助剂在水性木器涂料中的应用.doc

助剂在水性木器涂料中的应用第46卷第10期2008年10月蝴.)专论综述;石,上海涂料SHANGHAIC0ATINGSVo1.46No.1O0ct.2008gTJT,0在水牲木器涂jIilI【l】的应用赵惠斌(赢创德固赛(中国)投资有限公司上海分公司201108)摘要:从助剂使用的角度来分析和解决水性木器漆生产应用中的一些技术问题,并对水性木器涂料在我国的发展作了展望._.关键词:水性涂料;木器涂料;助剂t.中图分类号:TQ630.49;TQ630.7文献标识码:A文章编号:1009-1696(2008)lO-OOiZo41为何木器涂料要水性化首先是国家环保政策的驱使,传统溶剂型涂料在生产,施工过程中都有大量有机溶剂的挥发,污染环境;尤其对于木器家具使用者来说,不断挥发的有机溶剂更会对健康造成极大的危害.另外,以水作为溶剂替代传统涂料中的有机溶剂,亦可提高涂料生产,运输过程的安全性,同时,在如今油价高企的时代,也可以帮助涂料厂家降低生产成本.当然,水性涂料本身所具备的特性,例如:水性uv不需要使用丙烯酸类活性稀释剂;水性涂料容易消光;漆雾可以回收使用等等,也使水性涂料在技术上替代溶剂型涂料成为一种需求.再者,一些传统木器涂料生产厂家,通过水性木器涂料的推广,可使他们的市场形象得到提升.2中国目前水性木器涂料的现状其实,木器涂料用树脂基料可说是所有涂料种类中最丰富的,其中最常用的是溶剂型2KPU(双组分聚氨酯),另外还有NC(硝基漆),UPE(不饱和聚酯),uV(光固化体系),长油醇酸,AC(酸固化),TPA(热塑性丙烯酸),当然还有水性体系.溶剂型2KPU由于其本身具备的优势,如漆膜性能,光泽,硬度,装饰性,使它成为目前木器涂料使用的主要基料.AC,NC,UPE由于各自本身难以克服的缺点,在木器涂料中的【收稿日期20080718使用越来越少.而无溶剂uV,水性uV,水性1KPU,水性2KPU目前正处于快速发展时期(图1).图1木器涂料各种体系的生命周期尽管如此,水性木器涂料目前在整个木器涂料中所占的比例却很小,据统计,全世界木器涂料中,水性部分不超过7%,而中国则不到2%.可见,水性木器漆在中国的发展空间将非常巨大.然而,目前水性木器涂料在中国的发展却并不十分乐观,主要原因有:(1)与传统的溶剂型2KPU相比,现有的水性基料(水性Pu分散体,水性丙烯酸分散体)的性能,如:光泽,漆膜透明度,硬度,丰满度等等,还存在相当大的差距.(2)水性木器涂料的施工性能不理想,水性木器涂料非常容易产生交叉污染,同时对施工设备的要求很高(一般需用不锈钢),另外施工时,涂层之间的打磨也非常讲究.(3)水的挥发需要大量能量,所以水性木器涂料涂膜干性差,难以满足木器涂料现有的施工要求.(4)目前水性木器漆原材料成本高,绝大部分水.黼18上海涂料第46卷性基料的价格远高于传统树脂.(5)一些传统溶剂涂料不存在的问题,在水性木器涂料中变得难以解决:?深色木材渗色问题(Tanninblock);?基材润湿.(6)相对溶剂型木器涂料,水性涂料对助剂的依赖程度更高(图2).图2助剂对各种木器涂料的重要性也就是说,传统的NC涂料,在将树脂基料,溶剂等主要原材料选定之后,涂料的性能基本已经达到要求,涂料配方本身对助剂依赖程度不高.而uV和水性涂料的性能在很大程度上要依靠助剂来调整,这也就是为什么水性和uV木器涂料中使用的助剂品种以及添加量要远高于传统溶剂型木器涂料的原因.3水性木器涂料用助剂及注意事项虽然使用的助剂种类繁多,但不同的助剂对于水性木器漆的重要性却有很大差别.考虑到水性木器涂料本身的特性,笔者认为:不同种类助剂对于水性木器漆的重要性顺序如下:(1)消泡剂/脱泡剂;(2)基材润湿剂;(3)流平和表面助剂;(4)流变助剂;(5)润湿和分散助剂.然而,在实际实验过程中,添加助剂的顺序却与重要性顺序并不一致.也就是说,在基料树脂选定之后,应按下列顺序尝试添加助剂:(1)润湿和分散助剂(色漆亚光漆);(2)流变助剂;(3)基材润湿剂:(4)流平和表面助剂;(5)消泡剂/脱泡剂.按上述顺序添加,主要是考虑到上一步添加的助剂会对下一步添加的助剂的效果产生影响,从而可以大大减少不必要的试验工作.举例来说:我们建议最后添加消泡剂,主要是因为前面添加的产品都会影响消泡效果,所以,最后尝试消泡剂可以最终解决涂料的所有气泡问题.下面逐一介绍水性木器涂料中使用的助剂.3.1消泡剂/脱泡剂水性木器涂料使用消泡剂的原因主要有:?消除表面气泡/针孔等缺陷;?提高研磨效率;?消除生产/施工时产生的气泡问题;?抵消稳泡组分对涂料造成的气泡问题.水性消/脱泡剂有很多分类方式,例如,按有效分分类,有:有机硅类,非硅类聚合物消泡剂,矿物油类消泡剂.按疏水颗粒分,有:含疏水颗粒型和不含疏水颗粒型.按供货形式分,有:消泡剂浓缩液和消泡剂乳液等.这里值得注意的是,由于矿物油类消泡剂存在长时间贮存后分层的问题无法克服,所以在水性木器涂料中很少使用这类消泡剂.另外,作为消泡剂的一般规律,我们总结如下:含疏水颗粒的消泡剂消泡能力强于不含疏水颗粒的产品;消泡剂浓缩液的消泡能力高于消泡剂乳液,而后者的添加方便性和使用安全性则更好.面对众多的水性消泡剂,该如何选择使用呢?首先,应根据基料体系进行初步筛选,例如:水性丙烯酸分散体,由于基料本身含有大量过量的表面活性剂(乳液生产厂商为了乳液稳定一般会过量添加乳化剂),所以气泡问题严重,对于这类体系应该选用比较强的消泡剂,如TEGOFoamex810,845,902W,1488等等.而像水性PUD分散体,由于本身基料不含过量表面活性剂,所以气泡问题不严重,反而对缩孔现象比较敏感,针对这种体系,我们就应该选择消泡能力比较温和的产品,如:TEGOFoamex800;805,822,815,825等.另外,使用消泡剂还和使用场合有关,一般而第10期赵惠斌:助剂在水性木器涂料中的应用l9言,生产色漆,底漆时,应选用强消泡剂,而生产清漆时,应选用温和偏弱的消泡剂;在高粘度体系使用强消泡剂,而低粘度体系应使用弱消泡剂;强消泡剂应该在高剪切力下添加以保证良好的分散混合,而弱消泡剂可以在低剪切力下添加,甚至可以后添加(如Foamex805).因此,研磨阶段应该使用强消泡剂,如:Foamex810,3062,Airex901W等,而调稀阶段则添加弱消泡剂.另外,淋涂施工必须使用非常温和的消泡剂以保证淋幕不被破坏.当技术人员在实验室尝试选择消泡剂时,必须注意以下因素:?添加所需的剪切力;?分散/混合的时间;?添加量.必须兼顾上述三方面,才能选出合适的消泡剂.最后,由于水性涂料的特殊性,当在水性木器涂料中使用消泡剂产生缩孔时,解决的方法也与传统溶剂型涂料不同.建议如下:延长混合分散时间,加快搅拌速度;降低消泡剂用量.很多水性木器涂料的缩孔问题都可以用第1种方法加以解决,如果上述方法都不奏效,那就只能替换更加温和安全的消泡剂.3.2基材润湿剂由于水的高表面张力,导致水性木器涂料本身的表面张力都非常高,而众所周知,高表面张力的液体是无法展布到低表面能的基材上的.正因为如此,基材润湿剂对于水性木器涂料尤为重要.基材润湿剂的作用基理主要是通过降低液体表面张力,从而在帮助基材润湿的同时,还可以防止缩孔的产生.TEGO基材润湿剂主要是可溶的,低相对分子质量的表面活性剂,可以在涂膜中与基料相容,并且不提供滑爽性,因而不会对重涂性和附着力产生不良影响.3.3表面助剂作为涂料家族中重要的一员,木器涂料对涂层外观,手感的要求始终独树一帜.而要达到令人满意的表面效果,则必须使用表面助剂.同时由于水性涂料的特性(一般使用的都是大相对分子质量的基料),所以,用于水性木器涂料的表面助剂绝大部分都是有机硅类助剂.表面助剂对于水性木器涂料可以起到如下作用:?流平;?消除贝纳德旋涡(BenardCel1)消除桔皮;?帮助亚光粉排列;?消除缩孔;?防粘连;?增滑,抗划伤,保护表面.值得一提的是:有机硅增滑剂在水性涂料中的表现与其在溶剂型涂料中的表现有很大差异,技术人员应该摒弃以往溶剂型体系中得到的经验,重新尝试这些有机硅产品,从而选择到最适合的产品.3.4流变助剂很多涂料工作者在从传统溶剂型木器涂料向水性木器涂料转型时,经常忽略了流变助剂的作用.他们经常抱怨水性木器涂料的涂刷性不好,而导致这个现象的主要原因,正是由于两者之间的流变性的差异.市场上的流变剂种类非常丰富,但鉴于水性木器涂料的特性,笔者认为最适合在水性木器涂料中使用的是聚氨酯缔合型流变助剂.主要原因是:聚氨酯流变助剂几乎可以在所有的粘度,剪切力范围调整涂料的流变性,因此,它不仅可以防止涂料的沉淀和流挂,更为重要的是,它可以将水性木器涂料的流变性向传统溶剂型涂料的方向调整,从而大大改善水性木器涂料的涂刷性.对于水性木器涂料而言,流变助剂的作用有:?防止沉淀,流挂;?防止飞溅;?改善涂料流变性,提高流平,改进刷痕;?提高研磨/混合效率;?改善涂料施工性能,如:浸涂,喷涂,刷涂等.使用缔合型流变助剂时,有一点特别值得引起注意.由于这类流变剂通过缔合发生作用,即通过乳液颗粒之间缔合来改变涂料液体的流变性,那么,既然它可以使乳液颗粒之间缔合,当然也会使其它颗粒之间产生缔合,对水性木器涂料而言,就是颜料和填料,而这种缔合的结果,经常会改变颜/填料原来的分散状况,破坏颜/填料原来的稳定性.所以,如果在色漆或底漆中使用缔合型增稠剂,一定要注意增稠剂对颜/填料分散状况的影响,见图3.20上海涂料第46卷图3聚氯酯增稠剂在涂料中的作用3.5润湿和分散助剂目前水性木器涂料主要以清漆或亚光漆为主,因此使用润湿分散剂的场合并不多.但在某些场合,如儿童家具,儿童玩具市场多采用色漆,并且,水性木器底漆经常会遇到填料的分散问题,因此,有必要谈一下润湿分散剂在水性木器涂料中的应用.润湿分散剂的主要作用如下:?降低研磨料粘度;?提高颜料的润湿;?提高颜料稳定性.出于尽量减少对涂膜性能的影响考虑,笔者认为水性木器涂料应该以使用中高相对分子质量的润湿分散剂为主.例如:分散有机颜料或炭黑应该使用高相对分子质量的分散剂,如TEGODispers750W,亦可使用比较经济型的产品如:Dispers760W.而分散无机颜料,如钛自粉,亚光粉或填料时,则可以使用专用分散剂,如:Dispers752W或Dispers655.4水性木器涂料的其他注意事项要获得良好的水性木器涂料漆膜,必须选择合适的水性基料,并了解清楚水性树脂的化学结构,相对分子质量的大小,使用乳化剂的种类,乳液的粒径及其分布和均匀性等.同时,水性木器涂料的施工环境要求也相对较高,水的沸点只有100cc,比大部分有机溶剂都低,但由于水分子之间存在很强的氢键,因此水挥发却需要很高的能量,这直接导致水性涂料施工后水的挥发缓慢,同时,水的挥发速度不仅和温度有关,还和环境湿度有非常大的关系,因此我们说,水性木器涂料必须在合适的空气湿度和环境温度条件下进行施工.水性木器涂料的一些其他施工条件也相对苛刻,例如,由于水挥发缓慢,水性木器涂料在工业化施工条件(流水线施工)下,经常需要额外添加烘道以保证水的及时挥发;同时,为了防止生锈,施工设备也需要使用不锈钢材料;另外,由于水性涂料中助溶剂的存在,会对传统的油漆管道或容器的材质有不同的要求(避免使用PVC塑料);再者,水性木器涂料交叉污染的敏感度非常高,因而对设备清洗的要求也格外高;还有,水性涂料的层问打磨要求也非常高,需要使用特殊的砂纸.所有这些因素,都会对水性木器涂料的推广产生阻碍.5水性木器涂料在中国发展的展望对于木器涂料而言,水性涂料替代传统溶剂型涂料是一个漫长的过程.笔者认为以下几个因素是水性木器涂料在中国推广的关键:首先是国家政策的推动,如果国家出台严厉的限制溶剂型涂料的生产和施工政策,则无疑将成为水性木器涂料市场推广的原动力.其次,在如今环保政策日趋严格和高油价的大环境下,国内的涂料行业组织也应该适时在自己行业内部推广普及水性木器涂料的应用知识和随之而来的优点.今年,以拜耳公司为首,掀起的水性总动员就是一个非常良好的开始.当然,任何趋势的变化离不开技术的跟进与支持,笔者认为,涂料原