随着消费者对健康关注的日益增加,人们对室内装潢材料的环保要求越来越高,家具的选择标准从美观时尚逐渐转向无毒无害。家具制造材料最常见的有实木板和人造板(三夹板、刨花板、密度板)等,出于成本考虑,安全性较高的实木板并不多见,三夹板等人造板更多地出现在家具中。对于板材的安全性,国标GB 18584—2001《室内装饰装修材料 木家具中有害物质限量》对木家具中甲醛、重金属含量等做出了限制。
人造板中大量使用木屑作为夹层,木屑中含有萜烯、甾核、生物碱、醌、酚、黄酮、丹宁、碳水化物、脂肪酸等亲水或水溶性的有机化合物[1],常规的溶剂型涂料是憎水型,能有效阻止这些有机化合物向溶剂型漆膜中渗透。但是水性木器涂料的涂膜具有一定的亲水性,这些有机化合物非常容易往水性涂膜中迁移和渗透。木材中的染色物质——丹宁会和其他亲水杂质一起向表层涂膜中渗透,所以常用涂膜的色差来考察封闭剂的抗渗透性。过去常认为水性阴离子型丙烯酸树脂的抗渗透性较好,现在也有人提出水性阳离子型丙烯酸树脂抗渗透性才能防止杂质渗透[2]。现有水性木器漆市场中并未有专用的产品来防止木材对漆膜的渗色问题。为了完善水性木器漆产品类型,填补市场空白,本实验选取不同类型的乳液、成膜助剂、润湿剂和消泡剂,开发了一种可直接施工在木板上,阻止染色物质上浮至漆膜表面的水性封闭剂。
1 实验部分
1.1 实验原料
乳液A[水性阳离子型丙烯酸乳液(固体分42.5%)]、乳液B[水性自交联型丙烯酸乳液(固体分45%)]:DSM;乳液C[水性阴离子型丙烯酸乳液(固体分43%)]、乳液D[水性自交联型丙烯酸乳液(固体分35%)]:欧宝迪;二丙二醇甲醚(DPM)、二丙二醇丁醚(DPnB)、三丙二醇丁醚(TPnB)、CZ-12、CZ-16、丙二醇(PG):工业级,陶氏;消泡剂A(聚醚硅氧烷共聚物):TEGO;消泡剂B(聚醚改性硅氧烷二甲基硅油):BYK;消泡剂C(矿物油):空气化工;润湿剂A(非离子型化合物):TEGO;润湿剂B(聚醚改性硅氧烷):BYK;润湿剂C(丙烯酸共聚物):明凌;渗透液(模拟木材中的染色物质)、去离子水:自制;水性木器耐黄变白底漆:立邦。
1.2 仪器及设备
湿膜制备器(300 μm)、强力电动搅拌机、漆膜干燥时间试验器、刮板细度计(0~100 μm):上海现代环境工程技术有限公司;电子天平(PL4002):梅特勒-托利多仪器有限公司;漆膜摆杆式硬度计(SH707KP):Sheen;黏度计:BROOKFIELD;恒温恒湿箱:上海爱斯佩克环境设备有限公司;普通用木器刷、砂纸(320#):立邦;CR-400色差仪:美能达;光泽度仪(Tri-Gloss master 20°-60°-80°):Sheen Instruments;黑胡桃板(30 cm×40 cm×5 mm)、密度板(30 cm×40 cm×5 mm)、松木(30 cm×40 cm×10 mm)、白榉木(30 cm×40 cm×7 mm):市场购买。
1.3 水性封闭剂的制备
分别取适量的乳液,按表1基础配方依次加入适量去离子水、成膜助剂、润湿剂、消泡剂,用分散s机继续搅拌一段时间,过滤后静置待用。
表1 水性封闭剂基础配方Tab.1 Formula of waterborne sealing coating |
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1.4 漆膜的制备
1.4.1 测试性能漆膜制备
将制备得到的水性封闭剂静置24 h以上。将水性封闭剂按照各性能测试的制板要求进行制板,漆膜在标准条件下[(23±2)℃,(50±5)%]保养后进行测试。
1.4.2 附着力测试漆膜制备
将制备得到的水性封闭剂静置24 h以上,将水性封闭剂按100 g/m2涂布在木板上。漆膜在标准条件下[(23±2)℃,(50±5)%]保养后进行测试。
1.5 水性木器漆膜性能测试方法
按GB/T 1728—1979测试漆膜干燥性;按GB/T 23999—2009 中6.4.7测试漆膜外观;按GB/T 1724—1979测试细度;按GB/T 9286—1998测试附着力;按GB/T 6739—2006/ISO 15184:1998测试硬度;按GB/T 23986—2009中10.4测试VOC。
抗渗透性测试:在密度板或黑胡桃板上先施涂1道渗透液,施涂量约80 g/m2,保养1 d后,再施涂1道封闭剂并保养1 d,施涂量约100 g/m2,最后施涂1道水性木器耐黄变白底漆,施涂量约100 g/m2,放置7 d后分别测试涂有封闭剂和没有涂装封闭剂的白底漆间的色差。
消泡性测试:在木板表面施工1道封闭剂,大约100 g/m2,待漆膜干燥后观察漆膜表面的起泡数量。0~5个气泡为1级,5~10个气泡为2级,10个以上气泡为3级。
2 结果与讨论
2.1 乳液的选择
表2 乳液筛选配方Tab.2 Emulsion selecting formula% |
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表3 不同类型乳液对漆膜性能的影响Tab.3 Effect of different types of emulsion on the film property |
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由表3可以看出,配方A和B的漆膜表干时间均小于30 min,在2 h内实干,硬度B,附着力0级,符合国标要求。配方C和D漆膜较软,硬度小于B,在黑胡桃板上的附着力为1级,略差于配方A和B。
在抗渗透性测试中,配方A漆膜发黄不明显,色差最小,而配方B漆膜明显发黄,色差最大。配方A阳离子丙烯酸乳液的漆膜性能及抗渗透性最佳。确定以乳液A进行下一步测试。木材中的亲水杂质多为阴离子型,因而从理论上阳离子乳液对其有更好的吸收、阻隔作用。
2.2 成膜助剂的选择
2.2.1 种类筛选
表4 成膜助剂筛选配方Tab.4 Selecting formula for film-forming agent |
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表5 不同成膜助剂与乳液的匹配性Tab.5 Compatibility of different film-forming agents and emulsions |
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表6 不同成膜助剂对漆膜性能的影响Tab.6 Effect of different film-forming agents on the performance of the film |
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相对分子质量高的成膜助剂挥发速率较低,但能提升木材表面抗渗透性,相对分子质量低的成膜助剂容易被木材中的部分有机物吸附,一同挥发进入漆膜及外界环境中,渗透性越大。从表6中抗渗透性结果可以看出,DPM和CZ-12的抗渗透性最好。
根据以上的VOC、干性、硬度、抗渗透性等测试结果,成膜助剂体系优选CZ-12为主,与DPM复配使用。
2.2.2 用量筛选
将DPM与CZ-12按不同比例进行复配作为成膜助剂,控制成膜助剂总量为8%,所制得的乳液和漆膜的性能如表7所示。
表7 CZ-12与DPM的比例对漆膜性能的影响Tab.7 The influence of the ratio of CZ-12 and DPM on the performances of the coatings |
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由表7可以看出,当DPM与CZ-12的质量比为3:5及4:4时,漆膜的机械性能将达到最合适的数值,VOC、干性、硬度、附着力等综合性能更好。
在自制及市场上可购买的合格黑胡桃板、密度板、松木板及白榉板上,抗渗透性随着CZ-12含量增多,配方的抗渗透性更好,因此选择CZ-12与DPM加量比为5:3时能更好的防止木板内有机物渗透至漆膜表面。
2.3 消泡剂的选择
表8 消泡剂筛选配方Tab.8 Selecting formula for defoamer% |
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表9 不同消泡剂对漆膜消泡性能的影响Tab.9 Effect of different defoamer on the defoaming performance of the film |
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从表9可知,消泡剂A在乳液A中消泡性能最佳;且不同类型的消泡剂对漆膜抗渗透性的性能基本没有影响。综合上述试验结果,本研究选用消泡剂A,加量为0.2%。
2.4 润湿剂的选择
3 结 语
以水性阳离子型丙烯酸乳液为主体,以CZ-12与DPM按质量比5:3复配作为成膜助剂,以聚醚硅氧烷共聚物为消泡剂,以聚醚改性硅氧烷为润湿剂时,得到了水性封闭剂的最佳配方。测试得到,该封闭剂的干性、硬度、消泡性、成膜性、附着力及抗渗透性较好。