蒙族家具用复合水性涂料的界面特征及表面微观耐磨机制

It reveals that the release of waterborne coatings VOC is rather low, which is favored by Mongolian. However, the wear resistance dramatically restricts the selection priority of Mongolian furniture. Herein, nano-cellulose acts as a strengthening agent, ensemble with two types of molecular weight of waterborne epoxy resin (EP) at room temperature for building nano-cellulose/EP waterborne coating. Moreover, the interface characteristic, surface Microstructural physic-chemistry properties are investigated subsequently, aiming to solve above key points and understand the internal relation of the wear resistance both in micro- and micro and macro views, in order to realize the controllable synthesis of waterborne coatings. In this proposal, we expect to widely broaden the application of biomass nano-cellulose and fabricate novel environmental-friendly waterborne coatings with highly enhanced wear resistance, which provides basic theory and new concept to the optimal selection of Mongolian furniture coatings.

资料表明，由于水性涂料VOC释放量低备受蒙族家具的青睐，但水性涂料耐磨性差束缚着蒙族家具涂料选择的自由度。鉴于此，本项目以纳米纤维素为增强剂，分别与两种不同分子量的双组份室温固化型水性环氧树脂（EP）合成纳米纤维素/环氧树脂水性涂料。通过对其结构与界面结合特征、表面微观结构的物理化学特性的表征等技术环节，并聚焦解决上述两个关键科学问题。构建纳米纤维素/环氧树脂水性涂料的微观耐磨与宏观耐磨性的内在联系，实现对水性涂料合成工艺的有效调控。本研究为拓宽生物质纳米纤维素的利用领域，合成高耐磨性水性环保涂料，蒙族家具涂料选择能提供基础理论依据与新思路借鉴。

因水性涂料的环保特点成为研发热点、推广应用的亮点及增长点。而水其耐磨性差是限制其应用的最主要问题。本项目以我国西部地区特有的沙柳制得微纳米纤维素为增强剂，选择以Ⅰ 型环氧树脂（E-51)、Ⅱ 型环氧树脂（E-20)为原料制备水性环氧树脂涂料，分别以共混与共聚的方式合成微纳米纤维素/环氧树脂（MFC/EP）复合水性涂料，研究不同的原料类型及配比、反应方式及反应条件对水性涂料性能的影响，通过涂料耐磨性能对制备工艺进行选择优化，从得到制备MFC/EP的最佳工艺；通过对复合涂料宏观性能测试、涂膜微观结构表征以及利用纳米压痕技术研究复合涂料体系摩擦磨损特性。.主要研究结果：Ⅱ型环氧乳化型树脂与MFC共混制备复合涂料时，涂膜的硬度达到3H、磨耗值为12mg/100r；与MFC共聚制备复合涂料时，涂膜的硬度达到4H、磨耗值仅6mg/100r；优于Ⅰ型乳液型环氧树脂制与MFC共混与共聚制得的复合涂料。Ⅱ型环氧树脂复合水性涂料耐磨性能优于Ⅰ型。.调整Ⅱ型MFC/EP复合水性涂料的制备工艺发现：当MFC含量为0~1.0%时，MFC分布较均匀，复合涂膜的力学性能较好，且涂膜透明度好，明度值影响值在-0.21~-0.27之间，色差影响范围为0.05~0.37、-0.13~0.31。通过纳米压痕仪测定摩擦磨损系数，并对划痕形貌图进行分析发现：不同的MFC含量对于涂膜耐磨性的增强程度不同，涂膜拉伸性能与耐磨性呈正相关。工艺优化得到耐磨型复合水性涂料的最佳制备工艺为：聚乙二醇（PEG）改性EP的反应温度为100℃、反应时间5 h，催化剂为TPP， EP-20:PEG=1:1，EP-20：水性环氧固化剂=2:1，MFC添加量为0.8%， KH560用量为0.9%。摩擦系数达到0.133，拉伸应力达到4.2 MPa。该涂料用于蒙族家具彩绘表面时，不会对彩绘产生晕染等影响。.本项目以MFC改善水性涂料的表面耐磨性，为提高水性涂料耐磨性提供理论依据，有利于保护蒙族家具彩绘、传承蒙族家具文化，为水性涂料在蒙族家具以及古代木建筑的彩绘保护方面的应用提供基础理论，具有较好的实用价值。