水性木器封闭底漆的研究进展

导读:
阐述了水性木器漆的现状和发展趋势,尤其对水性木器封闭底漆的封闭机理、配方设计、制备方法、应用情况、发展状况及趋势进行了分析。其中水性树脂主要包含丙烯酸、丙烯酸聚氨酯共聚物、聚氨酯、阳离子树脂。助剂包含成膜助剂、封闭助剂、基材润湿剂、消泡剂、防霉杀菌剂、防冻剂、pH 调节剂等。

水性木器漆就是以水为稀释剂的木器涂料,无刺激性气味,具有环保、安全、简便、节能四大特征。但还是存在很多在施工过程中难以解决的问题,例如含水溶性色素的板材与中密度纤维板在实色涂装过程中,色素渗出引起涂膜变色、油脂或单宁酸渗出导致附着力变差等问题,制约其迅速发展及对市场占有率的提升。因此,对板材具有强封闭作用的底漆,是解决以上问题的最直接、简单、有效的方法,同时也会对水性木器漆的发展及市场起到巨大的推广作用。

水性木器封闭底漆的研究进展

1 封闭机理

水性封闭底漆主要是依靠强渗透力,可以渗入到底材的毛细管中,堵住细小的毛细管,或是与油脂类物质形成离子键,从而有效地把这些物质封闭固定在界面上,使底材中的油脂或单宁酸无法渗透到外表面,增强涂膜的效果。同时,底漆的黏度要相对较低,低粘度可以保证底漆可以渗入底材之中。不同木材中的植物油种类复杂多样,例如杨木的单宁酸、松木的松节油等,所选用的封闭底漆就有所不同。使用的树脂可分为阴离子乳液、非离子乳液和阳离子树脂。阳离子树脂可以与木材中的单宁酸以及部分油脂类物质分子形成离子键,反应形成的盐类物质被涂层固定在界面上,而不会在高温高湿条件下迁移渗出。阳离子树脂中的氨基基团可以与木纤维中的羟基形成氢键,从而产生很好的附着力。

2 配方设计

封闭底漆是基材和面漆之间的过渡层,具有增强涂层对基材的附着力、封闭性和增加涂膜厚度从而提高丰满度的作用,需具有良好的渗透性、透明度、附着力、打磨性(封闭底漆对打磨性要求一般不会很强调)等特点。配方包括水性树脂、成膜助剂、封闭助剂、基材润湿剂等助剂。

2 . 1 水性树脂

封闭底漆使用的水性树脂原则有:粒径越细越好,最好是纳米级;耐水性好;玻璃化温度高。水性树脂主要包含丙烯酸、丙烯酸聚氨酯共聚物、聚氨酯等。

2 . 1 . 1 水性丙烯酸树脂

水性丙烯酸树脂具有附着力强、透明度高、色泽浅、保色性优、不加深木器颜色、成本较低等特点,已成为目前市场上的主要产品。但其耐磨性及抗化学性较差,硬度不够高,为克服其缺点,需要用环氧树脂、有机氟、有机硅等进行改性。

2 . 1 . 2 水性聚氨酯树脂

水性聚氨酯具有良好的物理机械性能,优异的耐寒性、弹性,以及硬度随温度变化不大,耐有机溶剂性好等优点。但单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,故在市场上应用受到了限制。为了克服以上缺点,主要用环氧、有机硅、丙烯酸、纳米材料等进行改性。

2 . 1 . 3 水性丙烯酸聚氨酯共聚物

水性聚氨酯涂膜柔韧性好,耐有机溶剂性能优,但耐水性差,芳香族耐候性差。这与丙烯酸乳液涂膜具有的耐候性佳、耐水性好、但硬而脆、高温易回黏的特点形成良好的互补作用,且纯丙烯酸涂膜始终存在“热黏冷脆”的问题,若将两者复合,能克服各自的缺点,发挥各自的优势,使涂膜性能得到明显的改善且成本相对水性聚氨酯要低,具有更好的市场竞争力,正逐步占领市场。

2 . 1 . 4 氨基官能团制备而成的阳离子树脂

阳离子树脂用酸中和时,带正电荷的氨基变成水溶性,聚合物粒子开始溶胀,体积达到原先的数倍,乳白色的分散体渐渐变成透明的聚合物阳离子溶液。阳离子树脂研究才刚刚起步,对部分底材中的油脂无法很好地进行封闭,正处于发展阶段,但是在高温高湿条件下,阳离子乳液封闭后底材中油脂也不会渗透出来,而阴离子乳液却达不到,这是阳离子乳液所特有的,是以后发展的关键点所在。

2 . 2 成膜助剂

剂又称聚结助剂,是一种可以挥发的暂时性增塑剂,能溶胀乳液粒子,促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形,改善其聚结性,降低乳液的最低成膜温度,使涂料能在广泛的施工温度范围内成膜。理想的成膜助剂需要对聚合物具有强溶解性,但在水中溶解度小,高沸点,适宜的挥发速度,在成膜过程中滞留在涂膜中发挥作用,成膜后全部挥发,不影响乳液稳定性,不会增加木材中色素在水中的溶解度。以用作成膜助剂的有机溶剂有很多,成膜助剂首先是在水相中和聚合物(有机相)进行分配,其成膜效能主要是取决于两相中的分配系数,同时也取决于该助剂的增效性能,还取决于它的挥发速度。常用的成膜助剂有T e x a n o l、醇酯- 1 2 及醇醚类(如乙二醇丁醚)等,大多数沸点在2 5 0 ℃以下。

2 . 3 封闭助剂

可以配合水性树脂提高封闭性能,加强封闭作用,使封闭底漆可以应用于更多类型的板材。常用的封闭助剂主要有螯合剂、隔离剂、离子交换剂和漂白助剂。

2 . 4 润湿剂

材的表面张力低于水的,如果不降低水性涂料的表面张力,就无法均匀、完整地分布于木材表面,因此通常都需添加润湿剂。理想的润湿剂应具有:有效降低体系表面张力的能力,改善其对基材的润湿性和渗透性;对水不敏感性;不影响层间附着力;不起泡、不稳泡。

有:传统表面活性剂(阴离子或非离子为主)、氟碳聚合物、改性聚硅氧烷、非硅和非氟类。其中传统表面活性剂价格便宜但耐水性差,只用于低档次的体系,而改性聚硅氧烷润湿效果及耐水性好,克服了传统表面活性剂的缺点,应用很广泛。

2 . 5 消泡剂

作用是防止底材表面产生气泡、跑油而影响封闭效果,消泡剂与体系的相容性越差则消泡性越好,反之相容性越好则消泡性越差,而消泡剂在低黏度体系的稳定性则会更差。因此,对于黏度比较低的水性木器封闭底漆而言,消泡剂选择就比较困难,选择不好容易造成板面出现油窝现象。

2 . 6 防霉杀菌剂

水性封闭底漆中存在微生物所需的水分和养分,所以,在其生产、使用、运输及贮存的过程中,往往会有微生物寄生,从而导致漆液出现黏度下降、发臭、乳液破乳等现象。因此,加入少量防霉杀菌剂来抑制微生物的生长,防止涂料腐败或涂层霉变。防霉杀菌剂的选择遵循高效、广谱、稳定和环保的原则,目前,异噻唑啉酮类化合物最为常用,其他的防霉杀菌剂还有陶氏D o w i c i l 7 5 、德固赛N U O S E P T5 1 5、罗门哈斯K a t h o n L X E 、科宁A l e x F - 2 5 2 等。

2 . 7 p H 调节剂

对涂料的稳定性、抗菌性和消泡的难易都有影响,在大多数情况下,水性封闭底漆在中性或微碱性的条件下才能有良好的封闭效果,当p H 过高或过低时,漆液可能会产生絮凝、沉淀、返粗、施工性能差等现象。常用的p H 调节剂有氨水和A M P - 9 5,氨水价廉,但气味较大,p H 容易波动;A M P - 9 5 p H 稳定、兼有分散和提高光泽的作用,是一种多功能助剂,但也有一定气味,并且需要注意其与防霉杀菌剂的相容性。

2 . 8 防冻剂

在0 ℃结冰,若水性涂料在冰点以下贮存时必须加入抗冻剂,它能够提高涂料的冻融稳定性,防止涂料结冰和胶冻。丙二醇、乙二醇和二醇醚类是常见的防冻剂,从环保角度看,丙二醇较好。

2 . 9 水性封闭底漆的制备及涂装应用

阳离子型水性封闭底漆对含有单宁酸或油脂类物质的各类板材(如单宁酸渗色严重的杨木、橡木,油脂类物质较多的松木、酸枝木)进行封闭后上面漆。检测结果表明:有刷水性封闭底漆的板材,面漆涂膜无各种漆病(如变色、跑油等)产生,而且涂膜光泽高、丰满度好。底材在涂水性封闭底漆之后能够很好地封闭住底材中的渗透物质,使得木材表面涂膜完好,特别是它在酸枝木上喷P E 漆的工艺中的作用,是溶剂型封闭底无法达到的。

3 结语

目前单组分水性封闭底漆基本上解决了在面漆施工过程中松木等软木胀筋,橡胶木、胡桃木、酸枝木、美国红橡等实木产生单宁酸导致的发胀、渗色、无法流平等问题,大大提高了水性木器漆的整体涂膜性能。在“十三五”规划中,对涂料质量和环保要求越来越高,进一步开展水性木器涂料及涂装工艺研究,重点解决底漆的封闭防胀筋问题以及水性涂料的流平、丰满度等外观问题。

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