水性抗流挂清底漆的研发与应用

水性抗流挂清底漆的研发与应用0前言2014年年初北京的连续雾霾天气引发了人们对环境保护重要性的热烈讨论，作为VOC排放大户的家具生产企业顿时成了众矢之的。这正好给环境友好涂料的发展带来了又一个春天，水性木器涂料作为目前为止最绿色环保的产品之一需要大力推广。但是水性木器涂料作为涂料家族里年轻的一位成员，有许多性能需要逐步改进和完善，其中最典型的就是干燥速度没有溶剂型产品快，导致生产效率低下，不能满足工厂的高效要求。随着涂装设备及涂装工艺的逐步发展，通过改变涂装工艺、改良涂装环境以及采用机械化流水线生产，采用水性木器涂料代替溶剂型涂料也能够达到家具厂对出货时限短的要求。采用机械化流水线生产，经常会遇到立面喷涂抗流挂的问题，如何解决好水性木器涂料立面喷涂抗流挂问题，在水性木器涂料推广过程中具有非常重要的意义。1试验部分1.1试验主要原材料单组分水性树脂(进口丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散体、聚氨酯改性丙烯酸乳液)、成膜助剂、基材润湿剂、消泡剂、杀菌剂、流变助剂、pH值调节剂、打磨助剂。1.2参考配方(见表1)1.3制漆工艺将乳液先加入到搅拌罐中，在搅拌状态下慢速加入杀菌剂，消泡剂用成膜助剂预先稀释后在中速搅拌下慢速加入搅拌罐中，高速分散10min，然后加入流变助剂(粉状流变助剂先做成预制品)、基材润湿剂，中速搅拌5min，最后加入pH值调节剂、打磨助剂、消泡剂及去离子水，调节黏度和pH值，继续低速搅拌5min，过滤出料。1.4性能测试干燥性(强制干燥)：GB/T1724—1979(89)，干燥条件：50℃，相对湿度：45%；抗流挂：在做好底漆的样板上进行立面喷涂，湿膜厚度100μm，施工黏度：25s(涂-2杯/25℃)，直接观察流油程度；流平：在做好底漆的样板上进行立面喷涂，湿膜厚度100μm，施工黏度：25s(涂-2杯/25℃)，直接观察立面流平效果；润湿性：待测样品添加3%水性红色精，在美国橡木素材上直接进行立面喷涂，湿膜厚度100μm，施工黏度：25s(涂-2杯/25℃)，通过观察颜色的均匀性对比测试涂料的入孔性能(润湿性)；打磨性：用320#砂纸来回打磨20次，观察涂膜表面的平整度、出粉量及砂纸上是否粘有涂料，进行评价；透明性：在做过黑色漆的样板上喷涂3遍待测样品，直接观察干膜透明性；常温耐水性：GB/T4893.1—2005(24h)；耐沸水性：按常温耐水性测试及评价方法进行，试液为沸水，试验过程中任其自然冷却，试验时间为15min，试验后放置15min观察；耐碱性：测试及评价方法同常温耐水性，试液为50g/L的NaHCO3，试验时间为1h，试验后放置1h观察；耐醇性：测试及评价方法同常温耐水性，试液为50%(体积分数)的乙醇溶液，试验时间为1h，试验后放置1h观察；堆叠性：在毛榉木板(规格为15cm×7cm)上喷涂1遍，湿膜厚度100μm，50℃烘烤2h，常温晾干5min后面对面放在一起，上面压20kg砝码，放置12h。2结果与讨论2.1水性乳液的影响涂料的性能主要是由树脂决定的，现在常用的水性木器涂料树脂有以下几类：水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散体、水性聚氨酯改性丙烯酸乳液。笔者针对上述3种乳液分别选择了市场上销售较好的产品进行了评测，结果见表2。不同树脂类型性能对比结果由表2可以看出，水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯改性丙烯酸乳液粒径较大，并且需要加入较多成膜助剂，润湿性和抗流挂性能一般，但是具有优异的耐化学品性能，相对价格也比较便宜；水性聚氨酯分散体几乎不需要后添加成膜助剂，干燥速度快，抗流挂性能好，而且树脂粒径小，表观透明性优异，具有非常好的基材润湿效果。2.2成膜助剂的选择水性木器涂料中用的成膜助剂多数是醇醚类的溶剂，应用过程中一般是慢干和快干搭配使用。常用的成膜助剂主要有如下几种：Texanol、DPnB、DB、DPM、PnB、BCS；不同成膜助剂对干燥性及堆叠性的影响见表3。为了达到快干的效果，尤其是采用强制干燥方式，在选择成膜助剂时，可以选择一些挥发速度相对较快的成膜助剂，例如DPM、PnB、BCS等，当然，为了控制涂膜的开放时间，也可以搭配沸点高一点的，例如DPnB，但要控制添加量。2.3消泡剂的选择消泡剂主要有以下几类：矿物油、有机硅表面活性剂以及上述类型化合物的乳液，再就是不含有机硅的聚合物型消泡剂。在清漆中，考虑到光泽和涂膜透明性，矿物油类最不适合，因为其用量大，易迁移，且影响清漆光泽和透明性；不含有机硅的聚合物类虽然在清漆中相容性最好，但是如果该体系所用乳液具有较多的表面活性剂残余，其消泡效果则不是最好的；有机硅类的消泡剂可以进行改性，并且相容性可以控制，所以该类消泡剂在水性木器涂料中应用比较广泛。而为了达到最好的消泡和脱泡效果，一般会2种或3种消泡剂一起搭配使用，因为一些脱泡剂虽然能促进气泡逸升，但在表面不能有效破泡，配合使用一些含有疏水二氧化硅粒子的种类，会获得更好的破泡效果。并且为了达到最好的消泡效果，消泡剂可以根据类型分批次添加，这样可以得到更好的消泡效率。2.4基材润湿剂的选择基材润湿剂的主要功能是降低液相的表面张力。水性木器涂料体系里60%及以上都是水，水的表面张力达到了72mN/m,很难在木材表面铺展，就需要加入基材润湿剂来降低体系的表面张力。常见的基材润湿剂类型有有机硅类、丙烯酸类、含氟的表面活性剂以及炔醇类表面活性剂。其中含氟的表面活性剂具有更好的入孔效果，但是会有轻微稳泡以及相容性问题，需要做评价后再进行使用。有机硅类和丙烯酸类是最常用的类型，市场上也产品最多。而炔醇类表面活性剂则具有更轻微的稳泡效果，搭配含氟的表面活性剂进行使用，会得到更好的润湿效果。2.5流变助剂的选择对于要求立面喷涂的水性清底漆来说，流变助剂在该配方体系里占有举足轻重的作用。只有根据相应树脂体系选择合适的流变助剂，才能使水性抗流挂清底漆得到应有的流挂流平平衡，并且不影响入孔性能和透明性。流变助剂的种类很多，综合来说主要有如下几种：有机膨润土类、气相二氧化硅类、纤维素醚类、缔合型聚氨酯类、碱溶胀丙烯酸类、蜡乳液类以及改性脲类。笔者针对上述几种类型的流变助剂分别选择了市场具有代表性的产品进行了评测，结果见表4。在水性木器涂料里，最常用的是缔合型聚氨酯类和碱溶胀丙烯酸类，为了提高耐水性，碱溶胀丙烯酸增稠剂最好选用疏水改性的产品，而聚氨酯类可以选择触变型与流平型互相搭配以达到流平与抗流挂的一个平衡性。有机膨润土需要的添加量大，对透明性有一定影响。纤维素醚类可能会影响耐水性，所以实际应用比较少。气相二氧化硅具有很好的抗流挂性，但是会影响流平性和入孔性，添加量大，成本较高。蜡乳液具有很好的抗流挂性能，而且贮存稳定性好，缺点是对透明性和光泽有影响。改性脲类产品市场上比较少见，具有很好的抗流挂性能，但是其流动态一般，要测试与树脂的相容性，如果使用不当，则会导致涂料成果冻状，不方便使用。2.6打磨助剂的选择为了改善水性抗流挂清底漆的打磨性能，我们可以添加打磨助剂，打磨助剂的类型主要有蜡粉、硬脂酸钙(锌)以及硬脂酸钙(锌)的乳化液，蜡粉的透明性好，打磨性较好，但是价格较高。粉剂硬脂酸钙(锌)具有优异的打磨性和透明性，但是粉剂添加稍显麻烦，而且在生产时需要高速分散，容易导致稳泡问题，避免这方面缺陷的方式是做成半成品硬脂酸钙(锌)粉膏或乳化液后添加，避免高速搅拌，这样可以很好地解决稳泡问题。3结语随着人类生存环境的日益恶化，国家法律法规会逐渐对溶剂型涂料进行限制，一些具有前瞻性的大的家具生产企业已经逐渐从溶剂型涂料往绿色环境友好的水性涂料上转型。通过合理的配方设计，使水性清底漆在采用流水线涂装时也能很好地解决抗流挂与流平的矛盾，干燥快，透明性可以做到比PU涂料还好，在采用强制干燥的条件下，水性木器涂料的生产效率甚至可以超过PU涂料，达到NC涂料的生产效率。如果采用水性木器涂料也能大大提高生产效率和产品质量稳定性，则很好地解决了人力成本上升和日益恶化的环境问题，对水性木器涂料的推广具有非常大的意义。