水性木器涂料的应用前景及配方讨论

1  前言
传统的木器涂料如硝基涂料和聚酯涂料硬度高、干燥快、耐化学品性优良, 长期以来一直受到人们的青睐, 但溶解固体树脂高含量的强溶剂对人类的危害性持久, 甲苯、二甲苯、氯仿等对于施工人员的健康已经造成很大影响。随着装修业的兴起, 在室内装饰过程中和施工后残留的大量有害物质, 可能长时间保留在室内, 对人们的身心健康有很大危害, 是居室中无形的杀手。鉴于此, 国家对室内装修涂料制定了一系列的强制性国家标准, 对水性木器涂料的技术指标作了规范, 如表1 所示。水性木器涂料的总挥发性有机化合物的含量( TVOC) 限值为250g/ L 。
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 从表1 看出, 水性木器涂料中VOC 和甲醛的含量要求都比较低, 所以如何选用水性木器涂料用树脂便成了关键, 换句话说, 水性木器涂料的配方和树脂要以这两点为基准点, 同时达到优异的性能和环保的规范要求。

目前市场上有两类水性木器涂料用树脂可供选用, 一类是水性聚氨酯, 一类是丙烯酸乳液。水性聚氨酯用于木器涂料时具有流平性好、耐化学品性好、易施工、有硬度和韧性的平衡等优点, 但性能好的水性聚氨酯多为进口, 价格贵, 固含量偏低,因此影响涂膜的丰满度, 需多次涂覆, 用于木器涂料时腻子不易打磨。由于丙烯酸乳液的合成机理要求, 达到一定的硬度, 必须有足够硬性的单体, 在成膜过程中对成膜温度的要求是加入一定量的成膜助剂, 这样势必要影响到配方中VOC 的含量, 而太硬的单体会使干燥后的涂膜变得发脆, 所以不宜选用过硬的乳液, 玻璃化温度应以(50~60) ℃为佳。丙烯酸乳液稳定性好, 丰满度高, 作为木器涂料用腻子应首选考虑, 因其打磨性好、易施工、性价比高, 在装饰涂料、底涂和腻子方面已获得成功应用。丙烯酸乳液类作为木器涂料用树脂, 应选用有特殊的合成工艺和机理、综合性能优异的乳液。目前市场的应用基本上属于百花齐放的局面, 因为国家对装饰市场还没有强制性的要求, 普通百姓及施工人员对产品还有一个适应和接纳的过程, 所以限制了水性木器涂料的推广。但随着环保理念的深入和强化, 木器涂料的环保是一个必然趋势, 所以各厂家都在积极投入, 开始进行产品研发。

2  水性木器涂料腻子
用放大镜或显微镜观察, 木材表面分布有大量的毛细孔和细纤维, 这类物质在潮湿的空气中会粘附大量的水汽, 而在干燥的条件下, 细纤维会伸长出来形成很多毛刺, 同时有或多或少的油脂分布在表面, 使木材具有一定的表面能和表面活性, 装饰木材表面必须使这种活性降到最低限度, 才有利于施工。在装饰过程中, 木材本身的材质和纹理要体现出来, 所以就不能像批墙腻子掩盖墙面, 而是要求透明度越高越好, 同时要有封闭作用, 能有效填补表面的毛细孔, 抹平或粉碎分布在各处的纤维和毛刺, 同时使木材表面变得更加平整, 易于打磨,为涂层施工创造了良好条件。下面以一个木器涂料腻子的配方作为例子来分析各成分的作用和目的, 如表2 所示。
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在此选用一个玻璃化温度约60 ℃、MFFT 约0 ℃的乳液作为腻子的基料, 乳液本身是采用特殊合成工艺, 含固量41% , 干燥后的涂膜有极佳的透明性和一定的韧性, 同时有很好的基础硬度, 表干速度很快。加入一定量的填料, 填料的搭配是腻子成功与否的重要因素。重钙不宜太多, 同时要选用粗粒径的填料使填充效果比较好, 滑石粉使腻子层比较滑爽, 手感好, 易于打磨。一定要用纯度和白度高的填料, 如有杂质存在, 等到上底涂和面涂时就会有严重的咬底现象, 影响表面的清洁度和透明度, 使装饰面变得难看, 反之, 腻子层做得好,不但能起到良好的封闭作用, 也可提高涂层的丰满度和光洁度。在此配方中, 因为乳液的干燥速度快; 用乙二醇来起缓冲作用, 可减少咬底现象。此配方有很好的流动性, 既可以批刮抹涂, 也可以刷涂, 刷涂的工艺适合在装饰涂料市场应用。

3  底涂
作为腻子层和面涂的中间过渡层, 底涂既要有一定的封闭作用, 又要有一定的硬度和丰满度, 同时对底和面要有良好的附着力和相容性。因此选用像GD87 一类的丙烯酸乳液, 固含量适中, 配方容易调整, 可适量兑水稀释, 也不影响丰满度和流平性, 施工工艺容易掌握。

4  面涂
面涂是木器涂料最后的一道工序, 木器涂料的价值和档次就靠它来体现, 所以选择什么样的乳液便成了关键。总的来说, 要求面涂有以下特点:(1) 快干; (2) 硬度高; (3) 有一定的韧性,能抗冲击; (4) 附着力好; (5) 耐污渍程度高;(6) 耐磨性好; (7) 耐高温水和低温水; (8) 线收缩性小; (9) 丰满度高, 干膜透明性好; (10) 气味小, 低VOC 和甲醛; (11) 能适当地抗紫外线。
综合以上性能, 应选择玻璃化温度在55 ℃以上的乳液。同时干膜要有适当的韧性, 维持抗冲击能力。选定了基料之后, 只是成功面涂的一半。另外, 还需要根据面涂的要求调制配方, 面涂有透明的、半透明的, 有高光、半哑光、哑光, 有清漆、色漆。尤其良好的施工性能是必须具备的。所以面涂中有很多溶剂、助剂和填料, 各个组分的作用对应用都有重大影响, 同时也存在相互作用和牵制,甚至反作用对涂膜的性能有反面影响。下面是一个简单的面涂配方实例, 见表3 。
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 面涂的配方要以理论为指导, 同时要经过大量的实验来证明。尤其是水性木器涂料, 无论是理论还是实践, 都没有油漆应用得那么成熟, 有那么多产品可供选择, 油漆工的施工工艺也很成熟。因为溶剂是水, 水性木器涂料对底材的润湿和流平要来得困难, 需添加助剂来改善。如果牵涉到刷涂工艺, 还有消泡的效果要迅速、持久, 加量要适中, 不能引起缩孔和火山口现象, 通常水性木器涂料的乳液是比较温和的, 但有些乳液应用了特殊的合成工艺, 会有强醇醚类的化学物质加入引起轻微的咬底现象, 可通过具有一定缓冲作用的乙二醇或丙二醇来杜绝。考虑以上助剂的影响, 再配合大量实验, 就能配制出适应各种面涂的水性木器涂料。

5  施工工艺的探讨
水性木器涂料的工艺和油漆有很大不同, 油漆通常是双组分, 有固化剂和基料, 油漆工有很丰富的经验。而水性木器涂料基本上是单组分, 对施工的要求更高, 要求对油漆工进行专门的培训。通常, 水性木器涂料的喷涂工艺相对简单, 对配方的要求可以低一些, 因为这种工艺对底面的润湿反应小, 细小的喷点在涂层上能迅速粘附, 固化成膜, 这种工艺适合在家庭装修时用。而刷涂时的走刷, 是大面积的施工行为, 底材局部的表面能和表面活性影响到面涂和底涂的润湿性能, 面涂的配方是一个关键要素。所以在设计面涂配方时, 要考虑到施工工艺以及对底层的作用, 要选择合适的喷枪和喷嘴, 控制一定的喷量和距离跨度。这种工艺适合在家装涂料市场和工厂大量加工。用以上的方法和理论作指导来配制面涂, 方能达到各方面的性能要求, 如涂膜的、易施工性、润湿性、重涂性、丰满度和光亮度。

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