木质及金属基材热光变色涂层制备及性能研究

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木质材料和金属材料是家具生产制造不可或缺的材料。木材属于天然材料,纹理自然美观,形象逼真,手感好,易于加工、着色。金属材料坚固耐用、质地坚硬、可塑性大,成就了家具简练、挺拔、理性等特有的家具艺术风格。家具离不开涂料,家具表面的涂膜可以有效增加木制品的美观性,有效地保护家具并延长其使用寿命。随着科技的发展,人们对于家具功能性涂料的需求越来越旺盛,其中变色涂层是研究的热门之一。变色涂层从功能上又可分为热致变色涂层和光致变色涂层。微胶囊技术由于能有效保护变色芯材,延长变色效果,已成为变色涂层的主要研究对象。本文制备了芯材为变色复配物,壁材为脲醛树脂的热致变色微胶囊,并将其用到涂料中,涂饰到家具上最为常见的木质基材和金属基材上,着重探究微胶囊质量分数(W微胶囊)在不同基材上对于涂层性能的影响。同样的将光致变色微胶囊应用到涂料中,涂饰在两种基材上,探究W微胶囊对于涂层性能的影响。最后探究光致变色微胶囊和热致变色微胶囊涂饰次序对于涂层性能的影响,以期制备出同时具有光致变色和热致变色双重功能的智能涂层。本文主要研究内容如下:(1)通过正交实验L9(3~4)制备热致变色复配物(微胶囊芯材)。以变色温度为结果进行实验分析,发现当结晶紫内酯:双酚A:十四醇的为1:3:60,在90℃的水浴锅中反应1.5h时,变色复配物的性能最佳,此时的变色温度为25℃。(2)热致变色微胶囊通过原位聚合法制备。以微胶囊的包裹率为实验结果进行正交试验分析,发现当M芯材:M壁材为4:7,乳化剂浓度为5%,转速为1600rpm时,微胶囊的包裹率最高,并且n尿素:n甲醛对包裹率的影响最大。以n尿素:n甲醛进行单因素优化实验,综合分析得出当n尿素:n甲醛为1:1.6时,微胶囊的性能较优,微胶囊的变色温度为65℃。(3)探究不同质量分数的热致变色微胶囊对于涂层性能的影响。测试涂层的光学性能(色差、光泽度)、力学性能(硬度、附着力、抗冲击)、粗糙度、耐冷液性能,得知在木质基材上,W微胶囊为20.0%时,涂层的性能最佳,在金属基材上,当W微胶囊为10%时,涂层的性能最佳。(4)探究不同质量分数光致变色微胶囊对于涂层性能的影响。探究涂层的光学性能、力学性能以及耐老化、耐冷液性能,得出木质基材上,W微胶囊为15.0%时,涂层的性能较好,在金属基材上,W微胶囊为10%时,涂层的性能较佳。(5)探究热致变色微胶囊和光致变色微胶囊的涂饰顺序对涂层性能的影响。探究第一道涂饰光致变色微胶囊,第二道涂饰热致变色微胶囊;第一道涂饰热致变色微胶囊;第二道涂饰光致变色微胶囊;以及两种微胶囊同时投入这三种情况对涂层光学、力学、粗糙度、耐冷液性能、耐老化性能的影响,研究发现,在木质基材和金属基材上,热致变色微胶囊和光致变色微胶囊混合投入时,涂层的综合性能最优。
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