自修复型木器涂层的制备及性能研究

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木材由于其表面独特的纹理,常被用于制作家具等木器产品。木材是一种多孔状的非均质材料,极易受到环境因素的影响,因此,需对木器产品表面进行涂饰处理,来保护木质基材。但涂层在使用过程中,可能会受到外力等影响产生微裂纹,并进一步扩展从而导致木器表面涂层失去防护作用。研究旨在借助微胶囊和自修复技术,将自修复微胶囊混合至木器水性涂料中,涂饰于木材表面,从而提高木器表面涂层对微裂纹的抑制和修复能力,达到更好保护木质基材的效果。本文优化了自修复虫胶微胶囊的制备工艺,选择三种不同颜色的芯材虫胶液,探究虫胶种类、涂料中微胶囊的负载量以及木质基材沉积处理次数对木材表面水性涂层理化和修复性能的影响。主要研究结果如下:(1)采用三聚氰胺-甲醛(MF)树脂为壁材,虫胶液为芯材,通过超声原位聚合法成功制备自修复微胶囊。以乳化剂HLB值、溶剂种类(W乙醇:W水)、虫胶与松香质量比(W虫胶:W松香)以及搅拌速度为变量进行正交试验,确定影响最大的因素是乳化剂HLB值。以乳化剂HLB值为变量,进行单因素试验,随着乳化剂HLB值的增大,微胶囊综合性能先增大后减小。(2)为验证虫胶微胶囊的自修复性能以及芯材颜色在漆膜裂纹修复过程中的指示作用。将透明、紫、黄三种虫胶芯微胶囊分别以0、3.0%、6.0%、9.0%、12.0%、15.0%的质量分数混合进水性涂料中,制备出自修复水性漆膜。涂料中微胶囊的负载量和微胶囊芯材的颜色均会对漆膜的色差、光泽度和透光率产生影响,负载不同颜色的芯材修复剂会影响水性漆膜修复后裂纹处的色彩参数。微胶囊负载量不超过6.0%时,负载黄虫胶微胶囊漆膜的拉伸修复率最高为47.19%。(3)为探究微胶囊型自修复涂层在木质基材表面的适用性,以及进一步确定涂层中微胶囊负载量的最佳值,将三种虫胶芯微胶囊以0、1.5%、3.0%、4.5%、6.0%和7.5%的质量分数混合于水性涂料后,涂饰于乌金木基材表面。测试乌金木表面自修复涂层的基本理化性能、耐老化修复性能以及划痕修复性能。当微胶囊负载量为3.0%时,乌金木表面涂层的光学性能和耐冷液较优,此时乌金木表面负载透明虫胶微胶囊的水性涂层力学性能综合更优。耐老化和划痕修复试验表明微胶囊有助于减缓涂层破损和老化的进程,乌金木表面负载虫胶微胶囊的水性涂层在裂纹产生后具有自修复能力,乌金木表面自修复涂层的修复性能劣于自修复漆膜本身,木质基材对其表面涂层中自修复微胶囊的作用效果具有一定的影响。(4)为提高乌金木表面自修复涂层的修复性能,预先使用虫胶微胶囊乳液沉积处理乌金木,在沉积处理后的乌金木表面涂饰负载3.0%透明虫胶微胶囊的水性涂层。随着沉积次数的增多,乌金木表面涂层的附着力和抗冲击强度在缓慢上升,色差值不断增加,粗糙度先上升后下降。使用微胶囊乳液对乌金木进行沉积处理可以增强乌金木表面自修复涂层的耐老化性能和修复性能,有效减少损失出现。当沉积次数为8次时,表面自修复涂层的划痕宽度变化率为28.4%,此时修复性能最好。
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