水性塑料漆的初步探究毕业论文.docx

水性塑料漆的初步探究毕业论文目录摘要2关键字2Abstract.2Keywords21. 实验综述31.1 塑料的有关介绍31.2 塑料涂料的有关介绍42. 实验部分62.1 实验药品和工具62.2 实验步骤62.3 配制工艺72.4 乳液性能的检测72.5 丙烯酸乳液的胶黏性测定73. 结果与讨论.83.1 测试情况83.2 附着力测试分析83.3 三种乳液成膜后的耐化学品性的测试93.4 三种乳液成膜后的耐沸水性测试103.5 丙烯酸乳液的胶黏性114. 结论12参考文献13谢辞141. 实验综述1.1 塑料的有关介绍1.1.1 塑料的定义与分类塑料是以树脂为主要成分，适当地加入添加剂，在加工中塑化成型而得到的具有一定形状和使用功能的高分子材料，塑料种类很多，到目前为止世界上投入生产的塑料大约有三百多种。塑料的分类方法较多，按照塑料的分子结构和受热特性可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。这种分类方法反应了塑料的结构特点、物理特性、化学性能和成型特性。热塑性塑料分子结构都是线型结构，在受热时发生软化或熔化，受热软化后可成型，冷却后又变硬，再受热到一定程度又重新软化，冷却后又变硬，这种过程能够反复进行多次。常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙稀酸甲脂（有机玻璃）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜和聚四氟乙烯等。热塑性塑料成型过程比较简单，能够连续化生产，并且具有相当高的机械强度。热固性塑料的分子结构是体型结构，在受热时也发生软化，可以制成一定的形状的制品，但受热到一定的程度或加入少量固化剂后，该类塑料就会硬化定型，分子链之间形成化学键，成为三维体型的网状结构，再加热也不会变软或改变形状了。因此，热固性塑料加工成型后，不能回收再用。热固性塑料成型工艺过程比较复杂，所以连续化生产有一定的困难，但其耐热性好、不易变形，且价格比较低廉。1.1.2 塑料的表面特性随着塑料工业的发展，塑料制品种类和数量不断增加，应用范围日趋广泛，人们对塑料表面性能的要求也越来越高，如印刷、胶接、涂装、染色、电镀、烫金、防雾等性能，以满足各种场合的使用要求。塑料与一般固体一样，其表面性质和内部性质不同。首先，表面上的原子和分子缺少相结合的原子和分子，因此表面能不稳定，随着表面积增加，表面能增加，只有表面原子排列发生变化或者吸附其他物质时，才能稳定下来；其次，表面上的原子排列和组成与内部不同，具有特殊的结构，而且表面被吸附的物质覆盖；另外，表面电荷处于不对称分布，引起极化作用。例如：极性的无定型塑料聚氯乙烯容易吸附其他物质，非极性结晶型塑料聚乙烯、聚丙烯等，难以吸附其他物质。综上三点，塑料表面特性与其表面的组成以及相接触的物质有关。塑料表面特性，大致可归纳为如下几方面：（1）化学性质吸附、湿润、胶接、表面反应（耐腐性）；（2）电学性质表面导电性（绝缘性、抗静电）、界面电荷移动（接触带电）；（3）光学性质反射、吸收、发光（荧光、磷光）；（4）热学性质热传导（绝热性）、热反应（耐热性、难燃性）；（5）机械性质摩擦、磨耗、力学特性（加工性）。这些性质中与表面状态有关的有吸附、湿润、摩擦等；与塑料表面性质有关的有腐蚀、力学特性等；与通过表面物质和能量流动有关的有热传导、光反射等。影响上述性质的表面层厚度也不一致：湿润、胶接等由直接接触的原子间相互作用决定，这时表面层厚度在几纳米左右；摩擦和表面硬化等机械相互作用厚度约 0.110m；腐蚀等物质移动时，表面层厚度和条件有关，大约 1100m 。1.2 水性塑料涂料的有关介绍1.2.1 什么是水性塑料漆水性油漆和油性漆最本质的区别在于溶剂的选取，水性漆（以无穷花为标准）是以水作为稀释剂的漆，而油性漆使用的是有机溶剂，这些有机溶剂一般是对人体有害、对大气有污染并易燃烧的溶剂，并且会在成膜的时候挥发到空气中去，所谓对健康的威胁也就由此产生。而且这些有害物质并不会在短时间内全部挥发干净，譬如甲醛，它有可能需要5到10年才能完全挥发干净。因此，这些有机Hot Tag溶剂对人体的损害就变成了长期行为。而无穷花水性木器漆，由于使用水来代替有机溶剂，所以在成膜的时候挥发出的都是水，也就不会给人体带来任何的伤害了。因此，水性环保油漆与油性漆最本质的区别在于环保性和对人体健康的影响。水性涂料是以水做溶剂或分散介质的涂料，根据它所用树脂的类型，可分为水稀释型（俗称水溶性）和水分散型两大类。水分散型按固体微粒的大小可以再分为胶体分散与乳液分散两种。水溶性的涂料在其涂装后成为均相的涂膜，而水分散型的涂膜是非均相的。此外，水性涂料的应用一般不受场合的限制，也不需要专用的涂装工具和设备，因此水性涂料将成为涂料的主导产品。1.2.2 用于塑料表面的涂料塑料制品如此普遍出现在我们日常生活中，但塑料制品成型加工时会产生颜色不均、色泽单调、花斑疵点等缺陷，且易产生老化变脆、划痕、玷污、静电等问题。涂装涂料可以避免上述缺陷和问题。随着家用电器、摩托与汽车、飞机、铁道车辆、建筑、包装器具、办公用品等的现代化，以及人们对这些行业的塑料部件表面的装饰与保护功能的新要求，塑料用涂料的发展正朝着多功能化、环保化和低成本化三个方面发展。1.2.3 塑料用涂料应具备以下主要性质（1）涂料对塑料底材必须有良好的附着力；（2）涂料不能过分溶蚀塑料表面；（3）涂料应具有一定的硬度和韧性，以克服涂料的日常磨损；（4）根据塑料底材的需要配置性能各异、色彩鲜艳、丰满光亮、耐候性强的涂料；（5）施工方便，常温自干，干燥速率要适宜，且能掩盖塑料制品成型过程中所产生的小缺陷。1.2.4 塑料涂料的研究意义塑料由于质轻、易加工、耐腐蚀、资源丰富等特点，已广泛替代了传统的材料，如金属、木材、皮革等，普遍出现在我们日常生活中。但塑料制品成型加工时会产生了一些缺陷和问题，而涂装涂料便解决了这类问题，研发塑料涂料已受到涂料工作者的广泛关注。现有塑料涂料以溶剂型涂料为主，制造施工过程对环境污染严重、能耗大。随着人们对环保及能源的日益重视，我国在国家涂料行业“十一五”科技创新发展目标明确提出要加快发展高性能、节能、与功能性涂料及配套原料的研究，特别指出要开发水性汽车漆和水性塑料涂料。由于各种塑料及其愈来愈多的衍生复合产品广泛应用于人们日常生活和工业消费品行业，包括汽车塑料件、家电、玩具、手机等电子消费品等主要应用领域，大规模的工业涂装带来了大量的VOC排放，因此作为一个负有社会责任的企业，研究开发塑料用高固体分树脂及其涂料、水性树脂及其涂料、粉末涂料以及光固化涂料已势在必行，刻不容缓。目前常用塑料的主要有聚烯烃、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺和聚醚塑料等。其中，聚烯烃、ABS和聚苯乙烯塑料的应用最为广泛。由于不同塑料基材的分子结构和表面极性相差很大，因此不同的塑料基材要选用不同的涂料体系。水性塑料用涂料的研究十分活跃,但真正进入工业化生产的规模尚很小,笔者只在汽车、玩具、家电等少数领域发现有使用水性塑料涂料的情况,而且品种主要集中在聚氨酯水分散体、丙烯酸乳液与水性双组分丙烯酸酯涂料,究其原因在于涂料水性化后涂膜综合性能与溶剂型涂料相比尚存在一定的差距,然而无论从环境方面考虑,还是从节能、节约成本角度出发,水性体系是关注的重点,随着新的合成技术、新原材料的拓展,水性塑料涂料的发展空间会相应增大。1.2.5 塑料用水性涂料需解决问题由于水的性质, 尽管塑料用水性涂料具有自身的优异性,但相比于传统溶剂型涂料, 仍存在以下一些问题: (1) 水的蒸发潜热较高, 易受湿度的影响, 从而产生流挂、闪光颜料定向不良等问题。因此, 水性涂料的施工应用和溶剂型涂料有诸多不同, 其对塑料表面的洁净性, 施工环境温湿度的要求比较高, 这是水性涂料推广受制约因素之一, 这需要通过配方技术和施工两方面来共同解决。(2) 水的溶解度参数和表面张力高, 对底面和颜料的润湿性差, 涂层对塑料表面的附着力还不能满足普遍的要求, 特别是对于PE、PP塑料制品；另外, 在含有灰尘、油等溶解度参数较低的杂质时, 易产生异物附着的缩孔、由水的突沸引起的气泡孔、展平性差等问题, 添加助溶剂和表面活性剂容易降低表面张力。 (3) 水性涂料还必须解决涂料亲水性和涂膜耐水性之间的问题。对于水性涂料, 为了能稳定水溶或分散于水中, 其主要成膜物树脂中必然含有大量的亲水基团或亲水物质, 若不加以转化或消除, 必然要影响涂层的耐水性。现在,大多数水性涂料的耐水性还远不如同类型的溶剂型涂料, 这也是许多水性涂料难以大量应用的制约因素之一。(4) 由于水性涂料属于非均相体系, 其贮存稳定性较差,容易发生凝聚（结块）现象。乳化剂性能欠佳、或批次合成过程中操作有问题、或运输中的震荡、或超过贮存期限都会导致体系的失稳而凝聚, 且这种水性涂料的凝胶是不可逆的。因此, 选用合适的配漆工艺,并对配方组分中各助剂的类型与用量进行合理选择和优化配置, 在后期制作程中加以严格管控, 都有助于提高体系的贮存稳定性。因此 , 选用合适的配漆工艺 , 并对配方组分中各助剂的类型与用量进行合理选择和优化配置 , 在后期制程中加以严格管控 , 都有助于提高体系的贮存稳定。涂料助剂是涂料不可缺少的组分，它可以改进生产工艺，保持贮存稳定，改善施工条件，提高产品质量，赋予特殊功能。合理正确选用助剂可降低成本，提高经济效益。2. 实验部分2.1 实验药品和工具2.1.1 实验样品表1 实验样品样品（来源）组分乳液1（自制）水性聚氨酯A乳液2（自制）核壳乳液（丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯B）乳液3（自制）水性聚氨酯C与甲基丙烯酸甲酯乳液4（自制）丙烯酸乳液2.1.2 实验工具四种能成膜乳液；炭黑；不同材质塑料；胶带；剪刀；玻璃皿；玻璃棒；电热套；一寸优质羊毛木刷；2.2 实验步骤（1）基材的选取选取表面光滑、平整、干净的塑料瓶或塑料薄膜，上面不能图印任何字样或者图案，也不能有任何污渍，以便于乳液能很好地附着，不受其他因素的影响，最终要选取具有代表性的塑料进行研究。（2）涂刷工艺将选取的可以成膜的树脂，取一定量于玻璃皿中，加入一滴炭黑，用玻璃棒搅拌均匀，涂刷在具有四种代表性的塑料上，涂刷过程中，要注意涂刷均匀，不宜太厚，也不宜太薄，以便于薄膜的性能测试，之后放置24h后，对成膜之后的主要性能进行测试。（3）配制水性塑料漆通过对这三种乳液主要性能的检测，选取一种各方面较好的乳液，再加入各种助剂配制成漆。2.3 配制工艺选择一种附着力好的树脂配制成水性塑料漆，实验步骤如下图1:加入颜料、填料加入分散剂加入溶剂样品研磨加入消泡剂、流平剂高速搅拌产品性能检测图1 水性塑料漆制备工艺2.4 乳液性能的检测（1）耐水性: 取适量乳液涂敷于四种塑料上，一定温度下干燥成膜后将薄膜放入去离子水中浸泡，观察涂抹发白、发皱、腐烂的情况。（2）耐酸性:取适量乳液涂敷于塑料上，一定温度下干燥成膜后将薄膜放入5%的盐酸中浸泡，观察涂抹发白、发皱、腐烂的情况。（3）耐碱性:适量乳液涂敷于塑料上，一定温度下干燥成膜后将薄膜放入5%的氢氧化钠中浸泡，观察涂抹发白、发皱、腐烂的情况。（4）附着力:取适量乳液涂敷于塑料上，一定温度下干燥成膜后用胶带粘贴，根据粘取面积大小来判断漆的附着力。（5）耐沸水性:将三种乳液所成的薄膜都剪成尺寸为4cm1cm，将它们同时放入一个较大的烧杯中进行蒸煮，等到水沸腾之后，计时15min,最后观察薄膜的前后变化，观察它们是否有发雾、发皱、腐烂情况。2.5 丙烯酸乳液的胶黏性测定将OPP、PET、PVC三种材质塑料分别剪四片，两两尺寸相同，然后将同材质的用丙烯酸乳液进行粘合，先在常温放置48h，观察它们的粘合程度，如果粘合性好，再将其放入水中，放置48h，观察其粘合程度，若它们依然粘结在一起，最后再将其放入沸水中煮15min，继续观察是否有脱落现象。3. 结果与讨论3.1 附着力测试情况本实验选取三种不同的乳液在四种具有典型代表的塑料上附着能力测试如表1、表2：表1 不同乳液在不同材质塑料上附着情况不同型号乳液PVCPETPSPE乳液1极好一般不附着差乳液2极好一般不附着差乳液3极好一般不附着差表2 不同乳液性能测试不同型号乳液耐酸耐碱耐盐耐水耐沸水乳液1完好破损完好完好发雾、发皱、成白色乳液2完好破损完好完好发雾、发皱乳液3完好破损完好完好发皱、发雾、粘到一块3.2 附着力测试分析以上实验所用的三种乳液都具有较好的极性，所以任取一种乳液，涂在不同的极性材质上，呈现出来的效果却不同，如图2：图2 乳液在不同塑料材质上的附着由图3可以看出，从材质PE到PVC，附着力依次增强，充分说明了极性强的乳液在极性强的材质上才能很好地附着,对附着力的影响因素不仅与膜和被图3 附着力测试效果图涂表面的极性有关，只有两者之间极性基相适应才会得到附着力较好的涂膜，还和基材面的洁净程度有关，如果存在污物、油脂、灰尘等，会降低了塑料表面的极性，引起附着力降低。表面张力与湿润现象也对涂层附着力有影响，降低表面张力能提高湿润效率，增加涂膜对物质表面的附着力，同时，必须呈很好的流动态。此外，涂料中有相对分子质量低的物质或者助剂的存在，它们会在涂层和基材的界面间形成弱的界面层，减少极性，降低附着力。所以需要根据不同的塑料底材选择不同配方的涂料，这样才能产生更好的附着力.如表3所示：表3 不同塑料特性塑料类别特点极性大小所用涂料类型PE耐药品、耐溶剂、比重轻、耐磨、电气特性好无丙烯酸系、环氧聚氨酯、氯化聚烯烃系PP耐药品、耐溶剂、比重轻、耐磨、电气特性好无丙烯酸系、环氧、聚氨酯、氯化聚烯烃系PVC难燃、耐候、耐药品、电绝缘强丙烯酸系、聚酯、氯化聚烯烃系PS刚性、透明、不结晶、加工性好、电绝缘弱丙烯酸系、聚氨酯、过氯乙烯PET长期耐热、耐磨、耐冲击、耐疲劳、表面光泽度高极性一般聚酯、聚氨酯因为PET 和PVC 都是极性较大的塑料制品，根据相似相溶原理，使用聚酯类涂料较易涂覆在这两种薄膜表面，因此附着力性能会较好。3.3 三种乳液成膜后的耐化学品性的测试本实验通过对三种乳液成膜之后进行耐酸、耐碱、耐盐、耐水的测试，得出三种乳液薄膜的耐酸、耐盐、耐水性能都较好，只有耐碱性很差，在室温下浸泡24h之后都会龟裂，由于测试结果都一样，所以选取一种乳液（乳液1）成膜后的耐化学品性测试图片展示如下，如图4，图5：图4浸泡前图5 浸泡2d后三种成膜的乳液之所以耐酸、耐盐、耐水，是因为在它们的聚合中本身就有酸的参与，而且合成的乳液中没有能与酸发生反应的基团，对于盐水和水，它呈中性，对乳液也没有影响，耐碱性差，是因为乳液可以在碱性条件下水解了。3.4 三种乳液成膜后的耐沸水性测试如图8所示，这三种乳液薄膜就满足不了袋子的耐沸水性能，因为在我们的日常生活中，袋装的酸奶常常需要满足在冬季加热的需求。常用于包装酸奶的塑料材料或塑料复合材料主要是复合包装材料，是指将两种或两种以上具有不同特性的材料复合在一起，形成具有综合性质的、更完美的包装材料。在很多情况下，单一性质的包装材料不能够满足包括酸奶在内的食品的要求，将1号乳液、2号乳液、3号乳液所成的膜在沸水中煮沸，如图6：图6 三种塑料薄膜浸入沸水中如图7、图8，通过用沸水煮过的薄膜前后对比，都呈现了不好的性能，如发雾，皱缩。所以，在食品包装生产过程中，常将两种或两种以上包装材料复合在一起，利用它们的综合性能，以达到食品包装的要求。图7沸水浸泡前图8 沸水浸泡后3.5 丙烯酸乳液的胶黏性本实验中对水性丙烯酸丁酯的胶黏性进行了测试，发现它的胶粘性能好，所以可以用作粘合剂来使用，它生产成本低，属环保型产品，将此乳液用于塑料粘合，具有优良的耐候性、老化性和很大的断裂伸长率，但常规的水性丙烯酸酯粘合剂在某些性能尚存在不足，如贮存稳定性不好，特别是对于PE、OPP等塑料的表面能低、表面分子排列致密、表面无活性基团 ,就不会体现出很好的粘性，如图9：图9 用胶黏剂粘合OPP塑料薄膜将两片OPP材质的塑料薄膜用丙烯酸乳液粘接在一起，放置3d后，观察到中间的乳液还是乳液状，同时伴随着蒸汽水珠，这可能是OPP材质的塑料薄膜透气性太差，导致水分蒸发不出去，更不适合用于这种塑料的复膜胶。图10 浸泡前图11 浸泡2d后对于PVC、PET具有极性的聚合物还是具有一定的粘合性,在离子水中浸泡也如此，所以本实验中，先对PET材质的塑料用丙烯酸丁酯乳液进行粘结，为了防止偶然性的出现，做了两组重复性实验，对PVC材质的也如此，24h后，发现他们的粘结性依然很好，之后把它们都浸泡在离子水中，48h后，对它们的粘结性进行了测试，发现粘结性依然很好，如图10、图11所示，因此这种胶黏剂可以很好的用于室外。对胶黏剂进行了耐离子水性的测试之后，又对它进行了耐沸水性的测试，如图12：图12 浸入沸水之后经过15min的沸水煮过后，发现塑料薄膜之间依然紧紧地胶粘在一起,说明该胶黏剂的耐沸水性很好，因此可以用于温度较高的环境的粘合。胶黏剂之所以能够将两个物体粘接起来，是因为在胶黏剂与被粘物之间发生了物理或化学变化，粘结力的产生，不