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      高性能單組分水性木器清漆的制備

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      0 引言
      近年來,隨著人們環保意識的不斷提高,我國對于空氣環境和家居環境質量也日益關注和重視,為了控制涂料中有害物質的排放和揮發,我國相繼制定了《民用建筑工程室內環境污染控制規范》、《室內裝飾裝修材料溶劑型木器涂料中有害物質限量》、《室內空氣質量標準》等多項涉及室內裝飾裝修材料有害物質限量的標準,對涂料中的VOC(揮發性有機化合物)排放作出了越來越嚴格的限制。2012 年8 月1 日,我國首部針對3 歲至14 歲兒童的家具行業強制性國家標準GB 28007—2011《兒童家具通用技術條件》正式實施。因此,水性木器涂料作為溶劑型木器涂料的升級換代產品,以其較低的VOC 排放必將成為木器涂料發展的一個方向。然而,目前看來,水性木器涂料與溶劑型木器涂料相比,因在漆膜性能上存在著硬度低、豐滿度差、早期回黏及抗刮傷能力差等缺點,使得其發展受到了一定的制約。如何制備滿足市場需求的高性能水性木器涂料,是水性木器涂料發展過程中需要解決的一個重大課題,本文就此做了些探討。
       
      1 實驗部分
      1.1 原材料
      自交聯純丙烯酸乳液,蓖麻油改性聚氨酯分散體,消泡劑,脫泡劑,二丙二醇單甲醚(DPM),二丙二醇單丁醚(DPNB),分散劑,蠟粉,流變助劑,防腐劑,消光粉,pH 調節劑,潤濕流平劑。
      1.2 參考配方
      單組分水性木器清漆參考配方見表1。
      單組分水性木器清漆參考配方
      1.3 制備工藝
      第一步:將1#~8# 原料在中速攪拌下依次投入反應釜中,加完后高速攪拌15 min,分散至細度合格;第二步:將9#~11# 原料預混合均勻后,緩慢加入反應釜中,加完后中速攪拌均勻;
      第三步:依次加入12#~16# 原料,中速攪拌均勻,靜置消泡后過濾,檢測。
      1.4 性能檢測結果
      漆膜性能的檢測結果見表2。
      漆膜性能的檢測結果
      2 結果與討論
      2.1 樹脂的選擇
      目前市場上單組分水性木器涂料以丙烯酸體系應用較多,比較經典的丙烯酸乳液產品包括DSM 公司的XK-12、XK-14 ;歐寶迪公司的2514、2714、2544、2782 ;DOW 公司的3188ER,3311 等。以丙烯酸乳液制備的水性木器涂料涂膜具有良好的耐黃變性、高硬度、高光澤,但其柔韌性和抗黏連性較差。隨著市場的發展,單純丙烯酸乳液制成的漆膜并不能完全滿足用戶的性能需求,所以有時采用聚氨酯分散體來制備水性木器涂料。由聚氨酯分散體制成的水性木器涂料涂膜柔韌性好,抗黏連性、流平性、耐磨性等優異。市場上常見的聚氨酯分散體產品有歐寶迪公司的CUR995、U9800 ;拜耳公司的水性聚氨酯系列;奧德美公司的ADM-F206A 等。但全部采用聚氨酯分散體制備的水性木器涂料成本較高,不利于市場推廣。本文的配方設計中,采用聚氨酯分散體和丙烯酸乳液混拼體系,既考慮到產品的經濟性,又提高了產品的理化性能。所制備的水性木器涂料,與單純的丙烯酸乳液體系相比,漆膜的硬度和抗指甲快速劃傷性明顯提高,而且在聚氨酯分散體的低添加比例下,很好地保證了產品的耐水性、耐沾污性和耐化學品性,滿足了新國標對產品的技術要求。另外,聚氨酯分散體的加入可以大大地改善配方的消泡作用,還能實現配方體系黏度的調控,涂料的開罐效果和施工性能也得到很大改善,最終得到較為滿意的涂膜效果。
      2.2 消泡劑的選擇
      水性木器涂料用樹脂常含有表面活性劑或具有表面活性劑的特性,在涂料生產過程中的高速分散和攪拌及施工過程中的噴刷等操作易產生氣泡,此外潤濕劑的使用也會引起氣泡,使生產操作困難,設備的利用率不足而影響產量,裝罐時因存在氣泡而需多次罐裝;施工中殘留的氣泡會造成涂膜出現針孔、氣泡和縮孔等弊病,影響涂膜的裝飾效果和使用耐久性,因此正確選用水性木器涂料中的消泡劑十分重要。消泡劑的作用機理是通過潤濕滲透到由表面活性物質所形成的薄層中,在薄層中擴散造成泡沫表面張力不平衡而破泡。消泡劑的種類有礦物油類、有機硅類、有機極性化合物類等。本配方中選用的消泡劑和脫泡劑都具有很好的長效消泡性,不僅能在涂料生產過程中發揮作用,同時在施工過程中也能抑制氣泡的產生,有效避免涂膜干燥后因氣泡消除不及時形成的針孔等弊病。
      2.3 潤濕流平劑的選擇
      水性木器涂料成膜過程中,始終存在表面張力不平衡的現象,潤濕流平劑能夠有效地降低體系的表面張力,顯著改善水性木器涂料的施工效果。加入潤濕流平劑后,涂料對底材的潤濕性和滲透性增加,漆液的流平性得到改善,有時還能克服縮邊問題。本配方中添加了0.3% 的潤濕流平劑,能使刷涂后的漆液盡快流平,并防止縮孔等涂膜弊病的產生。
      2.4 消光劑的選擇
      不同的消費者對涂膜的光澤要求不同,目前市場上水性木器半亞光漆、亞光漆的占有比例較亮光漆要大,如何選擇合適的消光劑制備亞光漆是關鍵技術之一。本配方通過選用PTFE(聚四氟乙烯)微粉蠟和消光粉搭配,能夠滿足客戶從半亞光到亞光的光澤需求,與單獨使用二氧化硅消光粉相比,PTFE 蠟粉的使用能夠賦予漆膜良好的手感和抗刮傷性,而且PTFE 微粉蠟和消光粉協同作用,有助于消光粉更好地懸浮,對消光粉的防沉具有明顯作用。
      2.5 成膜助劑的選擇
      構成乳液或分散體的聚合物通常具有高于室溫的玻璃化溫度,為了使乳液粒子很好地融合成為均勻的漆膜,必須使用成膜助劑來降低MFFT(最低成膜溫度)。成膜助劑直接影響涂膜的干性、硬度、光澤、初期耐水性、低溫成膜性、貯存穩定性等性能。選擇成膜助劑要從環境安全、添加量、揮發速率等方面來考察以取得多方面的性能平衡。市場上常用的成膜助劑及其物理性能見表3。
      本文采用親水型的二丙二醇甲醚(DPM)和親油型的二丙二醇丁醚(DPNB)混合使用,以達到成膜效果和硬度提升速度的平衡。
      幾種常用的成膜助劑及其物理性能
      2.6 流變助劑的選擇
      流變助劑用以解決涂料貯存和施工中的流變問題,主要是靜置時的增黏和涂裝時的流平,關注的重點是涂料的貯存穩定性,不分層、不沉淀,施工時有良好的流動性和流平性,但又不會產生流掛。本文采用假塑型聚氨酯增稠劑和牛頓型聚氨酯增稠劑搭配使用,能夠滿足生產和施工時整個體系的流變特性。
       
      3 結語
      (1) 采用適合的、性價比高的自交聯純丙烯酸乳液和蓖麻油改性的聚氨酯分散體按照一定的比例混拼,篩選合適的水性助劑,設計合理的施工工藝,制備出符合GB/T 23999—2009 標準中A 類技術要求的水性木器涂料。在漆膜性能和施工性能方面都能滿足客戶需求。
      (2) 在合適的丙烯酸、聚氨酯比例范圍內,聚氨酯分散體用量的提升,可以改善漆膜的耐磨性、抗指甲快速劃傷性、手感等,其他性能上對比不明顯。
      (3) 通過調整分散劑、蠟粉、消光粉及流變助劑用量,即可制備不同光澤的清漆,其綜合性能都能滿足市場需求。
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