涂布纸涂层固化机理的研究

论文摘要

涂层固化是涂料被施涂于承载物后由液相转化为固相的复杂过程,同时也是涂层性能发生变化的过程。由于涂料中各组分的分布和涂层微孔结构基本上决定于涂料固化过程,所以澄清涂层固化机理以便控制涂层结构和设计新型涂料配方多年来一直是涂布纸工业界的重要研究课题。本课题基于Lepoutre经典固化机理,将Croll胶乳成膜机理引入到涂层固化的研究中。结合表面光泽度和蒸发速率两种表征方法,测定涂层随固化时间的变化,并利用已提出的滤饼层固化机理描述涂层固化过程。通过拍摄实验过程来采集数据,以确保测定数据与固化时间同步。利用线性相关系数的概念获得蒸发速率曲线上恒速阶段的临界时间及速率。通过研究涂层定量、初始固含量、胶乳含量和颜料配比等因素对涂层固化过程的影响,得到以下结论：蒸发速率开始下降的临界点为胶乳开始变形融合的临界点,即为胶乳变形融合浓度(LCC)；涂层蒸发速率发展过程可以被滤饼层固化机理所描述,并分为三个阶段,即：恒速阶段、降速阶段和慢速阶段；涂层干燥到第一临界浓度(FCC)时所需要的时间应独立于涂层厚度,而FCC随涂层厚度的增加而降低；随着涂层初始固含量的增加,FCC、LCC和第二临界浓度(SCC)都增加,但其临界时间随之缩短；随着涂层胶乳含量的增加,FCC和LCC几乎保持不变,而SCC随之增加。另外课题还研究了涂层定量、初始固含量、胶乳含量和颜料配比等因素对涂层结构与性能的影响。实验结果表明：随着定量、初始固含量、胶乳含量以及颜料中GCC含量的增加,涂层孔隙率降低,而粗糙度几乎没有变化；随着定量、初始固含量以及颜料中GCC含量的增加,涂层白度略有增加：随着胶乳含量的增加涂层白度几乎保持不变。以上结论验证了新涂层固化机理,为进一步研究涂层固化过程奠定了坚实的基础。本课题确定了涂层固化中各临界值随可变因素的变化规律,建立了一个更为接近实际的水性涂料涂层固化模型。这不但有助于完善对涂布纸涂层固化过程的机理研究,而且有助于更深刻地认识涂布纸干燥中的传质和传热现象,有助于开发新型节能型涂料配方,有助于高分子化学工业研发新型高效粘合剂、涂料助剂等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 涂布纸概述
• 1.1.1 涂布纸的生产现状及发展趋势
• 1.1.2 涂布纸的加工目的
• 1.2 涂布纸涂料原料及其配方
• 1.2.1 涂布纸涂料原料
• 1.2.2 涂布纸涂料配方
• 1.2.3 涂布纸涂料制备
• 1.3 涂布纸涂层结构及影响因素
• 1.3.1 涂布纸涂层结构
• 1.3.2 涂层结构的影响因素
• 1.3.3 涂层结构对涂布纸性能的影响
• 1.4 涂布纸涂层固化机理
• 1.4.1 Lepoutre提出的涂层固化机理
• 1.4.2 Croll胶乳成膜机理
• 1.4.3 布朗运动诱导胶粘剂迁移机理
• 1.4.4 基于涂布表面形成滤饼层的新涂层固化机理
• 1.5 本课题研究的内容和意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 涂料配制
• 2.2.2 涂料施涂
• 2.2.3 涂层固化过程的测定
• 2.2.4 涂层性能的测定
• 3 结果与讨论
• 3.1 涂层固化过程的表征及其机理的研究
• 3.1.1 涂层固化过程中胶乳变形融合浓度的确定
• 3.1.2 涂层固化过程中蒸发速率的发展阶段
• 3.1.3 涂层定量对其固化过程的影响
• 3.1.4 涂层初始固含量对其固化过程的影响
• 3.1.5 涂层胶乳含量对其固化过程的影响
• 3.1.6 涂层颜料配比对其固化过程的影响
• 3.1.7 小结
• 3.2 涂层结构与性能的研究
• 3.2.1 涂层孔隙结构影响因素的研究
• 3.2.2 涂层表面光泽度影响因素的研究
• 3.2.3 涂层白度影响因素的研究
• 3.2.4 涂层不透明度影响因素的研究
• 3.2.5 涂层粗糙度影响因素的研究
• 3.2.6 小结
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢