涂料乳液
新一代水性木器涂料用丙烯酸乳液的研究
2.原材料选择及应用性能测试
2.1水性家具涂料的原材料选择
配方原材料的选择对于涂膜最终性能至关重要。而其中,对于表观性能以及表面缺陷,消泡剂、润湿剂以及成膜助剂的选择是起决定性作用的。我们测试了不同类型的消泡剂,其中大部分的消泡剂在湿膜中引起鱼眼现象,而在干膜中引起橘纹现象。另外也观察到,就算是同一类型的消泡剂也会引起性能上的巨大变化,所以应该认真筛选消泡剂以选出最适合的。通常在丙烯酸乳液中,乳化剂用量过高,对最终涂膜的耐水、耐化学性能有副作用,所以在整个配方中尽可能减少表面活性剂使用量。这么低的表面活性剂用量又往往引起对基材的润湿问题,所以对润湿剂的选择也很重要。一个好的润湿剂应当有以下几个特性:提高对于多孔状基材的渗透能力,提高流平性,另外低泡。由于用于水性木器涂料的乳液产品的Tg设计得比较高,所以在配方中还需要一定量的成膜助剂。常见的成膜助剂都可以使用。选择成膜助剂应该考虑成膜助剂在水和聚合物中的相容性以及挥发速度,如果成膜助剂在成膜过程中挥发过快,容易引起润湿性能差以及最终涂膜泛白。如果成膜助剂挥发过慢,将导致抗粘连和打磨性能下降。另外也应该优化成膜助剂用量,由于成膜助剂用量不足而引起的成膜不良会导致涂膜耐化学品性的下降。
2.2抗粘连性能对比
抗粘连性能对于工业涂料也是一个重要的参数,因为物件在涂膜后可能在干燥流程后短时间内堆积在一起,而此时这些物件的温度往往还不低。我们对木器涂料用乳液产品的聚合物形貌结构进行了特殊设计,它同时提供了在低成膜助剂用量下的良好成膜性以及优异的抗粘连性。抗粘连性是按照如下方法测试的:胶合板(70mm×150mm)的一面涂上清漆,闪干2min后,在70℃烘箱中干燥6min,取出冷却5min至大约30℃,然后涂有涂层的两面贴在一起,并施加0.102kg/cm2的压力,保持这个压力过夜(如图4)。
 
2.1水性家具涂料的原材料选择
配方原材料的选择对于涂膜最终性能至关重要。而其中,对于表观性能以及表面缺陷,消泡剂、润湿剂以及成膜助剂的选择是起决定性作用的。我们测试了不同类型的消泡剂,其中大部分的消泡剂在湿膜中引起鱼眼现象,而在干膜中引起橘纹现象。另外也观察到,就算是同一类型的消泡剂也会引起性能上的巨大变化,所以应该认真筛选消泡剂以选出最适合的。通常在丙烯酸乳液中,乳化剂用量过高,对最终涂膜的耐水、耐化学性能有副作用,所以在整个配方中尽可能减少表面活性剂使用量。这么低的表面活性剂用量又往往引起对基材的润湿问题,所以对润湿剂的选择也很重要。一个好的润湿剂应当有以下几个特性:提高对于多孔状基材的渗透能力,提高流平性,另外低泡。由于用于水性木器涂料的乳液产品的Tg设计得比较高,所以在配方中还需要一定量的成膜助剂。常见的成膜助剂都可以使用。选择成膜助剂应该考虑成膜助剂在水和聚合物中的相容性以及挥发速度,如果成膜助剂在成膜过程中挥发过快,容易引起润湿性能差以及最终涂膜泛白。如果成膜助剂挥发过慢,将导致抗粘连和打磨性能下降。另外也应该优化成膜助剂用量,由于成膜助剂用量不足而引起的成膜不良会导致涂膜耐化学品性的下降。
2.2抗粘连性能对比
抗粘连性能对于工业涂料也是一个重要的参数,因为物件在涂膜后可能在干燥流程后短时间内堆积在一起,而此时这些物件的温度往往还不低。我们对木器涂料用乳液产品的聚合物形貌结构进行了特殊设计,它同时提供了在低成膜助剂用量下的良好成膜性以及优异的抗粘连性。抗粘连性是按照如下方法测试的:胶合板(70mm×150mm)的一面涂上清漆,闪干2min后,在70℃烘箱中干燥6min,取出冷却5min至大约30℃,然后涂有涂层的两面贴在一起,并施加0.102kg/cm2的压力,保持这个压力过夜(如图4)。

图4抗粘连测试照片 
 
将两块板分开后,评估粘连痕迹,并给出0~5的评分。5意味着涂膜之间没有任何粘连,而0意味着两块板粘在一起。从图5的结果对比中,可以看出新型的木器涂料用丙烯酸乳液的抗粘连性优于传统的丙烯酸乳液产品。
 
2.3表观性能对比
木器清漆另外重要的一点是展现木材的天然“温泽感“。通常溶剂型木器清漆会比较容易做到这一点,现在新一代水性木器涂料用乳液产品也可以做到。水性木器清漆另外一点应该避免木材变色,特别是橡木制品易于变色,通过乳液成分的优化设计,本试验研究的水性木器涂料用乳液可以更多避免木材变色情况出现。有时,水性体系容易在深色着色漆上产生雾影(虽然在这次测试中,没有碰到这个问题)。图6展示了各个体系刷涂在3种木材上的干膜表观性能。评估值从0~5,5说明性能最好。
 
木器清漆另外重要的一点是展现木材的天然“温泽感“。通常溶剂型木器清漆会比较容易做到这一点,现在新一代水性木器涂料用乳液产品也可以做到。水性木器清漆另外一点应该避免木材变色,特别是橡木制品易于变色,通过乳液成分的优化设计,本试验研究的水性木器涂料用乳液可以更多避免木材变色情况出现。有时,水性体系容易在深色着色漆上产生雾影(虽然在这次测试中,没有碰到这个问题)。图6展示了各个体系刷涂在3种木材上的干膜表观性能。评估值从0~5,5说明性能最好。

图6在不同木材上的透明涂膜表观性能比较 
 
由比较可以看出,本水性丙烯酸乳液产品在表观性能上优于市场其他产品,包括丙烯酸/聚氨酯分散体。
2.4耐化学品性对比
耐家居化学品对于家装清漆至关重要。这个测试也是在山毛榉胶合板上进行的,刷涂3道清漆,2道刷涂间隔之间放入50℃的烘箱10min,然后室温干燥2d。结果见表1。由表1可以看出,新开发的水性丙烯酸体系具有优异的耐化学品性,特别是具有优异的耐乙醇性能。
 
2.4耐化学品性对比
耐家居化学品对于家装清漆至关重要。这个测试也是在山毛榉胶合板上进行的,刷涂3道清漆,2道刷涂间隔之间放入50℃的烘箱10min,然后室温干燥2d。结果见表1。由表1可以看出,新开发的水性丙烯酸体系具有优异的耐化学品性,特别是具有优异的耐乙醇性能。

注:评判标准0~5.5:最好。
2.5耐热性
耐热性是家装清漆重点考察的另外一个性能。特别是用于桌面涂装时,通常需要表面涂层能耐得住热水壶和热水杯。常见的耐热性不良的涂层,在与之接触的热源撤走后,出现泛白或者失光。耐热性测试按照EN12721以及EN12722标准测试,测试基材也是在夹合板上,3道刷涂,每道刷涂之后放入50℃烘箱10min,室温干燥2d后,分别测试涂层的耐干热和耐湿热性能。耐干热性能是通过将盛有85℃热水的铝制容器放在涂膜表面测试的。而耐湿热测试是在铝制容器和涂膜之间又放入弄湿的纱布。铝制容器放置在测试样品上15min后撤走,评估测试样品恢复24min后的情况,结果见图7。由图7可见,本文中开发的水性丙烯酸体系具有优异的耐热性,在耐干热和耐湿热测试中,铝制容器撤走后,没有任何痕迹。优异的耐热性通过优化的乳液形貌控制以及自交联技术获得。
 
2.5耐热性
耐热性是家装清漆重点考察的另外一个性能。特别是用于桌面涂装时,通常需要表面涂层能耐得住热水壶和热水杯。常见的耐热性不良的涂层,在与之接触的热源撤走后,出现泛白或者失光。耐热性测试按照EN12721以及EN12722标准测试,测试基材也是在夹合板上,3道刷涂,每道刷涂之后放入50℃烘箱10min,室温干燥2d后,分别测试涂层的耐干热和耐湿热性能。耐干热性能是通过将盛有85℃热水的铝制容器放在涂膜表面测试的。而耐湿热测试是在铝制容器和涂膜之间又放入弄湿的纱布。铝制容器放置在测试样品上15min后撤走,评估测试样品恢复24min后的情况,结果见图7。由图7可见,本文中开发的水性丙烯酸体系具有优异的耐热性,在耐干热和耐湿热测试中,铝制容器撤走后,没有任何痕迹。优异的耐热性通过优化的乳液形貌控制以及自交联技术获得。

图7耐湿热和干热性能测试
2.6硬度建立时间对比
木器涂料的硬度和硬度建立时间是表示涂膜机械强度的重要性能之一。普通丙烯酸乳液技术因为VOC的控制和成膜性的要求,很难在聚合物的玻璃化温度和硬度之间获得好的平衡。本新型水性丙烯酸乳液产品采用特殊设计的自交联技术,可以在保持配方低VOC的前提下展现良好的硬度和快速的硬度建立。此可以图8的涂膜硬度和硬度建立比较中看出。
 
木器涂料的硬度和硬度建立时间是表示涂膜机械强度的重要性能之一。普通丙烯酸乳液技术因为VOC的控制和成膜性的要求,很难在聚合物的玻璃化温度和硬度之间获得好的平衡。本新型水性丙烯酸乳液产品采用特殊设计的自交联技术,可以在保持配方低VOC的前提下展现良好的硬度和快速的硬度建立。此可以图8的涂膜硬度和硬度建立比较中看出。

图8涂膜硬度和硬度建立比较
3.结论和建议
通过以上系列测试可以得出,乳液聚合物形貌结构的优化以及室温自交联等突破技术,赋予了新一代水性丙烯酸乳液产品体系优异的抗粘连性、耐热性、硬度以及其他的重要性能。另外,精选的表面活性剂组合以及良好的粒径控制使得水性丙烯酸木器涂料体系具有良好的基材润湿性以及近似于溶剂型体系才有的“温泽感”。选择正确的原材料与采用突破技术的水性丙烯酸乳液相配合,完全可以让我们生产出符合工业家具用或者一般装饰装修市场的水性木器涂料产品。
 
通过以上系列测试可以得出,乳液聚合物形貌结构的优化以及室温自交联等突破技术,赋予了新一代水性丙烯酸乳液产品体系优异的抗粘连性、耐热性、硬度以及其他的重要性能。另外,精选的表面活性剂组合以及良好的粒径控制使得水性丙烯酸木器涂料体系具有良好的基材润湿性以及近似于溶剂型体系才有的“温泽感”。选择正确的原材料与采用突破技术的水性丙烯酸乳液相配合,完全可以让我们生产出符合工业家具用或者一般装饰装修市场的水性木器涂料产品。
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