随着国家环保政策进一步推进,水性涂料产品得到进一步推广和发展。家装市场中,消费者根据不同的使用需求,对水性木器涂料的性能提出了更高的要求,水性木器涂料的功能也开始逐步细化。
有消费者反映,在家装刷新项目中如浴室门等部位的重涂刷新工作完成后,如果用户在短时间内就使用浴室,那么产生的水汽会使新涂装的水性木器涂料的涂膜产生发白、开裂等弊病。这是因为水性木器涂料是以水为分散介质以及稀释剂的涂料,在液态状态下分散于水中,施工后的涂膜具备相当的亲水性。本研究开发了一种具备早期耐水汽性的水性木器涂料,以解决消费者提出的实际问题,同时填补了目前此类产品在零售市场的空白。
1 实验部分
1.1 原料
乳液A、B、E、F:工业级,帝斯曼(中国)有限公司;乳液C:工业级,巴斯夫;乳液D:工业级,欧宝迪;成膜助剂A、B、C、D、E、F:工业级,陶氏化学;消光剂A:工业级,赢创特种化学;消光剂B:工业级,毕克化学;消光剂C:工业级,珀光化学;润湿分散剂:工业级,毕克化学;流变助剂:工业级,盟庆信添加剂贸易上海有限公司;流平剂:工业级,毕克化学;手感助剂A、B、E:工业级,赢创特种化学;手感助剂C、D:工业级,毕克化学;纯水。
1.2 仪器设备
JSF 400搅拌砂磨分散多用机、100 μm湿膜制备器:上海现代环境工程技术股份有限公司;电子天平:ME2002E,梅特勒-托利仪器(上海)有限公司;260型三角度光泽仪:SHEEN;KU-2斯托默黏度计:BROOKFIELD;铅笔硬度计:BGD 507/1,广州标格达实验室仪器用品有限公司;LC-213鼓风干燥箱:上海爱斯佩克环境设备有限公司。
1.3 涂料的制备
涂料的基础配方如表1所示。
表1 涂料基础配方Table 1 Formula of paint |
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按表1配方制备涂料,具体工艺如下:将乳液加入搅拌罐中,以搅拌速度1 000 r/min依次加入成膜助剂、润湿分散剂、流变助剂、流平剂分散20 min至刮板无缩孔,加入消光剂分散至细度<35 μm,再加入手感助剂,补足配方中的水,继续分散5~10 min,得涂料。
1.4 涂膜的制备
1.4.1 早期耐水汽性测试用涂膜的制备
在溶剂型双组分聚氨酯旧涂膜底材上,刷涂3遍涂料样品,每次的涂布量保持在1 g/dm2,每道施工间隔4 h。施工完成后,在温度(23±2)℃、湿度(80±5)%的条件下保养16 h进行测试。
1.4.2 其他性能测试用涂膜制备
将涂料按照各性能测试要求的制板要求进行制板,涂膜在温度(23±2)℃、湿度(50±5)%的条件下保养7 d后进行测试。
1.5 性能测试
1.5.1 早期耐水汽性测试
用专利设备[1]测试涂膜早期耐水汽性,试验8 h后取出样板在常温环境下放置2 h后观察,目视观察涂膜无发白、开裂等病态,则视为通过。
1.5.2 其他性能测试
按GB/T 23999—2009 测试涂膜其他性能。
2 结果与讨论
2.1 乳液的筛选
2.1.1 乳液参数
根据各供应商推荐的乳液信息,本实验选择了6种耐水性较好的乳液进行筛选,乳液参数见表2。
表2 乳液基本资料Table 2 Basic parameters of emulsions |
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2.1.2 乳液筛选
实验考察了乳液类型对涂膜耐水汽性的影响,结果如表3所示。
表3 乳液测试结果Table 3 Test results of emulsion |
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根据表3的结果,由PUD类的乳液A、B制备的涂料涂膜的早期耐水汽性最差,其次是PUA类的乳液E、F,而丙烯酸类的乳液C、D得到的涂料涂膜的早期耐水汽性均有较大提升,推测丙烯酸类型的乳液制备的涂料具有更优的早期耐水汽性。实验选择乳液C制备涂料,并进入后续测试。
2.2 成膜助剂的筛选
2.2.1 成膜助剂搭配
表4 成膜助剂搭配组合Table 4 The combination of film-forming agents |
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2.2.2 不同成膜助剂搭配对涂膜性能的影响
实验考察了不同的成膜助剂搭配对涂膜性能的影响,结果如表5所示。
表5 成膜助剂组合对涂膜性能的影响Table 5 Effect of film-forming agents on film properties |
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根据以上测试结果来看,乳液C搭配成膜助剂组合1、2、5、6,涂膜的发白情况略重于乳液C搭配成膜助剂组合3和4。组合3和组合4相比,组合3得到的涂膜的硬度符合国标性能要求,因此实验最终选择成膜助剂组合3,即成膜助剂A用量为2%~4%、成膜助剂B用量为2%~4%、成膜助剂D用量为0.5%~1%,三者搭配。
2.3 消光剂的筛选
2.3.1 消光剂的筛选
实验选择了传统的气相二氧化硅消光粉及另外2种新型消光剂进行对比,如表6所示。
表6 消光剂类型Table 6 Types of matting agents |
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2.3.2 消光剂对涂膜早期耐水汽性的影响
实验考察了消光剂对涂膜早期耐水汽性的影响,结果见表7。
表7 消光剂测试结果Table 7 Test results of matting agent |
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从表7可以看出,消光剂B对涂膜耐水汽性影响最小。从消光剂的结构初步推测:消光剂A为亲水性的无机材料,且由气相法制备,故产品粉料内部为存在大量空隙的疏松结构,所以水汽容易通过这些空隙进入涂膜内部,引起涂膜发白;消光剂C为脲素甲醛的醇醛缩合物,从合成来源上看,本身就具有一定的亲水性;而消光剂B是一种微粉化的有机聚合物,本身应为疏水材料,即使为了在水性体系使用做过亲水性处理,但产品结构内部仍具有疏水效果,使水汽无法顺利进入涂膜。
2.4 手感助剂的筛选
2.4.1 手感助剂的筛选
家装用水性木器涂料除了保护作用外,还需要兼顾装饰性和实用性,因此在配方中添加适当的手感助剂以提升涂膜手感,同时又不能影响产品的耐水汽性。实验选择了5种手感助剂,如表8所示。
表8 手感助剂品种及类型Table 8 Types of touch-feeling additives |
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2.4.2 手感助剂对涂膜早期耐水汽性影响
实验考察了手感助剂对涂膜早期耐水汽性影响,结果如表9所示。
表9 手感助剂测试结果Table 9 Test results of touch-feeling additives |
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从表9可以看出,常规的手感助剂均不会影响涂膜的耐水汽性,但是涂膜手感上来看,手感助剂B最佳。
常规的有机硅助剂对涂膜手感的提升,主要源于其结构中的甲基在涂膜表面的定向分布,所以产品的硅含量、取代基都会使助剂对涂膜手感的提升存在差异。从实验选择的5种手感助剂来看,只有手感助剂B未进行聚醚改性,可能是因为其他手感助剂因改性的聚醚基团链长较大,阻碍了结构中甲基在涂膜表面的定向分布。
2.5 最优配方及涂膜性能
3 结 语
综合考虑家装用水性木器涂料涂膜的早起耐水汽性及其他性能,实验对比了丙烯酸、PUD、PUA三种不同类型的乳液对涂料性能的影响,发现丙烯酸乳液制备的涂膜具有较好的早期耐水性。通过将亲水型和憎水型的成膜助剂搭配使用,发现不同成膜助剂的搭配对涂膜表观及性能的影响不同。进一步筛选了消光剂与手感助剂,发现常用的水性体系消光剂气相二氧化硅对涂膜早期耐水性存在一定影响,而本实验选择的微粉化有机改性聚合物消光剂则具有很好的表现。另外,实验选择了有机硅类型的手感助剂,对比发现该类型的助剂对涂膜早期耐水性影响较小。