高固含高透明水性腻子的配方设计及应用

高固含高透明水性腻子的配方设计及应用

伍忠岳1,叶荣森1,罗先平2,王德华2
(1. 上海富臣化工有限公司,上海201707;2.北京展辰化工有限公司,北京101105)

0 前 言
水性木器漆进入中国市场有好几年了,在北京等城市中已占有一定的市场份额。在水性木器漆特别是清漆的涂装过程中,仍存在许多有待解决的问题。如在樱桃木、胡桃木这些导管较深的木材上进行全封闭涂装时,由于水性木器漆的固体含量相对较低,需要多道底漆才能填平,从而延长了生产时间,增加了涂装成本。同时,对于少许板材本身的缺陷,使用传统的原子灰或水性补土处理时,会因为含有较高的粉料而导致漆膜发白或干燥太快而不好施工。因此,这就迫切需要有透明性好、固体含量相对较高的水性透明腻子出现。在实际生产过程中,水性透明腻子除了要满足上述两个条件外,还需要有较好的施工性能、一定的强度(硬度)、较好的打磨性。只有满足上述目标要求时才有生产应用的意义。本文正是从这种意义出发,设计开发了该产品。基本解决了施工过程中出现的上述问题,满足了部分市场需求。

1 实验部分
一般水性透明腻子主要由水性树脂、填料、打磨助剂以及少量的其它助剂组成。由于水性树脂的固含不高,大多在30%~50%,所以要想做固含量较高的水性透明腻子比较困难。这也是目前市场上水性透明腻子固含较低的一个重要原因。要想透明性好,就必须少加或不加粉料,而要提高固含量和填充性,又需要靠添加粉料来解决。这就导致了当前装修市场上出现了两类透明腻子。一类固含较高,约在40%~55%,一般都有5%~15% 的粉料。这类透明腻子大多只用来对要求不是很高的板材缺陷进行处理,用来填充导管时就会明显影响涂装后漆膜的透明性。另一类透明性很好,不含粉料,但固体含量较低,只有30%~40%。因此,要研制透明性较好的高透明水性腻子,如何选择成膜物非常关键。

1.1 原材料的选择
1.1.1 乳液的选择
一般木器漆用乳液固含在40% 左右,分散体固含在32% 左右,建筑用乳液固含在50% 左右。一般木器用乳液或分散体机械性能较好,硬度较高,但价格较贵。从价格、固含及应用目的考虑,可选用固含、Tg 较高的建筑乳液。

1.1.2 可再分散聚合物胶粉的选用
可分散聚合物胶粉是一种加水能再重新分散在水中,生成稳定的分散液,并具有原来聚合物乳液性能的聚合物乳胶粉[1]。它是由含有保护胶体的聚合物水分散体通过喷雾 、冷冻干燥或者旋转闪蒸等工艺脱水粉化制备而成[2~3]。其粒子直径范围在10~200nm,所形成的聚合物粉末视工艺不同从几个微米到上百微米不等,每一个粉末颗粒包含有数以百万计的聚合物分散体小粒子,小粒子之间存在着足量的微粒状或层状的保护胶体,使之形成一种固态但分散的状态。水可再分散聚合物胶粉有醋酸乙烯-乙烯系、丙烯酸系、苯乙烯- 丙烯酸系等多种类型[4]。在配方中加入水可再分散聚合物胶粉,一方面可以提高腻子的固体含量,另一方面可以起到提高黏度和大大改善腻子的批涂施工性等作用。但水可再分散聚合物胶粉的原始粒径不同,其成膜后的透明性也不同,因此,要根据需要选择透明性较好的胶粉。同时,由于水可再分散聚合物胶粉的成膜温度较低,其Tg一般低于30 ℃,耐水性也相对较差。配方中添加量偏高时,在底漆施工后会发白和开裂。因此,水可再分散聚合物胶粉的用量不宜过大。一般来讲,在配方中加入10%~15% 比较合适。

1.1.3 打磨助剂的选择
在一般腻子的配方设计中,往往要加入一定的填料如滑石粉、碳酸钙来增加其填充性,加入一定的硬脂酸锌来改善其打磨性。在透明腻子中,要提高其透明性,就不能加入粉料,即使3%~5%的硬脂酸锌粉也会对其透明性有很大的影响,同时,前期高速分散硬脂酸锌容易带来较多的气泡,由于腻子的黏度一般较高,这些气泡在很长一段时间内都难以消除。另外,硬脂酸锌的选择不当还会使腻子在贮存过程中胶化。因此,在高透明水性腻子中,一般不加入填料,也不选用硬脂酸锌作为打磨助剂,而是选用透明性较好又不需高速分散的打磨蜡浆。等量的打磨蜡浆比等量的硬脂酸锌有更好的打磨性。并且,使用打磨蜡浆的腻子有着更好的贮存稳定性。

1.1.4 增稠剂的选择
在腻子的配方中还需加入一定的增稠剂以提高黏度,方便施工。实验表明,不同的增稠剂对腻子的外观、施工性能有不同的影响。如加入纤维素类增稠剂,其增稠效果很好,但不好消泡,成品罐内消泡差、外观差,刮涂时容易出现“鱼眼”。疏水碱溶胀型也有较好的增稠效果,罐内消泡和外观也都较好,但施工性不好,反复刮涂时容易翻卷。一般来说,选用能提供高剪切黏度的疏水碱溶胀型或聚氨酯类增稠剂,在搭配低剪切黏度并能提供一定流平的聚氨酯类增稠剂效果较好。

1.1.5 消泡剂的选择
在高树脂含量的水性木器涂料中,消泡一直都是一个不容忽视的问题。水性腻子一般采用刮涂方式进行施工,虽然是在底层,但如果泡多,不仅影响涂料的外观状态,而且在涂膜干燥后,会有鱼眼、针孔等漆膜弊端。如果消泡剂太强,不易分散开,会出现油涡或斑点(因有油涡,干后光泽不匀形成的),这些都会对底漆施工后的表面效果造成很大的影响,从而进一步影响到面漆的表面效果。因此,在高透明水性腻子的生产过程中,消泡剂的选择也非常重要。由于腻子一般采用刮涂的施工方法,在施工过程中不会产生泡沫,因此,在消泡剂的持久性及后期破泡方面不需做太多考虑。一般在前期加入抑泡效果较好又易于分散的消泡剂,后期可加入破泡性较好又易于分散的消泡剂,如BYK024。
1.2 参考配方(见表1)与生产工艺

工艺:按表1配方将高固体分水性树脂加入反应缸中,在低速分散状态加入2%~5%(质量分数,下同),分散均匀后加入6%,中速分散10 min 后加入7%,然后在低速状态加入8%~11% 分散均匀即可。在生产过程中,由于打磨蜡浆也容易引起泡沫,因此,加入打磨蜡浆后不宜快速搅拌。

2 性能指标及工艺探讨
2.1 性能指标
一般地,腻子为了便于施工操作,需要一定的施工黏度,为了不影响施工效果,还需对细度、油涡、泡沫等进行中控,最终所得产品的性能指标见表2。

2.2 工艺探讨
由于成品腻子的黏度一般都比较高,并且有一定的触变性,高黏度和一定的触变性都不利于消泡,因此,在整个生产过程中,控制泡沫的产生非常关键。实验表明,一旦在后期产生了较多的泡沫,即使加再好的消泡剂也不能在短时间内将泡沫彻底消除。因此,在实验配方中,前期的消泡剂主要以抑泡为主。并且,胶粉的加入,有利于泡沫的破除。在胶粉分散结束后,应降低转速,分散液面保持接近平面,这样有利于减少泡沫的产生。同时,在蜡浆加入之后,应低速分散。若最终消泡不是很满意,可适当加大消泡剂用量。最终检测可用细度板刮膜看消泡剂是否过量或是否分散均匀。具体方法是:取少量漆液适当稀释,用细度板刮细度,观察涂膜表面,如果涂沫表面有较多气泡,则消泡剂不够;若有油涡,则消泡剂过量或是消泡剂没有分散均匀,在分散10 min之后还有油涡的话,则应减少消泡剂的用量或者更换消泡剂的种类了。

3 应 用
用该配方生产的水性腻子透明性好,在黑胡桃、樱桃木等导管较深的木材上进行全封闭涂装时,在底漆施工之前刮涂1~2道水性透明腻子能有效减少2~4 道的底漆施工而不影响透明性。同时,由于该透明腻子固体含量高,施工过程中水含量较少,因此,打磨时间短,省时省工。另外,根据该透明腻子树脂含量高、黏度高、含水相对较少、涂膜硬度较高的特点,还可以将其用于密度板的封底(刮涂)和二次找平,避免了普通水性封闭底漆直接封底时,密度板大量吸水,从而引起变形或不易干透的弊端。同时,该水性透明腻子的价格也远比底漆便宜,所以也节省了涂装成本。

4 结 语
开发和研制高固含、高透明的木器用水性腻子可解决水性木器漆施工过程中的一些难题,有效简化施工工序,节约涂装成本,为水性木器漆的迅速推广和普及有极为重要的意义。

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