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水性木器涂料的分類、特點和配方設計
2019年10月28日    閱讀量:5779    新聞來源:水漆助手  |  投稿

水性涂料,英文為waterborne coatings或waterbased coatings,又稱水基涂料。


水性木器涂料的分類、特點和配方設計 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站


用于木材涂飾的水性涂料有多種分類方法,常見的有按外觀、用途、施工和固化方式、乳液類型、化學結構以及設備方法來分類命名的。


水性木器漆最重要的成分是其中的乳液和構成乳液的樹脂類型,科學的方法是按乳液的化學結構分類涂料在線coatingol.com。按化學結構,水性木器漆可分為:


?水性丙烯酸涂料 

?水性聚氨酯涂料 

?水性醇酸漆 

?水性環氧涂料 

?溶膠一凝膠涂料 

?水性光固化涂料 


1、水性丙烯酸涂料

丙烯酸型水性木器漆是應用較早而且目前仍在大量應用的品種。自20世紀70年代起丙烯酸建筑乳膠漆開始大范圍推廣以來,水性丙烯酸木器漆也隨之出現在市場上。

丙烯酸乳液由丙烯酸酯單體為主的乙烯基單體經乳液聚合而成。聚合過程中添加了乳化劑、穩定劑、pH調節劑等各種助劑,體系相當復雜。采用軟硬不同的單體,調節用量,并改變加料方式可以控制乳液粒子中聚合物分子的軟硬鏈段分布,從而得到不同玻璃化溫度 (Tg或不同最低成膜溫度(MFFT)的乳液。聚合時采用的乳化劑可以是陰離子型的,也可以是非離子型的或陽離子型的,相應的乳液以及制成的漆也可稱為陰離子型、非離子型或陽離子型的。

僅用丙烯酸單體聚合得到的是純丙乳液,制成的漆稱為純丙水性漆。聚合時可添加其他乙烯基單體對乳液進行改性,例如,添加苯乙烯改進漆膜的硬度并降低成本;引入含氟、含硅的單體改進漆膜的表面性能,降低膜的表面自由能,提高疏水性和耐玷污性。由此產生了苯丙水性漆、氟碳水性漆、硅丙水性漆等品種。

丙烯酸乳液制成的漆膜有良好的耐候性,不易黃變,硬度高,光澤好。但是它的主要缺點是抗粘連性差,容易出現熱黏冷脆的現象,硬度過高則低溫成膜性不好,冬天難以進行涂裝施工。通過自交聯聚合、無皂聚合、核殼聚合等技術進一步改進和提高了丙烯酸乳液的性質,特別是采用核殼技術,將乳液粒子制成硬核軟殼或軟核硬殼的結構,甚至軟硬相問的多層結構,以適應不同施工和使用條件的需要。


2、水性聚氨酯涂料

聚氨酯是分子結構中具有氨基甲酸酯結構的一類大分子化合物的總稱,通常由二異氰酸酯和多元醇經聚加成反應制成。鑒于異氰酸酯和多元醇種類的多樣性,得到的聚氨酯可以是從軟到硬,從脆到韌,從高彈性到有一定剛性的各種形態的產品。聚氨酯涂料同樣具有很廣的性能調節范圍。

根據制備聚氨酯所用的異氰酸酯類型,聚氨酯乳液和相應的漆可分為脂肪族型和芳香族型兩大類。脂肪族的漆膜有優異的耐候性和抗黃變性,可用作戶外裝飾涂料;芳香族水性聚氨酯多用來做室內裝飾漆。所用的多元醇有聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚烯烴多元醇等,從而產生了聚醚聚氨酯水性涂料、聚酯聚氨酯水性涂料等稱謂。

合成水性聚氨酯的過程中必須引入親水基團或親水鏈段。最常見的親水基團是陰離子的羧酸基和磺酸基;大分子主鏈和側鏈上也可以有季銨離子那樣的陽離子基團;或者引入非離子的聚氧乙烯長鏈段和親水基團羥甲基,相應的水性聚氨酯被稱為陰離子、陽離子和非離子型的。

按聚合得到的粒子大小有聚氨酯乳液和聚氨酯分散體(PUD)兩類,后者通常有納米級的粒徑,外觀半透明甚至完全透明,是目前最好的水性木器漆基料之一,有人將其特別稱為納米乳液,以區別于外觀呈白色的普通乳液。

水性聚氨酯成膜后具有優異的柔韌性,常常與相對剛性的丙烯酸乳液摻混制漆,得到的水性木器漆兼具二者的優點,特別表現在可在較低的溫度下成膜,又有較好的漆膜硬度。更好的方法是在制備聚氨酯分散體的過程中引入丙烯酸單體,制成聚丙烯酸酯為核、聚氨酯為殼的核殼結構粒子。這種聚氨酯一丙烯酸分散體(PUA)被認為是第四代聚氨酯分散體,特稱為雜合物(Hybrid),其性能比丙烯酸乳液和聚氨酯分散體的摻混物更好,主要表現在配漆更穩定,低溫成膜性更優,不返黏,硬度高,柔韌性好,附著力好等,得到了廣泛應用。


3、水性醇酸漆

植物油經醇解后再與酸酐反應生成醇酸樹脂,加大親水基團的含量可制成水溶性或可水分散的樹脂,水溶性的水性醇酸外觀相當透明,但有顏色,而醇酸乳液呈棕黃色不透明狀。醇酸樹脂分子中的不飽和鍵是漆膜具有優良性能的基本保證。與溶劑型醇酸一樣,可以通過油度長短來調節涂層的性能,油度短,干燥快,光澤高,漆膜硬度大;油度長,漆膜的柔韌性好,耐沖擊性好。因此水性醇酸也有短油度和長油度之分。

醇酸樹脂在木材上有良好的滲透性,特別適用于制造水性著色劑。水性醇酸的另一大優點是利用空氣中的氧氣交聯固化,所以漆膜的耐溶劑性大大優于其他單組分水性漆。丙烯酸改性水性醇酸是在醇酸合成時在分子中接入丙烯酸單體,改性后的醇酸樹脂保光性得到顯著提高。近來,為了進一步提高水性醇酸漆的性能,開發了醇酸/丙烯酸雜合技術,制成醇酸聚合物為核、丙烯酸聚合物為殼的核殼體系,親水的丙烯酸殼保護醇酸核不被水解。涂裝后漆中的水揮發,乳液細粒子滲入木頭微孔中,線型的聚合物分子再經氧化交聯成膜。

水性氨酯油是用二異氰酸酯改性的醇酸樹脂。二異氰酸酯與醇酸樹脂的羥基反應生成聚氨酯結構,具有了某些聚氨酯的性能,同時保留了醇酸樹脂氧化交聯的特性,由此制成的單組分水性漆施工方便,性能優異,是水性漆中優良的品種之一。


4、溶膠/凝膠涂料

溶膠一凝膠涂料(Sol—Gel coatings)是近年來受到特別關注的新型涂料品種。無機納米粉料的進展促進了溶膠一凝膠涂料的發展。

溶膠一凝膠涂料的主要成分是有機樹脂和硅烷化合物,硅烷水解生成溶膠,然后在固體表面上再經縮合變成凝膠。硅烷中的活性基團極易與有機樹脂或二氧化硅溶膠這樣的無機材料反應,硅烷本身也可以縮合成網狀結構的大分子,最終形成硬度高、耐劃傷、耐溶劑、耐水的漆膜。涂料中的溶劑主要是異丙醇這樣的有機溶劑,含有少部分的水,嚴格地說不是真正意義上的水性涂料,但是是環保型涂料。新近嶄露頭角的木器漆用的溶膠一凝膠涂料是一種極有前途的木器涂料新品種。


5、水性光固化涂料

水性光固化涂料是按固化方法分類的一類涂料,是很重要的一類涂料。任何聚合物分子中,只要引入了能被光引發劑分解的自由基作用的活性基團,或能被高能輻射激發產生活性基團的結構都可以制成光固化涂料或輻射固化涂料。

按固化所需的光源分,有紫外光(uV)固化涂料、可見光固化涂料和電子(EB)束固化涂料,最常見的是UV固化方式。光固化涂層有高度交聯的結構,耐溶劑性、耐劃傷性十分優異,漆膜硬度很高,作為水性地板涂料用得最為廣泛,當然也可用做水性家具漆、水性櫥柜漆和水性板壁漆。


水性涂料配方設計原則


水性涂料,包括水性木器漆是以水為分散介質和稀釋劑的涂料。與常用的溶劑型涂料不同,其配方體系是一個更加復雜的體系。配方設計時,不僅要關注聚合物的類型、乳液及分散體的性能.還需要合理選擇各種助劑并考慮到各成分之間的相互影響進行合理匹配。有時還要針對特殊要求選用一些特殊添加劑,最終形成適用的配方。



水性木器漆基本組成及作用

⊙聚合物乳液或分散體:這是成膜的基料,決定了漆膜的主要功能。

⊙成膜助劑:在水揮發后,使乳液或分散體微粒形成均勻致密的膜,并改善低溫條件下的成膜性。

⊙抑泡劑和消泡劑:抑制生產過程中漆液中產生的氣泡并能使已產生的氣泡逸出液面并破泡。

⊙潤濕流平劑:提高漆液對底材的潤濕性能,改進流平性,增加漆膜對底材的附著力。

⊙流變助劑:對漆料提供良好流動性和流平性,減少涂裝過程中的弊病。

⊙表面控制助劑:改善涂膜的性能。

⊙消光劑:調控水性木器涂膜光澤度。 

⊙防腐劑:防止漆液在貯存過程中霉變。

⊙pH調節劑:調整漆液的pH值,使漆液穩定。

⊙著色劑和填料 

⊙特殊添加劑 


此外,配方設計時往往還要添加少量的去離子水以便制漆。 

 

水性涂料配方設計體系 - 基料

水性木器漆面漆的配方中,基料是形成漆膜并決定漆膜性能的關鍵組分。基料,即聚合物乳液、分散體或雜合物占80%以上,最好在90%以上。由于乳液特別是水分散體的固體分較低(水分散體一般在30%~35%),配方設計時應盡量提高基料的用量,使得漆液中的有效成膜物含量盡可能多,這樣才能保證制成的漆一道涂裝漆膜較厚,豐滿度高。

聚合物乳液一般較水分散體的固體分高。水性基料固體分提高到一定程度后黏度增力很快,以至于可以稠到不能順利制漆的程度。水分散體區粒子小、,所以這種現象更顯著,通常只能做成35%以下的濃度。因為乳液粒子比較大,同樣固體分下的黏度小一些,一般能制成50%左右的固體分。配方設計時,應該考慮到這種差別,也即采用水分散體制漆時,更要盡可能多地提高分散體的用量。

選用何種乳液或水分散體,要依水性木器漆的使用目的而定。戶外用水性木器漆氣候老化條件惡劣,應優先選用脂肪族聚氨酯分散體或丙烯酸酯乳液。室內用漆可用芳香族聚氨酯分散體或丙烯酸酯乳液,玻璃化溫度要高或固化過程中能夠交聯,以提高耐水、耐燙能力。

水性木器漆實色漆中有部分顏料和填料,乳液或水分散體的用量相應要降低,一般在70%~80%左右,而膩子中填料更多,乳液或分散體的用量甚至可低至50%左右。

目前已成功應用于水性木器涂料的樹脂類型主要有水性醇酸、丙烯酸乳液或分散體、水性聚氨酯分散體及水性丙烯酸聚氨酯分散體。


水性涂料配方設計體系 - 防腐劑 

水性木器涂料是水基體系,在生產過程中較易帶入細菌,在儲藏過程中都較易被微生物降解,因而,在配方設計時應適當添加防腐劑的類型和用量,防止體系和涂膜的腐敗。從環保的角度考慮,應使用較低毒的防腐劑,另外還要注意與體系的匹配性,以及在添加時必須用水稀釋后方可,否則,會與體系發生絮凝及不良的現象。

一般來說,對于異噻唑啉酮類防腐劑用量在0.1%已足能防止漆液在貯存過程中霉變。加0.1%的防腐劑后,密封貯存兩三年不成問題。


水性涂料配方設計體系 - pH調節劑 

水性木器涂料有必要時還可能要調pH值。多數乳液或水分散體生產時已將pH值調為8~9,制漆時不必再用pH調節劑。如果pH值有偏差制漆過程中要加0.05%~0.1%的pH調節劑,將漆液的pH值調至7~9。許多水性木器漆只有在中性至微堿性條件下才能穩定,當pH值過高或過低時,漆液可能會產生絮凝、沉淀、返粗、施工性能惡化等現象。

不同的體系的pH值的要求都不一樣,所以,水性木器涂料的pH值是根據體系的不同來調整,同時要考慮與配方中防腐劑的匹配。還要注意的是添加時必須用水以倍數來稀釋,以免引起體系產生顆粒。

標簽:家裝家具涂料涂裝應用技術中心水性木器漆
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