGD, 218年,中国)根据ISO标准15528:2011和相对膜厚度要求。理论上,干膜厚度为18μm。这部电影样本然后干在阴凉,干燥,黑暗环境使用前1周(21]。

2.6。特征和测试

样本的特征进行扫描电子显微镜加上能量分散x射线分析、原子力显微镜(AFM),傅里叶变换红外光谱学配备一个衰减全反射(ATR-FTIR)和x射线光电子谱(XPS)分析21]。

以上样品的微观结构是由扫描电子显微镜观察(JEOL地产- 6301 f,日本)的加速电压20 kV。样本sputter-coated用金子包裹。能量分散x射线分析(EDXA、Horiab 7021 - h、日本)在映射模式下进行。图片和分布的N元素主要来自PUA树脂都被数字化,以便进一步分析浸渍的PUA在每个基质。

表面形态是被扫描探针显微镜AFM和收集的联系方式。

的化学组样本检查ATR-FTIR(德国力量顶点70 v)。

XPS分析标本进行Escalab 250 xi(美国热科学)来确定表面官能团的数量呈现传递能量的10个电动车和nonmonochromatic埃及α和筛选αx光辐射(hγ分别为= 1253.7 eV和1486.7 eV)。目前10马和13千伏的电压。结合能的调查收集扫描范围从0到1350 eV。层被安装到一个持有人与双面胶带和放置在真空从1.33×10⁻⁶1.33×10⁵Pa。测试样本地区10×10毫米²和元素的原子百分比都来自这一地区的光谱。

这些标本的接触角测量根据ISO 15989: 2004年由接触角仪(ISO, 2004;克鲁斯K11MK4、德国),当测试解决方案(聚氨酯丙烯酸酯涂料)稀释到70 wt %。

涂层的附着力分类电影测量根据ISO 2409: 2013标准由正交试验方法。分类0:削减是完全光滑的边缘;没有一个正方形格子的分离。分类1:超然的小片涂层的十字路口的削减。影响横切面积不大于5%。涂层在线分类2:边缘和/或削减的十字路口。横切面积大于5%,但不超过15%,是受到影响。涂层在线分类3:削减的边缘部分或完全大面积脱落,和/或它已经失去知觉的部分或全部在广场的不同部分。横切面积大于15%,但不超过35%,是受到影响。涂层在线分类4:削减大型丝带的边缘和/或一些方块分离部分或全部。 A cross-cut area greater than 35% but not greater than 65% is affected. Classification 5: any degree of flaking that cannot even be classified by classification 4.

3所示。结果与讨论

3.1。涂料形态

每个样品前后涂层的表面形态图所示1。组织的数据显示,每个基质涂层之前清晰可见,包括致密纤维组织和宽松的薄壁组织细胞。重组后的处理,竹子被毁的薄壁组织细胞和细胞结构变得致密。哈佛商学院成为平的表面比b,这表明,磁导率和分布均匀性的酚醛树脂竹都提高了热处理。

竹子和哈佛商学院的表面,由聚氨酯丙烯酸酯涂层,覆盖的涂料和持平涂层膜实现,尽管有少量的micronanoparticles。它可能是涂料粒子和泡沫,在涂层中产生渗透基质的内部涂膜的固化过程中。在商品的情况下,暴露了一些竹纤维的表面上,导致底部渗漏等缺陷。由于高密度的BS,弱渗透基质发生的内部。另一方面,BS表面的自由能较高,使涂层不均匀分散。因此,一个聚集的涂层固化后得到的电影。

为了进一步分析涂层的渗透性在竹,BS,哈佛商学院,涂层样本调查EDXA n元光谱扫描。结果如图所示2。图显示,大多数为分布在衬底的表面,少量渗透到衬底。表面上的竹子,PUA的穿透深度约为4μ米,虽然表面上的废话,穿透深度下降到2μ米,这表明它是困难的对PUA树脂渗透到衬底。是因为细胞组织后压实底物分解和重组。有趣的是,最穿透深度的PUA树脂在哈佛商学院增加到4 - 5μ米,部分7μ米,这可能因为哈佛商学院在热处理的毛孔粗大。

表面形貌的AFM 3 d图像涂层样品如图3。它可以看到竹子,BS,哈佛商学院的PUA涂料。得到表面光滑,几乎没有缺陷。很小的流痕,形成竹子在养护期间,被观察到。表面粗糙度值(Rq: Ra)涂层的竹子是1.35。b上的涂膜表面粗糙和平均粗糙度值增加到1.41。与别人相比,哈佛商学院是最顺利的表面粗糙度值最低的1.24,这表明更均匀分布的涂层表面的哈佛商学院。

3.2。化学特征

ATR-FTIR标本的结果,包括涂层和裸露的竹子,涂层和裸BS,涂布和裸HBS如图4。在图4(一),化工集团的峰值的变化被发现之间的原始基质和涂层样品,表明有化学反应。然而,BS和哈佛商学院之间没有显著的结果。的吸收峰与竹相比,在3420厘米-哦⁻¹BS和哈佛商学院都明显减弱,这表明BS的亲水性和哈佛商学院的减少。原因应该解释为BS的纤维表面和哈佛商学院是由酚醛树脂(PF),这是疏水性比竹子纤维(22]。

C = O的吸收峰在1737厘米⁻¹半纤维素的特征峰。在BS和哈佛商学院,峰几乎消失了,这表明,半纤维素和多糖的竹子在养护退化。此外,切断吸收峰BS和哈佛商学院的1043厘米⁻¹增加,酯键切断振动峰值的1265厘米⁻¹转移到1240厘米⁻¹,这表明芳香酯键和醚键之间形成酚醛树脂和纤维素。木质素芳香苯环骨架伸缩振动峰的C = C 1630厘米⁻¹BS和哈佛商学院转移到1607厘米⁻¹,这是由于木质素的侧链取代苯环在供暖。所有这些结果显示新的化学键成立于BS和哈佛商学院与整洁的竹子。

图4 (b)显示的结果PUA涂竹子和BS /哈佛商学院样本。比纯聚氨酯丙烯酸酯样品直接干玻璃板,光谱基本上是相同的,只是在3375厘米的伸缩振动峰-哦⁻¹,这是转移到3414厘米⁻¹。这主要是由于这一事实之间形成的氢键PUA和竹子或BS /哈佛商学院的-哦,表明PUA涂料是竹子表面覆盖,BS,哈佛商学院。

进一步分析这些材料的表面化学变化,XPS分析。表2显示每个样本的百分比结果XPS元素前后涂层。原子百分比的C、O、N在竹子是70.35%,26.63%,和3.02%,分别。后制成竹scrimber, C元素增加到78.37%,而O元素减少和N含量仍基本上。原因可能与PF树脂含有较高的C添加到竹scrimber。哈佛商学院的C含量进一步增加与b相比,而O元素进一步降低了。因为热处理可以降低竹的-哦,导致减少竹子亲水性。与裸竹相比,C的量,O, N元素的涂层样品改变,比例为73.47%,20.43%,和4.81%,分别。由于PUA涂料包含C和N个元素,C和N的含量增加,而O含量降低了,而裸露的样本。涂层的C元素b改变轻微而N含量显著增加,而涂层的竹子。因为重组竹的PF树脂可以与urethane-acrylate酯组的反应,所以更多的氨基酸组暴露表面的样本。

相比之下,涂布HBS的C含量增加,而O含量减少,和N含量变化不大。因为热处理过程减少了竹scrimber表面羟基含量,同时扩大基质孔隙度。因此,PUA渗透进去。因此,PUA涂料是分布在衬底表面,更容易渗透到基板内部。因此,每个基质差异不显著。一般来说,哈佛商学院最好涂层性能比b。

为了进一步分析的绑定在每一个材料,四个峰出现,包括C1(碳碳/碳氢键),C2(切断/ C哦),C3 (O-C-O / C = O), C4 (O C = O) (23]。结果如图所示5和表3。它可以看到从表2没有C4峰值PUA竹scrimber涂布的除外。尽管PUA包含一些酯键,它渗透到竹子和哈佛商学院和均匀衬底的表面覆盖。因此,C4峰值没有检测到。相反,它是困难的对PUA渗透竹scrimber,,表面聚合,所以C4峰值检测。的比例C1, C2, C3的竹子是54.82%,分别为34.78%和10.40%。相比之下,的比例BS显著增加C1和C2的比例下降。原因应该是PF树脂,含有大量的碳氢键,添加到b,导致C1的增加比率。热处理后,C1 BS的比例继续增加,而C2比例降低了,这是由于降解羟基的热处理(24]。

3.3。接触角为与基板之间

众所周知,接触角的大小取决于基质的亲水性和酚醛树脂胶粘剂的分布在衬底表面的涂层由同一PUA [25]。图6显示为液滴的接触角(70 wt %固体)表面的三种材料,包括竹子、BS、哈佛商学院。从数据表面的接触角为31.38°的废话是最大的,这表明,PUA之间的兼容性和BS很穷,和液滴难以BS表面传播。因此,涂层膜,表面质量较差,得到,由于树脂干燥过程中粒子聚集和突起。没什么差别,PUA液滴的接触角表面的竹子和哈佛商学院。因此,他们的润湿效果是相当不错的26]。

3.4。附着力的涂层的电影

PUA涂竹子的图片,BS,哈佛商学院的正交测试后如图7。可以看出,PUA涂膜的附着力分类的三种类型的衬底都是2。对于每一个涂层,涂层已经沿着方格边缘和削减的十字路口。横切面积大于5%,但不超过15%,是受到影响。因此,三种类型的PUA粘附材料需要改善。在进一步的研究中,衬底表面需要修改,以提高涂膜的附着力。

4所示。结论

涂层基体产生的影响涂层性能的PUA树脂由于衬底的表面不同的物理和化学性质。竹子有相当良好的涂层性能。然而,由于强化结构和浸渍酚醛树脂,竹scrimber由水性PUA涂料的涂层性能较差。热处理可以改善的性能在一定程度上由于减少了亲水性和放大作用。PUA涂膜的附着力分类的三种类型的衬底都分类2。因此,下一步就是修改衬底的表面或开发一种新型的水性涂料竹scrimber进一步提高涂层的性能。

数据可用性

数据用于支持本研究的发现没有提供,因为它是一个研究项目的一部分中国的国家重点研究和发展项目,它将进一步研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究在经济上支持中国国家重点研发项目(没有。2016 yfd0600704)和中国国家自然科学基金(31870550号;31470591)。

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