水性木器涂料用助剂

0 前言
水性木器涂料由于符合人们对低VOC 排放的需要,目前在国内外涂料行业已成为大家积极开发推广的项目之一。在产品开发过程中,人们除了对水性树脂有较多要求用以满足木器涂料在成膜性、光泽、丰满度、硬度以及硬度建立速度、耐水性、耐溶剂性、耐污性等性能外,对助剂也会有更多需求。这是因为水性涂料主要是以水为溶剂,水的高表面张力与高蒸发潜热使得水性涂料除了在干燥速度、对木纤维的溶胀性方面与溶剂型涂料有所不同之外,在涂料配制以及实际涂装应用过程中更易出现润湿不佳、流平不好、缩孔、凹穴、缩边等问题,这些负面问题往往需要借助于助剂来解决之。同时助剂还可以提升涂膜的耐磨性、抗刮抗划性、抗老化性、赋予涂膜滑爽性、消旋光性以及调整涂料的流变性等等。相对于溶剂型涂料体系而言,助剂的作用在水性涂料体系会更加凸显。为此,本文主要探讨助剂在水性木器涂料中的应用。

1 消光剂
亚光木器清漆既能体现木质底材的天然纹路又能赋予涂膜柔和的表观效果而成为市场消费的主流,要达到一定的亚光效果通常需要借助于消光剂的作用。二氧化硅消光粉不但具有高消旋光性,同时由于其折光指数接近树脂的折光指数,对涂膜的透明性影响较小,因此是一般溶剂型及水性木器涂料首选的一类消光剂产品。其消光机理为在涂料中加入足够的量,当涂膜干燥收缩时,二氧化硅颗粒就会扩展到涂膜表层使涂膜产生微观粗糙的表面,造成反射光产生漫反射,从而达到消光的效果。二氧化硅消光粉的应用性能主要为消光效率、透明性、分散性、沉降性、表面手感,这些性能与二氧化硅消光粉的一些基本参数紧密相关:孔隙率、粒径大小与粒径分布、有无表面处理、pH 值等。表1 所示为英国INEOS Silicas 公司用于水性木器涂料的GASIL® 消光剂产品的基本参数,这些产品的应用评估结果如表2 所示。


注:(1)耐水性:涂膜表面放置沾水滤纸试片,密闭1 h 后擦去表面水分,观察涂膜外观。
(2)评估体系:水性丙烯酸聚氨酯木器清面漆。
GASIL 23F 由于孔隙率相对较大,单位质量下的颗粒数会较多,对光线的散射程度相对较高,同时GASIL 23F 颗粒粒径相对较大,使得涂膜表面粗糙度相对较高,因此其消光效果相对最好。GASILHP 230 除了可以提供较好的消光效率以外,由于其颗粒较小,可赋予涂膜良好的透明性与细腻柔和的手感,在沉降性以及分散性方面也有比较突出的表现,是水性木器涂料体系可被优先选用的产品。GASIL HP 240 的涂膜耐水白性相对较好,这源于其表面经过特殊蜡处理,可赋予涂膜一定的疏水性。在高消光体系,由于消光粉添加量的加大,树脂对粉料的包裹性变差从而会明显影响到涂膜的耐水性,此时选用GASIL HP 240,可凸显其疏水性优势。

2 润湿流平剂
由于以高表面张力的水为主要溶剂,因此水性木器涂料在施工过程中不可避免会经常遇到涂料对基材或底涂表面难以润湿、渗透不佳的问题,在涂膜干燥过程中由于组分间存在表面张力梯度的差异以及外界因素的污染也极易产生缩孔、凹穴、缩边等表面缺陷,要有效地解决和避免这些问题,也需要借助于助剂的作用。这些助剂必须能够使涂料体系的表面张力被有效降低或能够有效平衡配方各组分间的表面张力差异。在水性涂料体系中,一些改性聚硅氧烷类产品以及氟表面活性剂产品是非常有效的,它们可以使水性体系的表面张力降到足够低,如表3 所示。润湿流平剂Levaslip W-469 是一种聚醚改性聚硅氧烷。它可以非常有效地促进涂料在难以润湿的底材或底涂上的润湿、渗透与展布,有效提高涂料的均匀覆盖性,同时它还具有优异的抗缩孔性和促进涂料表面流平的作用,并具有非常好的兼容性,不影响涂膜的透明性和光泽,也不影响重涂性,不稳泡,Zonyl FSO、Zonyl FSJ、Zonyl FS-610 是DuPont 公司的氟表面活性剂产品,由于氟表面活性剂的高表面活性,使得它们在防止和解决缩孔、凹穴等表面缺陷方面更加有效,并且在极低的添加量条件下即可得到非常显著的效果,如图1 所示。润湿流平剂的基本参数见表4。

建议在配方中可以将Zonyl FSO 或Zonyl FSJ 或Zonyl FS-610 与Levaslip W-469 配合使用,在促进涂料对底材的润湿、渗透,避免和解决缩孔、凹穴等表面缺陷方面会产生很好的协同效应。
3 漆膜手感剂
木器涂膜表面手感的改善,抗刮伤、防粘连、耐磨性能的提高可以通过蜡类和改性有机硅类助剂来获得。它们均通过迁移到涂膜表面来发生作用。Levaslip W-461 是一种高相对分子质量的改性聚硅氧烷产品,由于它的高表面活性,可以使涂膜表面的滑爽性显著提高,赋予涂膜优异的光滑触感,同时兼具抗刮伤、防粘连、提高耐磨性的功能。

4 消泡剂
与溶剂型木器涂料不同的是:水性木器涂料配方中含有多种表面活性物质,如乳液或分散体基料中含有一定量的表面活性剂或具有表面活性剂特性的成分、颜料润湿分散剂、基材润湿流平剂、手感剂、流变助剂等等,因此由生产、施工所引入的空气以及成膜过程中可能发生的一些化学反应所产生的气体更容易被稳定而不易消除。因而配方设计师希望借助一些高效能的消泡剂或提高消泡剂添加量来解决问题,但往往又容易产生缩孔、凹穴等这些由消泡剂带来的负面作用,一些消泡剂还会影响漆膜的透明性和光泽。Defom W-0506 是一种以乳化聚硅氧烷为主要成分的消泡剂产品,应用评估结果如表5、表6 所示。

评估体系:水性丙烯酸聚氨酯木器清面漆。

评估体系:水性丙烯酸木器清面漆。
对照品1 为矿物油类消泡剂,它会严重影响漆膜透明性和光泽,这是矿物油迁移至漆膜表面所致。对照品2 为改性聚硅氧烷浓缩液,有很好的抑泡、消泡功能,但极易产生缩孔、凹穴弊病。对照品3 为分子级消泡剂,它有非常好的兼容性,对漆膜透明性和光泽影响小,在添加量较大情况下也不易产生缩孔、凹穴问题,但其抑泡、消泡能力也比较差。Defom W-0506 除了可以提供优秀的抑泡,消泡效果之外,相容性也比较好,不易产生由消泡剂带来的缩孔、凹穴问题,对漆膜透明性和光泽的影响也极小。虽然消泡剂的使用并不复杂,但由于水性木器涂料配方组分较多,各组分品种使用也是多种多样,所以消泡剂对不同配方的适用性会存在很大差异。因此消泡剂的选用还是要针对具体的配方最终由试验来确定,除了要关注消泡剂的抑泡、消泡能力以及可能带来的缩孔、凹穴问题之外,还需要注意消泡剂可能对涂膜透明性和光泽所带来的负面影响,对木器清漆体系而言更是如此。

5 流变助剂
水性木器涂料对流变性能的需求可以通过使用流变助剂来得到。但流变助剂对涂膜成膜性、光泽、耐水性等的负面影响也应尽可能小。缔合型聚氨酯类流变助剂可与树脂分子结构中的疏水基团缔合,形成一定的分子间网络结构从而使漆膜成膜的致密性有一定的提高。Rheo WT 缔合型聚氨酯类流变助剂系列产品,可以提供不同的流变特性,同时具有很好的成膜性,对涂膜耐水性、光泽、透明性影响小。它们可以单用也可以相互配合使用来满足不同水性木器涂料配方体系以及不同施工方式对流变性能的需要。应用评估结果如表7、表8 所示。

评估体系:水性丙烯酸木器清面漆。

评估体系:水性丙烯酸聚氨酯木器清面漆。
Rheo WT-207 是高增稠性的流变助剂,其对乳液体系以及聚氨酯类分散体体系均有很好的增稠性,并可赋予体系较好的流动状态。Rheo WT-202增稠效果较Rheo WT-207 低,在赋予体系较好增稠效果的同时,其提供流动、流平的能力更好些,对体系的适用性也更加宽广。RheoWT-206 流变性能与Rheo WT-202 相似,但Rheo WT-206 不含溶剂,是特别为零VOC 或低VOC 配方体系设计的产品。Rheo WT-204 为不含溶剂的牛顿型流变助剂,可有效提高体系的高剪切粘度,提供更好的流动、流平性、涂刷性以及涂膜丰满度,对体系的适用性也非常宽广。

6 结语
水性木器涂料具有环保优势,必将是未来木器涂料市场的主流,研发及推广水性木器涂料是大势所趋。助剂选择的正确与否,对水性木器涂料的最终性能会产生很大影响,需要通过试验来筛选与确定,如此才能获得最适合特定涂料体系的助剂组合。

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