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高性能单组分水性木器清漆的制备

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0 引言
近年来,随着人们环保意识的不断提高,我国对于空气环境和家居环境质量也日益关注和重视,为了控制涂料中有害物质的排放和挥发,我国相继制定了《民用建筑工程室内环境污染控制规范》、《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》、《室内空气质量标准》等多项涉及室内装饰装修材料有害物质限量的标准,对涂料中的VOC(挥发性有机化合物)排放作出了越来越严格的限制。2012 年8 月1 日,我国首部针对3 岁至14 岁儿童的家具行业强制性国家标准GB 28007—2011《儿童家具通用技术条件》正式实施。因此,水性木器涂料作为溶剂型木器涂料的升级换代产品,以其较低的VOC 排放必将成为木器涂料发展的一个方向。然而,目前看来,水性木器涂料与溶剂型木器涂料相比,因在漆膜性能上存在着硬度低、丰满度差、早期回黏及抗刮伤能力差等缺点,使得其发展受到了一定的制约。如何制备满足市场需求的高性能水性木器涂料,是水性木器涂料发展过程中需要解决的一个重大课题,本文就此做了些探讨。
 
1 实验部分
1.1 原材料
自交联纯丙烯酸乳液,蓖麻油改性聚氨酯分散体,消泡剂,脱泡剂,二丙二醇单甲醚(DPM),二丙二醇单丁醚(DPNB),分散剂,蜡粉,流变助剂,防腐剂,消光粉,pH 调节剂,润湿流平剂。
1.2 参考配方
单组分水性木器清漆参考配方见表1。
单组分水性木器清漆参考配方
1.3 制备工艺
第一步:将1#~8# 原料在中速搅拌下依次投入反应釜中,加完后高速搅拌15 min,分散至细度合格;第二步:将9#~11# 原料预混合均匀后,缓慢加入反应釜中,加完后中速搅拌均匀;
第三步:依次加入12#~16# 原料,中速搅拌均匀,静置消泡后过滤,检测。
1.4 性能检测结果
漆膜性能的检测结果见表2。
漆膜性能的检测结果
2 结果与讨论
2.1 树脂的选择
目前市场上单组分水性木器涂料以丙烯酸体系应用较多,比较经典的丙烯酸乳液产品包括DSM 公司的XK-12、XK-14 ;欧宝迪公司的2514、2714、2544、2782 ;DOW 公司的3188ER,3311 等。以丙烯酸乳液制备的水性木器涂料涂膜具有良好的耐黄变性、高硬度、高光泽,但其柔韧性和抗黏连性较差。随着市场的发展,单纯丙烯酸乳液制成的漆膜并不能完全满足用户的性能需求,所以有时采用聚氨酯分散体来制备水性木器涂料。由聚氨酯分散体制成的水性木器涂料涂膜柔韧性好,抗黏连性、流平性、耐磨性等优异。市场上常见的聚氨酯分散体产品有欧宝迪公司的CUR995、U9800 ;拜耳公司的水性聚氨酯系列;奥德美公司的ADM-F206A 等。但全部采用聚氨酯分散体制备的水性木器涂料成本较高,不利于市场推广。本文的配方设计中,采用聚氨酯分散体和丙烯酸乳液混拼体系,既考虑到产品的经济性,又提高了产品的理化性能。所制备的水性木器涂料,与单纯的丙烯酸乳液体系相比,漆膜的硬度和抗指甲快速划伤性明显提高,而且在聚氨酯分散体的低添加比例下,很好地保证了产品的耐水性、耐沾污性和耐化学品性,满足了新国标对产品的技术要求。另外,聚氨酯分散体的加入可以大大地改善配方的消泡作用,还能实现配方体系黏度的调控,涂料的开罐效果和施工性能也得到很大改善,最终得到较为满意的涂膜效果。
2.2 消泡剂的选择
水性木器涂料用树脂常含有表面活性剂或具有表面活性剂的特性,在涂料生产过程中的高速分散和搅拌及施工过程中的喷刷等操作易产生气泡,此外润湿剂的使用也会引起气泡,使生产操作困难,设备的利用率不足而影响产量,装罐时因存在气泡而需多次罐装;施工中残留的气泡会造成涂膜出现针孔、气泡和缩孔等弊病,影响涂膜的装饰效果和使用耐久性,因此正确选用水性木器涂料中的消泡剂十分重要。消泡剂的作用机理是通过润湿渗透到由表面活性物质所形成的薄层中,在薄层中扩散造成泡沫表面张力不平衡而破泡。消泡剂的种类有矿物油类、有机硅类、有机极性化合物类等。本配方中选用的消泡剂和脱泡剂都具有很好的长效消泡性,不仅能在涂料生产过程中发挥作用,同时在施工过程中也能抑制气泡的产生,有效避免涂膜干燥后因气泡消除不及时形成的针孔等弊病。
2.3 润湿流平剂的选择
水性木器涂料成膜过程中,始终存在表面张力不平衡的现象,润湿流平剂能够有效地降低体系的表面张力,显著改善水性木器涂料的施工效果。加入润湿流平剂后,涂料对底材的润湿性和渗透性增加,漆液的流平性得到改善,有时还能克服缩边问题。本配方中添加了0.3% 的润湿流平剂,能使刷涂后的漆液尽快流平,并防止缩孔等涂膜弊病的产生。
2.4 消光剂的选择
不同的消费者对涂膜的光泽要求不同,目前市场上水性木器半亚光漆、亚光漆的占有比例较亮光漆要大,如何选择合适的消光剂制备亚光漆是关键技术之一。本配方通过选用PTFE(聚四氟乙烯)微粉蜡和消光粉搭配,能够满足客户从半亚光到亚光的光泽需求,与单独使用二氧化硅消光粉相比,PTFE 蜡粉的使用能够赋予漆膜良好的手感和抗刮伤性,而且PTFE 微粉蜡和消光粉协同作用,有助于消光粉更好地悬浮,对消光粉的防沉具有明显作用。
2.5 成膜助剂的选择
构成乳液或分散体的聚合物通常具有高于室温的玻璃化温度,为了使乳液粒子很好地融合成为均匀的漆膜,必须使用成膜助剂来降低MFFT(最低成膜温度)。成膜助剂直接影响涂膜的干性、硬度、光泽、初期耐水性、低温成膜性、贮存稳定性等性能。选择成膜助剂要从环境安全、添加量、挥发速率等方面来考察以取得多方面的性能平衡。市场上常用的成膜助剂及其物理性能见表3。
本文采用亲水型的二丙二醇甲醚(DPM)和亲油型的二丙二醇丁醚(DPNB)混合使用,以达到成膜效果和硬度提升速度的平衡。
几种常用的成膜助剂及其物理性能
2.6 流变助剂的选择
流变助剂用以解决涂料贮存和施工中的流变问题,主要是静置时的增黏和涂装时的流平,关注的重点是涂料的贮存稳定性,不分层、不沉淀,施工时有良好的流动性和流平性,但又不会产生流挂。本文采用假塑型聚氨酯增稠剂和牛顿型聚氨酯增稠剂搭配使用,能够满足生产和施工时整个体系的流变特性。
 
3 结语
(1) 采用适合的、性价比高的自交联纯丙烯酸乳液和蓖麻油改性的聚氨酯分散体按照一定的比例混拼,筛选合适的水性助剂,设计合理的施工工艺,制备出符合GB/T 23999—2009 标准中A 类技术要求的水性木器涂料。在漆膜性能和施工性能方面都能满足客户需求。
(2) 在合适的丙烯酸、聚氨酯比例范围内,聚氨酯分散体用量的提升,可以改善漆膜的耐磨性、抗指甲快速划伤性、手感等,其他性能上对比不明显。
(3) 通过调整分散剂、蜡粉、消光粉及流变助剂用量,即可制备不同光泽的清漆,其综合性能都能满足市场需求。
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