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      水性木器封閉底漆的研究進展

      導讀:
      闡述了水性木器漆的現狀和發展趨勢,尤其對水性木器封閉底漆的封閉機理、配方設計、制備方法、應用情況、發展狀況及趨勢進行了分析。其中水性樹脂主要包含丙烯酸、丙烯酸聚氨酯共聚物、聚氨酯、陽離子樹脂。助劑包含成膜助劑、封閉助劑、基材潤濕劑、消泡劑、防霉殺菌劑、防凍劑、pH 調節劑等。

      水性木器漆就是以水為稀釋劑的木器涂料,無刺激性氣味,具有環保、安全、簡便、節能四大特征。但還是存在很多在施工過程中難以解決的問題,例如含水溶性色素的板材與中密度纖維板在實色涂裝過程中,色素滲出引起涂膜變色、油脂或單寧酸滲出導致附著力變差等問題,制約其迅速發展及對市場占有率的提升。因此,對板材具有強封閉作用的底漆,是解決以上問題的最直接、簡單、有效的方法,同時也會對水性木器漆的發展及市場起到巨大的推廣作用。

      水性木器封閉底漆的研究進展

      1 封閉機理

      水性封閉底漆主要是依靠強滲透力,可以滲入到底材的毛細管中,堵住細小的毛細管,或是與油脂類物質形成離子鍵,從而有效地把這些物質封閉固定在界面上,使底材中的油脂或單寧酸無法滲透到外表面,增強涂膜的效果。同時,底漆的黏度要相對較低,低粘度可以保證底漆可以滲入底材之中。不同木材中的植物油種類復雜多樣,例如楊木的單寧酸、松木的松節油等,所選用的封閉底漆就有所不同。使用的樹脂可分為陰離子乳液、非離子乳液和陽離子樹脂。陽離子樹脂可以與木材中的單寧酸以及部分油脂類物質分子形成離子鍵,反應形成的鹽類物質被涂層固定在界面上,而不會在高溫高濕條件下遷移滲出。陽離子樹脂中的氨基基團可以與木纖維中的羥基形成氫鍵,從而產生很好的附著力。

      2 配方設計

      封閉底漆是基材和面漆之間的過渡層,具有增強涂層對基材的附著力、封閉性和增加涂膜厚度從而提高豐滿度的作用,需具有良好的滲透性、透明度、附著力、打磨性(封閉底漆對打磨性要求一般不會很強調)等特點。配方包括水性樹脂、成膜助劑、封閉助劑、基材潤濕劑等助劑。

      2 . 1 水性樹脂

      封閉底漆使用的水性樹脂原則有:粒徑越細越好,最好是納米級;耐水性好;玻璃化溫度高。水性樹脂主要包含丙烯酸、丙烯酸聚氨酯共聚物、聚氨酯等。

      2 . 1 . 1 水性丙烯酸樹脂

      水性丙烯酸樹脂具有附著力強、透明度高、色澤淺、保色性優、不加深木器顏色、成本較低等特點,已成為目前市場上的主要產品。但其耐磨性及抗化學性較差,硬度不夠高,為克服其缺點,需要用環氧樹脂、有機氟、有機硅等進行改性。

      2 . 1 . 2 水性聚氨酯樹脂

      水性聚氨酯具有良好的物理機械性能,優異的耐寒性、彈性,以及硬度隨溫度變化不大,耐有機溶劑性好等優點。但單一的水性聚氨酯乳液存在自增稠性差,固含量低,耐水性差,硬度低,成本高,故在市場上應用受到了限制。為了克服以上缺點,主要用環氧、有機硅、丙烯酸、納米材料等進行改性。

      2 . 1 . 3 水性丙烯酸聚氨酯共聚物

      水性聚氨酯涂膜柔韌性好,耐有機溶劑性能優,但耐水性差,芳香族耐候性差。這與丙烯酸乳液涂膜具有的耐候性佳、耐水性好、但硬而脆、高溫易回黏的特點形成良好的互補作用,且純丙烯酸涂膜始終存在“熱黏冷脆”的問題,若將兩者復合,能克服各自的缺點,發揮各自的優勢,使涂膜性能得到明顯的改善且成本相對水性聚氨酯要低,具有更好的市場競爭力,正逐步占領市場。

      2 . 1 . 4 氨基官能團制備而成的陽離子樹脂

      陽離子樹脂用酸中和時,帶正電荷的氨基變成水溶性,聚合物粒子開始溶脹,體積達到原先的數倍,乳白色的分散體漸漸變成透明的聚合物陽離子溶液。陽離子樹脂研究才剛剛起步,對部分底材中的油脂無法很好地進行封閉,正處于發展階段,但是在高溫高濕條件下,陽離子乳液封閉后底材中油脂也不會滲透出來,而陰離子乳液卻達不到,這是陽離子乳液所特有的,是以后發展的關鍵點所在。

      2 . 2 成膜助劑

      劑又稱聚結助劑,是一種可以揮發的暫時性增塑劑,能溶脹乳液粒子,促進乳膠粒子的塑性流動和彈性變形,改善其聚結性,降低乳液的最低成膜溫度,使涂料能在廣泛的施工溫度范圍內成膜。理想的成膜助劑需要對聚合物具有強溶解性,但在水中溶解度小,高沸點,適宜的揮發速度,在成膜過程中滯留在涂膜中發揮作用,成膜后全部揮發,不影響乳液穩定性,不會增加木材中色素在水中的溶解度。以用作成膜助劑的有機溶劑有很多,成膜助劑首先是在水相中和聚合物(有機相)進行分配,其成膜效能主要是取決于兩相中的分配系數,同時也取決于該助劑的增效性能,還取決于它的揮發速度。常用的成膜助劑有T e x a n o l、醇酯- 1 2 及醇醚類(如乙二醇丁醚)等,大多數沸點在2 5 0 ℃以下。

      2 . 3 封閉助劑

      可以配合水性樹脂提高封閉性能,加強封閉作用,使封閉底漆可以應用于更多類型的板材。常用的封閉助劑主要有螯合劑、隔離劑、離子交換劑和漂白助劑。

      2 . 4 潤濕劑

      材的表面張力低于水的,如果不降低水性涂料的表面張力,就無法均勻、完整地分布于木材表面,因此通常都需添加潤濕劑。理想的潤濕劑應具有:有效降低體系表面張力的能力,改善其對基材的潤濕性和滲透性;對水不敏感性;不影響層間附著力;不起泡、不穩泡。

      有:傳統表面活性劑(陰離子或非離子為主)、氟碳聚合物、改性聚硅氧烷、非硅和非氟類。其中傳統表面活性劑價格便宜但耐水性差,只用于低檔次的體系,而改性聚硅氧烷潤濕效果及耐水性好,克服了傳統表面活性劑的缺點,應用很廣泛。

      2 . 5 消泡劑

      作用是防止底材表面產生氣泡、跑油而影響封閉效果,消泡劑與體系的相容性越差則消泡性越好,反之相容性越好則消泡性越差,而消泡劑在低黏度體系的穩定性則會更差。因此,對于黏度比較低的水性木器封閉底漆而言,消泡劑選擇就比較困難,選擇不好容易造成板面出現油窩現象。

      2 . 6 防霉殺菌劑

      水性封閉底漆中存在微生物所需的水分和養分,所以,在其生產、使用、運輸及貯存的過程中,往往會有微生物寄生,從而導致漆液出現黏度下降、發臭、乳液破乳等現象。因此,加入少量防霉殺菌劑來抑制微生物的生長,防止涂料腐敗或涂層霉變。防霉殺菌劑的選擇遵循高效、廣譜、穩定和環保的原則,目前,異噻唑啉酮類化合物最為常用,其他的防霉殺菌劑還有陶氏D o w i c i l 7 5 、德固賽N U O S E P T5 1 5、羅門哈斯K a t h o n L X E 、科寧A l e x F - 2 5 2 等。

      2 . 7 p H 調節劑

      對涂料的穩定性、抗菌性和消泡的難易都有影響,在大多數情況下,水性封閉底漆在中性或微堿性的條件下才能有良好的封閉效果,當p H 過高或過低時,漆液可能會產生絮凝、沉淀、返粗、施工性能差等現象。常用的p H 調節劑有氨水和A M P - 9 5,氨水價廉,但氣味較大,p H 容易波動;A M P - 9 5 p H 穩定、兼有分散和提高光澤的作用,是一種多功能助劑,但也有一定氣味,并且需要注意其與防霉殺菌劑的相容性。

      2 . 8 防凍劑

      在0 ℃結冰,若水性涂料在冰點以下貯存時必須加入抗凍劑,它能夠提高涂料的凍融穩定性,防止涂料結冰和膠凍。丙二醇、乙二醇和二醇醚類是常見的防凍劑,從環保角度看,丙二醇較好。

      2 . 9 水性封閉底漆的制備及涂裝應用

      陽離子型水性封閉底漆對含有單寧酸或油脂類物質的各類板材(如單寧酸滲色嚴重的楊木、橡木,油脂類物質較多的松木、酸枝木)進行封閉后上面漆。檢測結果表明:有刷水性封閉底漆的板材,面漆涂膜無各種漆?。ㄈ缱兩?、跑油等)產生,而且涂膜光澤高、豐滿度好。底材在涂水性封閉底漆之后能夠很好地封閉住底材中的滲透物質,使得木材表面涂膜完好,特別是它在酸枝木上噴P E 漆的工藝中的作用,是溶劑型封閉底無法達到的。

      3 結語

      目前單組分水性封閉底漆基本上解決了在面漆施工過程中松木等軟木脹筋,橡膠木、胡桃木、酸枝木、美國紅橡等實木產生單寧酸導致的發脹、滲色、無法流平等問題,大大提高了水性木器漆的整體涂膜性能。在“十三五”規劃中,對涂料質量和環保要求越來越高,進一步開展水性木器涂料及涂裝工藝研究,重點解決底漆的封閉防脹筋問題以及水性涂料的流平、豐滿度等外觀問題。

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