木器漆透明性及其表示方法探讨

木器漆透明性及其表示方法探讨□张涛1，苏振祥2（1.武汉双虎建筑涂料有限公司，武汉430035；2.广东神洲化学工业有限公司，顺德528308）摘要:针对造成PU木器漆透明性下降的发白及蓝光现象，分析了木器漆漆膜透明性的光学原理，通过对其常用的消光粉类型、用量和干膜厚度的关系试验初步提出了用分光测色仪来对漆膜透明性进行定量表示的方法。关键词:木器漆；透明性；发白；蓝光0前言由于PU木器涂料突出的保护和装饰性能，其在家装市场占有极高的比例。其中又以PU透明底面漆为主导。随着家装用面板由浅色向深色的转变，家装涂料市场原本黄变的主要质量投诉被大量的发白所取代，成为近几年来最多的质量投诉。我们常说的发白主要是指漆膜透明性的下降。而对于PU木器漆透明性的检测没有规定的标准[1]，大部分文献资料均通过直观的对比或是简单的5分制进行评价[2-3]，其易受人的主观思维影响。1漆膜的光学原理及其透明性的测量一定强度的可见光（380～780nm）照射在一漆膜上时会发生透射、吸收、散射三种现象[4]。如果入射的光通量被无选择性地全部透射，则在视觉上是一种理想的无色透明；如果入射的光通量被无选择性地全部吸收，则在视觉上是一种理想的纯黑色；如果入射的光通量被无选择性地全部散射（完全反射漫射），则在视觉上是一种理想的纯白色；而当入射的光通量被部分有选择性地透射、吸收、散射时，在视觉上便形成了各种彩色及透明的颜色。漆膜的透明性与其颜料粒子尺寸和树脂体系的折光指数相关。如果粒子尺寸足够小且与树脂具有相同的折光率，则它们几乎不散射光，看起来就是透明的。在涂料行业我们常用分光光度计来测量液体的透明性---透光率，如测量硝化棉的透光率。但对于PU透明漆在相同的施工条件下，漆液的透明性与其所制漆膜的透明性并没有必然联系。因此，在日常生产检测中我们常用一定厚度的漆膜涂布器把漆液刮涂在透明的玻璃板上，待其干燥后通过人眼观察与标准样品的差别来评定透明性的优劣。而固体薄膜透明性的检测在塑料工业应用非常成熟，如GB/T2410－1980透明塑料透光率和雾度试验方法。我们可利用此法将待测产品涂在一已知透光率的透明底材上来测量木器漆漆膜的透明性，但在涂料行业很少使用此方法。我们常用分光测色仪来测量涂膜的颜色。涂膜透明性的下降一方面主要是由于其发白造成的，从光学及色度学上说发白表明其反射率或明度值的上升（△L*＞0）；另一方面是因为其有选择性地吸收可见光而显现蓝色所造成的(△b*＜0)。因此，我们可用分光测色仪来测量涂膜的色差以间接表示其透明性。为避免木器底材颜色不一致的影响及增加对比性，我们选择经黑色漆封闭的平整底板，其反射率不大于1％，并以此底板L*0、a*0、b*0值为基准在其上涂装一定厚度的漆膜，经干燥后再测其L*1、a*1、b*1值，由此计算色差△E*，色差值越大则透明性越差。影响涂膜透明性的原因复杂多变，陈小文等[5]认为随着涂膜厚度增大，发白现象逐渐严重；随着涂膜干燥时间的增加，发白程度越来越轻；随着涂料配方中滑石粉含量的增加，涂膜透明性下降。蒋建平等[6]认为如果涂料中粉料含量超过CPVC，或因分散不均匀、出现局部粉含量超过CPVC的情况，会导致漆膜出现中长期发白。童学平等[7]通过对底漆和面漆中不同原料的选择、用量以及配方体系的折光系数上分析了透明性的影响因素。本文将针对木器漆中常用的消光粉种类、用量来考察其对透明性的影响并探讨用分光测色仪来定量表示透明性的大小。2实验部分2.1原料短油度醇酸树脂：元邦YP31–70DY；硝化棉液：1／4″自制25%；防沉剂、催干剂：德谦；分散剂、消泡剂、流平剂：BYK和CibaEFKA；消光粉：GraceED2、GASILHP860、广州高凌SA250及A360、江门展鹏J606；固化剂：广东神洲B–40c；稀释剂等。2.2试验仪器：SDF400型试验多用分散机；NDJ–1旋转黏度计；QXD型刮板细读计；W–71喷枪（1.3mm）；C84–Ⅲ反射率测定仪，上海普申化工机械有限公司；XGT台式镜向光泽计，天津信光科技开发公司；测可赖DCF–900型涂层、镀层测厚仪，广州柏利斯设备公司；MA68Ⅱ多角度分光光度仪，X–Rite。2.3哑光面漆的制备按表1顺序加入树脂、溶剂、助剂、消光粉以3000rpm分散15min，加入溶剂、硝化棉液、助剂以1000rpm搅拌均匀得到羟基组分。配漆按质量比羟基组分：固化剂组分：稀释剂＝1：0.5：适量。表1试验配方原料w％1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#YP31–70DY6565656565656565656565CYC55555555555防沉剂11111111111消泡剂0.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.3分散剂∕∕∕∕∕∕∕∕∕∕0.4消光粉∕2468444444XYL13.711.79.77.75.79.79.79.79.79.79.3BAC88888888888流平剂0.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.4催干剂0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.1硝化棉液6.56.56.56.56.56.56.56.56.56.56.52.4涂料性能检测制备好的涂料按相关标准检测细度、黏度后配漆喷涂于经封闭的黑色底板（反射率RB＝0.3％、L*0＝2.96、a*0＝0.06、b*0＝0.38）并在该板中间放置一马口铁板以测量厚度。在一定条件下干燥48h后测量其光泽、厚度δ1及L*1、a*1、b*1值并计算△L*、△b*、△E*值，重复上述操作3遍，并在最后一遍测量反射率RB。样品性能测试结果见表2。表2样品性能测试结果编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#消光粉型号/ED2ED2ED2ED2HP860C906SA250A360J606ED2细度／μm15151517.52022.525252527.515黏度／mPa.s13801520158020803200150016401600170022001240光泽度(60°)97.473.053.631.919.349.646.550.759.857.853.33结果与讨论3.1同型号消光粉用量及干膜厚度与透明性的关系下表3为测量并计算样品1#、2#、3#、4#、5#、11#的△L*、△b*、△E*及δ值,以此表绘制δ与△E*关系如图1，表3GraceED2干膜厚度与色差数据编号1#2#3#4#5#11#第一遍△L*-0.07-0.040.200.882.060.05△b*-0.15-0.15-0.30-0.22-0.50-0.22△E*0.170.160.360.912.120.23δ／μm373543454437第二遍△L*-0.100.040.470.982.300.33△b*-0.17-0.24-0.49-0.61-0.79-0.40△E*0.240.260.681.162.430.53δ／μm727382868788第三遍△L*-0.140.220.691.422.910.70△b*-0.20-0.34-0.65-0.84-1.23-0.59△E*0.250.410.951.653.160.92δ／μm110118125129133133第四遍△L*-0.110.501.092.485.481.18△b*-0.42-0.43-0.83-1.23-1.85-0.83△E*0.440.661.382.795.811.46δ／μm140149160165165163RB∕％0.40.71.11.62.41.10123456255075100125150175δ/μm△E*1#2#3#4#5#11#图1GraceED2干膜厚度δ与色差△E*关系图由表3可见，随着消光粉用量及干膜厚度的增加△L*的正值越来越大、△b*的负值也越来越大，给人眼的感官是漆膜逐渐发白和显蓝光，这是因为消光粉的折光指数不可能和树脂体系的折光指数完全一致，且过多的消光粉不能被树脂完全润湿所致。由表3还可以看出，在造成透明性下降的因素中随着消光粉用量和干膜厚度的增加发白（△L*）的影响在数值上明显大于蓝光（△b*），这就是我们常说的含进口高品质消光粉的清漆厚涂很少有蓝光现象。由图1可见，ED2消光粉添加量在6％以下即使干膜厚度达到120μm也有很好的透明性，超过6％后漆膜透明性急剧下降，这主要是因为消光粉未充分分散使干膜中残留空气，空气的折光指数与树脂体系相差过大造成光散射引起。从表2中也可见，消光粉含量越高分散的细度也越差。表3中1#试样虽不含消光粉，但其△b*的负值逐渐增高而显蓝光是因为体系中的不相容性改变了折光指数而引起，比如助剂的不相容、成膜物中硝化棉与固化剂的有限相容等。通过仔细选择原料的相容性我们有可能得到一条近似水平的1#线。由图1还可见，3#和11#样品的曲线相当接近，这说明在该体系中添加润湿分散剂对透明性并没有太大提升，但明显降低了成品黏度（表2）有利于流平性的提高。这是由于木器漆用的树脂多属大豆油脂肪酸改性的短油醇酸树脂，其具有一定的颜料润湿性，能很好润湿少量的消光粉，致使润湿分散剂的作用不能完全体现出来。而如果使用一些超短油度、分子量大的快干及易消光型树脂或者消光粉添加量大的情形下（如5#样品）润湿分散剂对透明性的提高会明显些。3.2不同型号消光粉用量及干膜厚度与透明性的关系下表4为测量并计算样品6#、7#、8#、9#、10#的△L*、△b*、△E*及δ值,以此表绘制δ与△E*关系图2表4含不同型号消光粉的干膜厚度与色差数据编号6#7#8#9#10#第一遍△L*0.010.090.120.530.56△b*-0.41-0.28-0.36-0.61-0.69△E*0.410.300.380.810.89δ／μm5046434547第二遍△L*0.400.470.661.211.35△b*-0.52-0.53-0.74-1.30-1.49△E*0.660.710.991.782.01δ／μm8585838689第三遍△L*0.760.970.952.002.03△b*-0.74-0.89-0.97-1.99-2.17△E*1.061.321.362.822.97δ／μm128129127127131第四遍△L*1.231.711.632.872.85△b*-0.91-1.26-1.59-2.85-2.98△E*1.542.152.314.114.20δ／μm161164162160161RB∕％1.11.21.21.21.20123456255075100125150175δ/μm△E*6#7#8#9#10#3#图2含不同型号消光粉的干膜厚度δ与色差△E*关系图由表4可见，随着消光粉用量及漆膜厚度的增加△L*的正值越来越大、△b*的负值也越来越大，这点与表3一致，不同的是9#和10#在造成透明性下降的因素中随着膜厚的增加发白（△L*）的影响与蓝光（△b*）的影响在数值上逐渐接近，这就是我们常说的一些含国产通用型消光粉的清漆厚涂下不仅发白明显而且还有突出的蓝光现象，二者叠加使漆膜透明性严重下降。其本质上还是因为这类国产消光粉由于矿源、纯度等不同造成产品在折光指数上与所用成膜物体系折光指数相差较大引起。这类消光粉的干基SiO2含量相对偏低，过多的杂质改变了其折光指数造成光散射而使透明性降低。值得注意的是图2中的8#样品曲线，其透明性与进口消光粉相当接近，这是一类国产高端产品，其干基SiO2含量较高且具有很高的孔隙率，使得单位质量的消光粉具有更多的体积，在达到同等光泽的条件下用量更低，从而使透明性明显提高。3.3透明性测量的几个问题3.3.1反射率与透明性的关系漆膜表面的反射率越高，其明度就越高[8]。如果漆膜透明性的下降只是因为发白引起或说漆膜对可见光是无选择性地吸收，此时用反射率值来表示透明性也简便可行。笔者在上表3和表4的第四遍喷涂后同时测量了反射率,由表3可见，用△E*表示的透明性与用RB表示透明性的值相关性较高，而表4中二者并不相关，