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淺談水性木器漆的配方設(shè)計(jì) 引言 傳統(tǒng)的木器漆通常為溶劑型漆, 從早期的酚醛漆、醇酸漆、硝基漆到目前用量最大的聚氨醋漆, 都含有大量的揮發(fā)性有機(jī)溶劑, 在涂料的生產(chǎn)和使用過(guò)程中釋放出大量有害的有機(jī)化合物VOC。隨著各國(guó)環(huán)保法規(guī)對(duì)VOC的限制及對(duì)環(huán)保的重視, 溶劑型木器漆受到前所未有的挑戰(zhàn), 水性木器漆應(yīng)運(yùn)而生, 并成為眾多科研單位及涂料生產(chǎn)企業(yè)迫逐的熱點(diǎn)。水性木器漆以水為主要稀釋劑, 有別于傳統(tǒng)的溶劑型木器漆, 其配方體系是一個(gè)非常復(fù)雜的體系,除了要正確選擇樹(shù)脂外, 還需要對(duì)諸多助劑進(jìn)行合理選擇和匹配, 才能獲得性能比較滿(mǎn)意的涂料。本文針對(duì)目前市場(chǎng)上常用的木器透明面漆, 談?wù)勊阅酒髌岬呐浞皆O(shè)計(jì)思路。 樹(shù)脂的選擇助劑的選擇 目前已成功應(yīng)用于單組分水性木器漆的樹(shù)脂,主要類(lèi)型有水性醇酸、丙烯酸乳液、水性聚氨醋分散體及水性丙烯酸聚氨醋分散體。水性醇酸樹(shù)脂流平性好、豐滿(mǎn)度高, 但干燥慢, 涂膜的硬度較低、耐候性差。丙烯酸乳液具有快干, 耐光、耐候性?xún)?yōu)異等特點(diǎn), 但傳統(tǒng)的丙烯酸乳液成膜后, 耐水性、抗回粘性及柔韌性較差, 采用新型的聚合技術(shù), 如核殼、無(wú)皂乳液聚合等可改善其性能, 由于丙烯酸乳液價(jià)格相對(duì)較低, 目前在市場(chǎng)上仍倍受關(guān)注, 廣泛用于木器的裝飾底漆及面漆的制備。采用水性聚氨醋樹(shù)脂制備的水性木器漆具有低溫成膜性好、流平性好、豐滿(mǎn)度高、耐磨、手感好、抗化學(xué)品及抗回粘性?xún)?yōu)等特點(diǎn), 但由于其價(jià)格較高, 通常用于制備高檔的水性木漆面漆。丙烯酸改性聚氨醋乳液, 不但具有丙烯酸樹(shù)脂的耐候性、對(duì)顏料的潤(rùn)濕性等特點(diǎn), 還具有聚氨醋樹(shù)脂的高附著力、耐磨、抗化學(xué)品性及柔韌性等特點(diǎn)。 選擇丙烯酸乳液和聚氨醋分散體物理混合來(lái)制備水性木器漆, 必須考慮兩者的相容性, 且低溫成膜性并無(wú)明顯改善。采用核一殼聚合技術(shù)合成的水性丙烯酸聚氨醋分散體, 不但兼具丙烯酸和聚氨醋樹(shù)脂的特點(diǎn), 降低了成本, 而且低溫成膜性好, 含量低, 是配制環(huán)保型水性木器漆的首選樹(shù)脂之一。 各種類(lèi)型的樹(shù)脂性能和價(jià)格各不相同, 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)水性木器漆的應(yīng)用場(chǎng)合和使用要求, 選擇合適的樹(shù)脂, 以取得性能和價(jià)格間的平衡。 2.助劑的選擇 溶劑型木器漆中易出現(xiàn)的缺陷和弊病在水性木器漆中同樣會(huì)出現(xiàn)。由于水性木器漆以水為分散介質(zhì), 在施工應(yīng)用中容易產(chǎn)生各種弊病, 這就使水性木器漆中助劑的選擇和匹配尤為重要。水性木器漆中常用的助劑有助溶劑、潤(rùn)濕流平劑、消泡劑、增滑劑、消光劑、增稠劑等。 2.1助溶劑 水性木器漆的助溶劑通常為一些高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑, 其主要作用是幫助成膜、防凍及延長(zhǎng)涂膜的開(kāi)放時(shí)間以利于流平。水性聚氨醋樹(shù)脂盡管低溫成膜性很好, 但在夏季由于水分揮發(fā)快, 涂料很快干結(jié)成膜, 影響施工性及涂膜的外觀。加入高沸點(diǎn)、揮發(fā)慢的助溶劑可以適當(dāng)延緩漆膜的千燥速度, 延長(zhǎng)漆膜的開(kāi)放時(shí)間, 改善涂料的施工性和涂膜外觀, 同時(shí)可防止涂料表面結(jié)皮。水性木器漆選用的丙烯酸乳液一般幾值比較高, 在常溫下不能成膜, 必須加人成膜助劑幫助其成膜。所以應(yīng)根據(jù)樹(shù)脂的種類(lèi)、施工條件等因素合理選擇助溶劑的種類(lèi)和用量, 一常用的助溶劑有乙二醇丁醚、丙二醇苯醚、醇酯一12、二丙二醇甲醚、丙二醇、N一甲基毗咯烷酮等。乙二醇丁醚溶于水, 加人體系中不易與乳膠粒子接觸, 對(duì)材最低成膜溫度降低有限, 而且添加不當(dāng), 容易產(chǎn)生絮凝, 但乙二醇丁醚對(duì)基材有一定的潤(rùn)濕作用, 在不影響體系穩(wěn)定性的情況下, 可酌情選用。丙二醇苯醚直接加人時(shí), 容易發(fā)生絮凝, 需用醇類(lèi)溶劑稀釋, 但其有利于降低乳液的成膜溫度。醇醋一與各類(lèi)樹(shù)脂體系的相容性好, 不容易產(chǎn)生絮凝, 毒性較低, 成膜效果好, 用量少, 在乳膠漆中已廣泛使用,在水性木器漆中也同樣適用。進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)根據(jù)選用樹(shù)脂的種類(lèi)選擇合適的成膜助劑品種和用量。通常成膜助劑的加量為樹(shù)脂固體質(zhì)量的3-10%。潤(rùn)濕流平劑水性木器漆中含有大量的水, 只有少量的有機(jī)溶劑, 涂料體系的表面張力大, 對(duì)基材的潤(rùn)濕性差,另外一些助劑, 如消泡劑、增滑劑等的使用, 使得涂料對(duì)基材的潤(rùn)濕性進(jìn)一步變差, 容易產(chǎn)生縮孔, 因而必須加人潤(rùn)濕流平劑加以改善。潤(rùn)濕流平劑能有效降低體系的表面張力, 改善涂料對(duì)基材的潤(rùn)濕性和滲透性, 提高附著力, 并能促進(jìn)消泡劑、增滑劑和樹(shù)脂體系的相容性, 從而避免產(chǎn)生縮孔。由于潤(rùn)濕流平劑的自身活性, 在降低體系表面張力的同時(shí)也具有起泡和穩(wěn)泡的作用, 所以應(yīng)盡可能選擇潤(rùn)濕性好而低起泡性的潤(rùn)濕流平劑。潤(rùn)濕流平劑的種類(lèi)有陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、聚醚改性聚硅氧烷類(lèi)等, 其中陰離子和非離子型表面活性劑的價(jià)格較低, 而有機(jī)硅類(lèi)潤(rùn)濕劑的價(jià)格較高, 但其潤(rùn)濕效果、抗起泡性、抗縮孔性較好。潤(rùn)濕流平劑的種類(lèi)和用量應(yīng)根據(jù)水性木器漆中樹(shù)脂的表面張力對(duì)基材潤(rùn)濕和鋪展能力、基材的界面張力、消泡劑的種類(lèi)和用量等因素確定, 另外還應(yīng)考察其對(duì)涂膜的耐水性、光澤等性能的影響, 常見(jiàn)的潤(rùn)濕流平劑有 消泡劑 水性木器漆用樹(shù)脂常含有表面活性劑或具有表面活性利的特性, 因此容易產(chǎn)生氣泡, 而生產(chǎn)過(guò)程中的高速分散和攪拌及施工過(guò)程中的噴刷等操作也會(huì)促使氣泡產(chǎn)生此外潤(rùn)濕劑的使用也有助于氣泡的產(chǎn)生。由于氣泡的產(chǎn)生, 使生產(chǎn)操作困難, 也使設(shè)備的利用率不足而影響產(chǎn)量, 裝罐時(shí)因存在氣泡而需多次罐裝施工中漆膜殘留下的氣泡, 更影響木器漆的裝飾效果和使用耐久性, 因此正確選用水性木器漆中的消泡劑十分重要。消泡劑的作用機(jī)理是通過(guò)潤(rùn)濕滲透到由表面活性物質(zhì)所形成的薄層中, 在薄層中擴(kuò)散造成泡沫表面張力不平衡而破泡, 因此消泡劑必須與涂料體系有一定的不相容性, 如果消泡劑與體系完全相容, 那么, 它就不能很好地滲透到薄層中去, 消泡效果不會(huì)理想反之如果相容性太差, 雖然可以達(dá)到消泡的目的, 卻可能引起其他表面缺陷, 如縮孔等。常用的消泡劑有礦物油類(lèi)、有機(jī)硅類(lèi)、有機(jī)極性化合物類(lèi)。礦物油類(lèi)消泡劑在乳膠漆中已廣泛使用, 消泡效果不甚理想, 但價(jià)格較為便宜。該類(lèi)消泡劑所含礦物油在漆膜干燥時(shí)易浮至表面, 導(dǎo)致漆膜表面發(fā)烏。礦物油類(lèi)消泡劑中一般均含有疏水顆粒, 會(huì)影響漆膜的光澤, 因此在高光漆中一般不適用, 在啞光漆中可以選用。 有機(jī)硅類(lèi)消泡劑的消泡效果比較好, 但價(jià)格較高。在選用有機(jī)硅類(lèi)消泡劑時(shí)也應(yīng)考慮其是否含有疏水顆粒及與體系的混容性, 含有疏水顆?；蚺c體系的混容性差, 肯定會(huì)影響光澤, 不能用于高光漆。迭擇消泡劑時(shí), 一般通過(guò)效能試驗(yàn)、施工試驗(yàn)及貯存穩(wěn)定性試驗(yàn)來(lái)綜合評(píng)價(jià)。消泡劑的效能試驗(yàn)主要考察消泡劑的抑泡性、消泡性、脫泡性。常用的試驗(yàn)方法有量筒法、高速攪拌法、循環(huán)法、鼓泡法以及振動(dòng)法施工性主要考察消泡劑對(duì)漆膜的縮孔、光澤及層間附著力的影響貯存穩(wěn)定性主要考察消泡劑經(jīng)一投時(shí)間放置后的各項(xiàng)性能, 如抑泡性、消泡性、脫泡性的變化, 經(jīng)過(guò)上述項(xiàng)試驗(yàn)后可選出較適宜的消泡劑。所用樹(shù)脂不同, 選用的消泡劑可能不同,采用種消泡劑配合使用, 可以獲得較為滿(mǎn)意的結(jié)果。消泡劑的加入量需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定, 若加人量少, 起不到消泡效果, 加人量太大, 則會(huì)引起漆膜產(chǎn)生縮孔及再涂性變差等病態(tài)。一般其加量為涂料總 2.4增滑劑 增滑劑的主要作用是改善漆膜表面的平整度,提高漆膜表面滑爽程度和漆膜抗劃傷性能, 提高抗回粘性, 并具有良好的手感。在啞光漆中與消光粉拼合使用, 能使漆膜性能更趨完善, 使漆膜的消光效果, 耐水、耐磨、耐污性等都有明顯改善。常用的增滑劑有有機(jī)硅類(lèi)及水乳型的聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等,其中水乳型的聚烯烴蠟由于粒徑和粒徑分布不同,其消光效果各不相同, 有適用于有光漆的, 也有適用于啞光漆的。 在選用增滑劑時(shí)應(yīng)注意其與體系的相容性, 如果使用不當(dāng), 可能會(huì)產(chǎn)生氣泡和縮孔并影響漆膜的再涂性, 造成層間附著力變差。有機(jī)硅類(lèi)增滑劑加 2.5消光劑 水性木器透明面漆, 按漆膜光澤的高低分為有光, 啞光、平光漆。啞光及平光漆的漆膜光澤柔和,又保留底材的顏色和花紋, 成為消費(fèi)主流。水性木器清漆通常加人消光劑以達(dá)到消光目 的, 其消光機(jī)理是使涂膜表面變得不平整造成光線的漫反射以削弱反射光強(qiáng)度, 從而達(dá)到消光目的。也有在清漆中加入超細(xì)填料, 增加顏料體積濃度, 使涂膜光澤下降, 但這種方法影響清漆的透明性。常見(jiàn)的消光劑分為有機(jī)消光劑和無(wú)機(jī)消光劑。有機(jī)消光劑主要是合成蠟, 不僅可以消光, 還可以增加漆膜表面光滑度, 增強(qiáng)手感, 但可能會(huì)使漆膜的再涂性變差, 因此加量受到限制, 消光效果有限。無(wú)機(jī)消光劑主要是氣相二氧化硅也稱(chēng)消光粉, 其折射指數(shù)與樹(shù)脂的折射指數(shù)相近, 對(duì)涂膜的透明性有一定影響。影響氣相二氧化硅消光效果的主要物理參數(shù)是粒徑和孔隙率。一般來(lái)說(shuō)孔隙率高的二氧化硅消光效果好, 粒徑分布越窄, 消光效果越好。“ 細(xì)”顆粒會(huì)增大涂料的粘度和觸變性, 防沉降性較好“ 粗”顆粒則會(huì)使涂膜表面過(guò)度粗糙。常用于木器涂料的消光粉粒徑范圍為3-7um、孔隙率1.2-2.0/g同一種消光粉在不同的體系中作用效果不同,應(yīng)分別考察其消光效果、分散程度、防沉性及對(duì)漆膜透明性的影響等。如在丙烯酸乳液體系中, 應(yīng)選擇觸變性小且易分散的消光粉, 防止乳液因過(guò)度攪拌 而產(chǎn)生絮凝, 如一些水合的消光粉, 其特點(diǎn)是易分散、觸變性小, 但用量要增大。乳液本身已具有一定的觸變性, 因此分散于其中的消光粉不容易沉降。而聚氨醋分散體及丙烯酸聚氨醋分散體由于觸變性小, 消光粉容易沉降, 可選擇引起觸變稍大的消光粉。此外還應(yīng)注意消光粉的聲值, 一般選聲值為中性的消光粉較為合適, 低聲值的則難以分散。溶劑型木器漆中常選用經(jīng)有機(jī)物處理的消光粉, 可有效防止沉降, 并提高手感, 而在水性木器漆中這些作 用效果不明顯, 所以一般選用未經(jīng)有機(jī)物處理的消光粉, 并和增滑劑同時(shí)使用, 可明顯改善因加人消光粉后漆膜產(chǎn)生的粗糙度, 得到較好的手感。通常在樹(shù)脂中直接分散消光粉, 而不采用水助溶劑分散, 這樣可以提高涂料的固體分, 提高漆膜的豐滿(mǎn)度?？梢酝ㄟ^(guò)使用分散劑來(lái)加強(qiáng)分散效果, 在不產(chǎn)生絮凝的前提下, 可以適當(dāng)提高分散速度來(lái)改善分散效果, 也可以提高涂料的中、低剪切粘度來(lái)防止消光粉沉降。 消光粉的加量與漆膜光澤和樹(shù)脂的種類(lèi)有關(guān),丙烯酸乳液容易消光, 而水性聚氨醋則難以消光。常見(jiàn)的消光粉有ok-412 ok520 OK607 ED30 TS100 W300 W500等。 2.6增稠劑 水性樹(shù)脂的粘度比較低, 例如水性聚氨醋分散體的粘度僅有一· 。。若涂料粘度太低, 在貯存中消光粉容易發(fā)生沉降, 形成硬沉淀, 影響使用。另外在立面上施工時(shí), 還會(huì)發(fā)生流掛現(xiàn)象。因此配制涂料時(shí)有必要給予增稠, 增稠可以增加一次施工膜厚, 提高豐滿(mǎn)度, 改進(jìn)刷涂施工性。 常見(jiàn)的增稠劑有纖維素、丙烯酸堿溶脹型及聚氨酉旨締合型增稠劑。纖維素類(lèi)增稠劑易被微生物降解、發(fā)霉, 且涂料增稠后觸變性太大, 不利于涂膜流平, 一般不予選用。丙烯酸堿溶脹型增稠劑會(huì)引起涂料發(fā)乳, 影響涂膜的外觀。該類(lèi)增稠劑可提高涂料的中、低剪切粘度, 防止涂膜流掛, 在啞光或平光漆中加人部分丙烯酸堿溶脹型增稠劑, 可有效防止消光粉的沉降。堿溶脹型增稠劑可能會(huì)使涂膜的耐水性下降, 另外在添加時(shí)應(yīng)稀釋數(shù)倍, 否則易產(chǎn)生絮 凝。締合型增稠劑可提高涂料的高剪切粘度, 對(duì)徐料的觸變性影響很小, 有利于涂料在施工時(shí)的流動(dòng),減少刷痕。該增稠劑對(duì)涂膜的耐水性無(wú)影響, 可直接添加, 不會(huì)引起絮凝。但若使用過(guò)量, 可能會(huì)引起涂料的分水和分層。對(duì)于任一體系, 可根據(jù)實(shí)際情況單一選用或復(fù)合選用丙烯酸堿溶脹型及聚氨醋締合型增稠劑, 使涂料的流掛和流平達(dá)到平衡。 常用 其他助劑 配制水性木器漆時(shí)還會(huì)加人一些其他助劑, 如殺菌劑可以防止涂料及涂膜發(fā)霉、腐敗, 應(yīng)使用低毒或無(wú)毒的殺菌劑。另外還應(yīng)注意其與樹(shù)脂的匹配性, 不應(yīng)產(chǎn)生絮凝及其他不良現(xiàn)象。水性木器漆用作室外裝飾時(shí), 紫外光可以穿透清漆涂膜, 作用于木材, 引起黃變, 紫外光吸收劑的加人, 可以減緩紫外光的破壞作用。 水性木器漆的固含量一般為一30-50%, 其組成一半以上是水, 在冬季貯存時(shí)需要防凍。水性木器漆和乳膠漆一樣, 可選用二元醇作為防凍劑, 常用的二元醇有乙二醇和丙二醇, 前者吸水性強(qiáng), 在涂膜中逃逸較慢。此外, 水性木器漆中使用二元醇還能降低成膜溫度, 延長(zhǎng)“ 濕邊時(shí)間” , 有助于提高涂料的流平性, 減少“ 接頭” 痕跡。在配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用季節(jié)及地區(qū)、環(huán)境氣候條件的不同及具體的使用溫度來(lái)確定防凍劑的加量, 通常其加量為涂料總量1-3% 由表2可以看出, 我院研制的水性木器漆的各項(xiàng)性能已接近或達(dá)到溶劑型木器漆標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo), 而揮發(fā)性有機(jī)化合物含量遠(yuǎn)低于溶劑型木器漆,環(huán)保安全, 整體上已具有與溶劑型木器漆竟?fàn)幍哪芰?/SPAN>, 特別適用于室舀裝飾裝修。 |
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