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1、增塑剂对预涂饰装饰纸性能及生产工艺的影响Vo1.19,No.1,2004中国造纸TransactionsofChinaPulpandPaper增塑剂对预涂饰装饰纸性能及生产工艺的影响张一帆(东北林业大学,黑龙江哈尔滨,150040)摘要:通过考察几种增塑剂用于预涂饰装饰纸浸渍树脂的使用效果,探索聚丙烯酸酯作为氨基浸渍树脂增塑剂的可能性.研究增塑剂对浸渍树脂适用期的影响及对预涂饰装饰纸预固化度,柔韧性和耐潮性的影响.结果表明:聚丙烯酸酯能促进和参与氨基树脂的交联反应.提高预涂饰装饰纸的各种性能.当增塑剂的用量达到树脂量的50%以上时,即使不加固化剂,浸渍纸预固化度也可达到70%以上而满足工艺要求
2、;当增塑剂为树脂量的40%50%时,纸张的柔韧性明显提高,其弯曲半径达到3l/lln;当氨基树脂中加入的增塑剂量与树脂量相同时,浸渍纸吸湿率可降低30%左右,耐潮性明显增强.增塑剂也会缩短浸渍树脂的适用期,当增塑剂为树脂量的30%50%时,适用期最短,加入抑制剂后方可满足生产工艺要求的适用期.关键词:预涂饰装饰纸;聚丙烯酸酯;氨基浸渍树脂;增塑剂中图分类号:1,s664.05文献标识码:A文章编号:l000-6842(2004)0l一0o8lo4预涂饰装饰纸(也称预油漆纸)是一种用于人造板表面的纸质装饰材料,它与三聚氰胺浸渍胶膜纸的不同之处在于它具有完全固化的最终涂饰表面和良好的柔韧性,适合于
3、平面,弧线,弯曲部件的贴面,使家具和建筑装饰的设计更趋于完美,款式多样化.纸质装饰材料通常采用氨基树脂作为浸渍树脂,氨基树脂特点是脆硬性强,而预涂饰装饰纸的柔韧性是由于所浸渍的合成树脂中加入了增塑剂.根据有关资料1,聚丙烯酸酯可以作为氨基树脂的增塑剂,使浸渍后的纸张柔软而富有弹性.本研究探索用国产聚丙烯酸酯作为预涂饰装饰纸浸渍树脂增塑剂的可能性,以及对生产工艺和产品性能的影响.1实验1.1原料原纸为印刷木纹图案的装饰原纸,定量80g/m,吸水性(klemm测定法):纵向26mm,横向24mm.浸渍树脂为自制三聚氰胺改性脲醛树脂,固含量37%,粘度(涂一4杯,2O)11s,pH值8.14,溶水倍
4、数为1.增塑剂选用5种聚丙烯酸酯乳液,各项技术指标见表1.固化剂为氯化铵.抑制剂为三乙醇胺.1.2实验方法1.2.1试件制作表1增塑剂技术指标注粘度为涂-4杯.2【】对每种增塑剂分别以它相当于树脂质量的各种比例调制浸渍液,手工浸纸,控制上胶量50%55%.在烘箱中150C条件下干燥90s,然后裁制成试件.测上胶量,挥发物含量,预固化度,吸水率等实验的试件规格为(100_+1)em(100mmxlO0mm),测弯曲半径的试件为宽度10mm左右的纵向和横向纸条.考虑到本实验不作后续涂料涂饰,故模拟涂饰烘干工艺将试件在(1452)C条件下再次干燥90s.1.2.2测试方法上胶量,预固化度的测定依据I
5、Y/r】143_93标准进行.弯曲半径的测定是将半径不等的圆棒准备好,用浸渍纸条包裹圆棒,包角为180.,圆棒由大到小直至纸条出现裂纹时,记下不出现裂纹时最小的圆棒半径.吸湿率的测定是把已称重的试件分别放置在温度2527oC,相对湿度90%的调温调湿箱中,在规定的时间取出称重.吸湿率的计算公式如下:收稿日期:2004-02-16(修改稿)本研究课题得到国家林业局948项目(99-4?24)和黑龙江省工业攻关项目(GC01A2152)资助.作者简介:张一帆,女,1955年生,东北林业大学材料科学与工程学院教授;主要研究方向:人造板表面装饰,纸质装饰材料.E-mml:zhangempublic.h
6、r.hi.ca中国造纸第19卷第1期c(%)=(b一)/Wx100%其中为吸湿率(%),为吸湿前质量(g),b为吸湿后质量(g).2结果与讨论2.1增塑剂对浸渍效果的影响对每种增塑剂分别以它相当于树脂质量的100%和50%(即树脂:增塑剂=1:1和1:0.5)的比例调制浸渍液并浸纸,观察调胶后树脂和增塑剂的混溶现象,浸纸的浸透时间和粘黏情况及干燥后纸的外观状况(见表2).表2各种增塑剂浸渍效果比较从表2可以看到,增塑剂与树脂的相溶性很差,混合后产生大量沉淀,这样在生产中会堵塞树脂输送管路,因此,增塑剂不适合同此种树脂混合使用.同样,3增塑剂和#5增塑剂在大比例投放时,调胶后沉淀物较多,浸渍时有
7、粘设备的现象,浸透时间超过10s,这在生产上会影响设备和工艺的正常发挥.从干燥后纸面状况看,如果聚丙烯酸酯不能很好地与树脂混溶,则浸入纸张后会浮在纸面上,呈现一层发亮的膜,将会影响后续的涂料涂饰,降低涂层的附着力.从实验中分析得出:聚丙烯酸酯与氨基树脂的相容性不一定很好,尤其是当乳液的粘度过大,或者pH值呈酸性时.因为聚丙烯酸酯乳液的粘度与它本身的乳化剂和保护胶的种类和含量有关,乳化剂含量高,则聚合物粒度小,相容性差,当聚合稳定性破坏后生成凝聚物(沉淀物).而当聚丙烯酸酯的pH值偏低,在与氨基树脂混溶时会产生局部的中和反应而出现沉淀现象.另外,聚丙烯酸酯的玻璃化温度(Tg)越低,说明柔韧性越好
8、,当它能与氨基树脂很好混溶时,起增韧作用,但是如果乳液浮在树脂上面,则玻璃化温度越低的聚丙烯酸酯会产生明显的表面发粘,发亮现象.所以,这5种增塑剂除了1聚丙烯酸酯能够满足工艺要求外,其他几种都存在一些缺陷,因此,以下研究仅对1增塑剂的实验结果进行分析.2.2增塑剂对预固化度的影响将1增塑剂与树脂按不同配比调制浸渍液,在不加固化剂的条件下,浸纸,烘干,测量预固化度结果(见图1).从图1可以看到,增塑剂用量对浸渍树脂预固化度的影响是正向的,随着增塑剂的增加,浸渍纸固化程度提高.实验表明:即使不施加固化剂,增塑剂也能促进氨基树脂的交联固化,增塑剂用量从20%增至5O%,预固化度随之提高,在50%施加
9、量水平上,预固化度可以达到80%.根据有关资料闭和实际测试,预涂饰装饰纸浸渍树脂预固化度达到7O%时,其各种性能指标就能满足要求.因此,当增塑剂用量较低时,需要适量加入固化剂.实验中将增塑剂低于50%的浸渍液中分别加入0.1%和O.3%的固化剂,浸纸烘干后进行对照比较,结果可知:加入固化剂能使浸渍纸的预固化度提高,但由于增塑剂的投入,固化剂的作用只是在较少增塑剂使用量时才会显示出来.增塑刑用量/%图1增塑剂,固化剂对预固化度的影响增塑剂促进浸渍树脂固化以及提高浸渍纸预固化度的作用说明了在浸渍,烘干过程中,树脂与增塑剂之间产生了分子交联从而增加了树脂的聚合度.丙烯酸酯聚合物的主要官能团有羧基,羟
10、基,N一羟甲基丙烯酰胺,环氧基,酰胺基,聚丙烯酸酯与氨基树脂的交联主要有以下几种情况【:(1)含羧基聚合物的交联一聚合物链COOHr一聚合物链CH.2OH:OOCIH圈(2)含羟基聚合物的交联(3)含羟甲基聚合物的交联T_一聚合物链CONHCH2OHCH2CH2OH圃-CH3OH下-聚合物链CONHCH210ICH2匡固第19卷第1期增塑剂对预涂饰装饰纸性能及生产工艺的影响83(4)含环氧基聚合物的交联1一聚合物链OCH2OH(5)含酰胺基聚合物的交联聚合物链CONH2+CH:OCHr聚合物链C=0NH洲由CH2树脂与增塑剂之间产生的上述分子交联提高了浸渍纸的预固化度,从而使得预涂饰装饰纸的强
11、度及耐化学污染,耐水性能有所提高.2.3增塑剂对纸柔韧性的影响增塑剂的作用是改善氨基树脂的脆硬性,使浸渍纸柔软易弯曲.l增塑剂用量与浸渍纸弯曲半径的关系见图2,随着浸渍液中增塑剂量增加,纸张的柔韧性提高.分析其原因有以下几点:(1)丙烯酸酯聚合物是一种线型高分子,具有良好20jU40UbU70U90lLM增塑剂用量,%图2增塑剂用量对弯曲半径的影响的韧性和弹性,嵌入脲醛树脂大分子中,提高了分子链的柔韧性.(2)丙酸酯聚合物与树脂发生交联反应后,聚合物分子各链段之间的不稳定性不改变,可容易地围绕聚合物主链旋转口(见图3).在实际生产中,增塑剂的用量增加会提高产品成O=cCO,/ciI/c/c/本
12、,因此,对预涂饰装饰纸的柔韧性的要求应在经济与使用需要之问权衡.实验表明:当增塑剂为树脂量的40%50%时,纸的弯曲半径不超过3mm,基本可以满足家具表面装饰的需要.当增塑剂达到树脂量的100%时,预涂饰装饰纸可以用来包复装饰线条,踢脚线等弯曲半径为lmm的各种装饰物.2.4增塑剂对纸耐潮性的影响实验采用三聚氰胺改性脲醛树脂为浸渍树脂,因为脲醛树脂固化后的树脂中还存在羟甲基,它具有亲水性而易与水结合.三聚氰胺可与羟甲基脲反应,封闭亲水基团,并在初期脲醛树脂中引入三氮杂环,提高耐潮湿性.为了解增塑剂对浸渍树脂耐潮湿性的影响,本研究对加入l增塑剂以相当树脂量l00%的比例调胶的浸渍纸进行吸湿处理,
13、同时用无增塑剂的浸渍纸作对比实验,浸渍树脂中的增塑剂对浸渍纸吸湿率的影响见图4.结果表明:加入增塑剂的浸渍纸吸湿率明显降低.因为丙烯酸酯类聚合物本身具有优良的耐水性,又可参与同浸渍树脂低聚物中的活性基团反应,并与纸张中的羟基,羟甲基发生化学反应形成化学键,这些反应有助于封闭树脂与纸张中的亲水基团,提高浸渍纸的耐潮性.实验中可看出:在温度25-27,相对湿度90%的条件下,浸渍纸吸湿的速度在初期很快,2h内吸湿率可达到平衡时的50%左右,以后速度减缓,24h后可与环境湿度平衡.加入增塑剂后吸湿率降低30%左右.这些数据可以为南方地区在潮湿季节储存,使用预涂饰装饰纸提供参考.2.5增塑剂对树脂适用
14、期的影响时I司/h图4增塑剂对浸渍纸吸湿率的影响增塑剂的加入对浸渍树脂的适用期也有影响(见图5),在无固化剂的情况下,树脂的适用期随增塑剂的减少而缩短,但增塑剂少于30%后,适用期又开始延长.说明该丙烯酸酯与氨基树脂在常温下的反应在合适的浓度比条件下速度会加快.另外用两种施加不同量固化剂的浸渍树脂作对比,可见固化剂的作用抵消了增塑剂浓度对适用期的偶然影响,而在大趋势上保持了增塑剂对适用期的影响特点.固化剂的用量增加对适用期起反作用.生产中树脂适用期长,使用方便,要求调胶后适用期最好达到68h.根据实验可知,增塑剂用量超过50%以上,不加固化剂,适用期能满453525l5O32lOuv斗雹静中国
15、造纸第19卷第1期足要求,否则必须在加固化剂的树脂中加入抑制剂,以延长适用期,防止调好的树脂还没用完就固化,造成浪费.图6表示出加入抑制剂后树脂的适用期的变化.增塑剂用量/%图5增塑剂用量,固化剂用量对适用期的影响日无抑制剂团加抑制剂.:20304050增塑剂用量/%图6抑制剂对适用期的影响3结论3.1国产聚丙烯酸酯乳液作为预涂饰装饰纸浸渍树脂的增塑剂是可能的.但应通过实验观察树脂和增塑剂的混溶性,浸透时间,粘黏性及干燥后纸的外观状况,对乳液进行选择.当聚丙烯酸酯乳液与树脂粘度相近,pH值呈中性并能很好相溶时,就有可能作为增塑剂,用来改善树脂的脆硬性,提高浸渍纸性能.3.2增塑剂能促进和参与氨
16、基树脂的交联固化.当增塑剂的用量达到树脂量的50%以上时,不加固化剂,浸渍纸预固化度也可达到70%以上的要求,只有增塑剂使用量低于树脂的5o%o,才有必要使用固化剂.3.3增塑剂能提高纸张的柔韧性.当增塑剂为树脂量的40%5o%0,纸的弯曲半径不超过3mm.对预涂饰装饰纸的柔韧性的要求应在经济性与使用需要之间权衡.3.4增塑剂能提高浸渍纸的耐潮性.在三聚氰胺改性脲醛树脂中,加入增塑剂的量相当树脂的100%时,浸渍纸吸湿率可降低30%左右.3.5增塑剂会缩短浸渍树脂的适用期.增塑剂用量为树脂量的30%5O%时,适用期最短.由于加入固化剂后适用期不能满足工艺要求,因此,应同时加抑制剂,以满足6-8
17、h的适用期.致谢:东北林业大学木工专业99级黄继丰,陈辛庚同学参加了本论文的实验工作.在此致以谢意!参考文献1:KlausHofmann.氨基浸渍树脂的特性与加工R.上海1999年树脂与纸张学术研讨会,1999:352李庆章.人造板表面装饰M.哈尔滨:东北林业大学出版社,1989:2123大森英三.朱传綮,译.丙烯酸酯及其聚合物M.北京:化学工业出版社,19854:李东光.脲醛树脂胶粘剂M.北京:化学工业出版社,2002InfluenceofPlasfizeronthePropertiesandProducingTechniqueofFinishFoilZHANGYi.fan(Northeas
18、tForestryUnwemi,Harbin,HeitongiangProvince,150040)(E-mail:zhangem)Abstract:Accordingtotheeffectsofseveralkindsofplasticizerusedasingredientoffinishfoilsimpregnatingresin,thispaperdiscussesthepossibilityofusingpolyacrylateemulsionasplasticizerofaminoimpregnatingresin.ItalsodiscussesplasticizerSinflue
19、nceontheUS-ablelifeofimpregnatingresinandthepre-curinglevel,flexibilityandanti-moisturefunctionoffinishfoil.Theresultsindicatethatpolyacry-lateandaminoresincauseacross-linkingwhichpromotesallkindsoffunctionsoffinishfoilbutshortensitsusablelife.Keywords:finishfoil;polyacrylate;aminoimpregnatingresin;plasticizer(责任编辑:王岩)O86420彝三
