從目前看,木器涂料所使用的涂料樹脂品種主要有:硝基涂料、酸固化氨基醇酸樹脂涂料、不飽和聚酯涂料、丙烯酸酯涂料和聚氨酯涂料,其中聚氨酯涂料是最主要的木器涂料品種。 我國木器涂料年消費量達40萬t以上,其中聚氨酯涂料為30萬t,占75%左右;我國木器涂料生產廠家近千家,品種有數千個,多數在廣東。按涂料所用溶劑分類,在木器涂料里大致可分為溶劑型木器涂料、水性木器涂料、光固化木器涂料等。 而目前在木器涂料行業人們最關心的是涂料水性化問題。世界工業發達國家迫于環保的壓力,所以在木器涂料方面最注重的是水性涂料的開發,水性木器涂料最大的優勢是綠色環保,但存在的問題不少,主要是質量方面,與溶劑型木器涂料相比,其存在著硬度低,豐滿度較差,早期抗粘性較差,抗沾污能力差,開罐外觀不理想,耐水性、光澤等均不理想,且有高溫回粘等問題。此外,其價格較高。面對這些缺點,就必須在水性木器涂料用基料的設計上采用合理的分子結構,對樹脂進行改性,選擇合理的水性助劑,如助溶劑、潤濕流平劑、消泡劑、增滑劑、消光劑和增稠劑等,以提高其性能。另外,合成新型水性固化劑來增強其性能也是一種很有效的措施。當然對待水性木器涂料不能只從傳統的消費理念去看待,而歐美國家對待水性木器涂料有其獨到的見解,我們還首先從環保意識上去考慮。 最近以來,國內各家涂料公司、科研院所和學校等對水性木器涂料的研究和開發做了大量工作,并取得了不少成效。其中有關水性樹脂的合成方面值得業內借鑒。 1水性木器涂料用水性樹脂的研究進展 1.1水性醇酸 調節油度長短來獲得涂膜的一些性能:油度短,則快干、光澤、硬度高;油度長,柔韌性好、耐沖擊性好。引入丙烯酸酯以降低催干劑用量,改善耐黃變性。采用C9樹脂,提高醇酸樹脂快干和抗性,有效降低成本,開發新型絡合催干劑,改善干性差問題。引入耐水解的合成原料和控制中和度解決其易水解問題。加入丙烯酸乳液或水性聚氨酯樹脂提高醇酸樹脂保光性。 1.2丙烯酸乳液 引入活性 Si(OR)x基團可增加乳液交聯密度,提高機械強度和耐水性、耐污性和耐候性。通過共聚或共混方式引入微量功能單體,實施對丙烯酸乳液交聯,使之相應具有穩定性、防水性、抗拉伸強度、附著力、耐老化性等。采用無皂聚合、核殼(多相嵌段)聚合以及自交聯和改性技術來提高其硬度、抗劃傷性、抗粘連性、柔韌性、耐化學品性、耐油污性、耐久性、抗紫外線、抗熱回粘和低溫成膜性等。 1.3水性聚氨酯 為降低其成本,可將水性聚氨酯與成本相對較低的丙烯酸乳液混合使用,同時又可取得性能上的優勢互補。為提高水性聚氨酯的機械性能和耐化學品性,可在其制備過程中引入含不飽和鍵的脂肪酸以制成自交聯型水性聚氨酯。這類自交聯水性聚氨酯在成膜過程中還可加入金屬類催干劑來催化自交聯。由于水性聚氨酯中有親水基團會導致耐水性下降問題,可采用外加交聯劑的辦法來解決。用含硅氧烷基團的有機硅化合物對水性聚氨酯進行封端,可制備室溫固化含硅水性聚氨酯分散體,此產品可用來制造低表面能的水性木器涂料,耐水性、抗劃傷性、柔韌性和耐候性均很優異。用水性聚氨酯制成的水性聚氨酯木器涂料分為單組分水性聚氨酯木器涂料和雙組分水性聚氨酯木器涂料兩類。這是因為所用的水性聚氨酯性質不同:前者聚合物的相對分子質量較大,成膜過程中一般不發生交聯,具有施工方便的優點;后者是由水性樹脂和含多異氰酸酯的固化劑所組成。施工時,將二者混合,成膜過程中二者相互發生了交聯反應,故涂膜性能要好。在此分述如下: 1.3.1單組分水性聚氨酯涂料用水性樹脂 與雙組分水性聚氨酯相比,涂料耐化學品性、耐溶劑性欠佳,硬度、光澤和鮮艷度也較低。辦法是采用交聯改性方法,即先選用多官能度反應物如多元醇、多元胺擴鏈劑和多異氰酸酯交聯劑等來合成具交聯結構的水性聚氨酯分散體,然后加后交聯劑等,這種輔助交聯劑所發生的交聯劑反應在乳膠顆粒內,它能增大乳膠顆粒中聚氨酯鏈的分子量而不影響乳膠的穩定性,這樣就能很好地克服當前單組分水性聚氨酯木器涂料所存在的硬度低、耐水性和耐溶劑不良的缺點;熱活化交聯是由封閉型異氰酸酯乳液與聚氨酯乳液混合形成單組分乳液,干燥后進行熱處理,使高反應性的異氰酸酯基團再生并與聚氨酯分子所含的活性基團反應形成交聯的涂膜;采用干性或半干性油脂改性聚氨酯,并用金屬催干劑來引發主鏈上的雙鍵進行交聯;另外,還有用光固化交聯的辦法,即在聚氨酯中加入先引發劑,采用射線激發使之產生交聯固化。而改變聚氨酯的合成原料也很有效,因為合成聚氨酯的原料為多異氰酸酯、多元醇和擴鏈劑。只要其中任一組分被三官能度以上的原料全部或部分取代就能得到一定支化度和交聯度的聚氨酯產品,在合成交聯型聚氨酯乳液時,一般通過使用多官能度擴鏈劑在聚氨酯分子鏈中引入支鏈結構。近年來,對新型交聯劑和多官能度擴鏈劑的選擇與合成研究相當活躍,并已成為提高水性聚氨酯物理機械性能和耐水性能的主要途徑之一。復合改性是在一定條件下,采取一些方法,實施聚氨酯與其他>其他>其他樹脂的共混、共聚或接枝,結合兩種或者兩種以上樹脂的性能優點,取長補短,使聚氨酯的某些性能得到提高。可以與聚氨酯進行復合的樹脂很多,其中研究最活躍的是:丙烯酸樹脂、有機硅樹脂和環氧樹脂,其他改性有含氟水性聚氨酯、天然高分子或脂肪族聚酯等的改性。 1.3.2雙組分水性聚氨酯涂料用水性樹脂 與溶劑型雙組分聚氨酯木器涂料相比,水性雙組分聚氨酯木器涂料的VOC含量很低,可減少70%~90%,且干燥速度快,其光澤、物化性能及使用期均能滿足水性木器涂料的要求,故制成常溫固化雙組分水性木器涂料是顯著提高涂膜性能的一個重要途徑。水性雙組分聚氨酯經過兩組分溶合、粒子凝結、羥基和水與多異氰酸酯的競爭反應以及二氧化碳的逸出這一系列過程后固化成膜。一般來說,水性羥基組成都設計成帶一定數量的羰基,這些羰基成鹽后可以避免樹脂絮凝,羥基組分可以是乳液,也可以是分散體(按樹脂組成可分為水性丙烯酸、水性聚酯、水性醇酸和水性聚氨酯),羥基分散體的相對分子質量和Tg值一般要高于羥基乳液,而羥基含量太高或玻璃化溫度太高都會使丙烯酸分散體親水性太強而不能有效地使固化劑乳化在水中,丙烯酸分散體粒徑小有利于提高涂膜的硬度和外觀。粒徑小時,粒子的比表面積增大,固化劑分散進入粒子內部的路程縮短,從而提高了羥基的利用率。 另外,隨著粒度的降低,在成膜過程中出現毛細作用,這些作用也有利于兩組分的聚結;水性雙組分聚氨酯的適用期通常較短,加入固化劑后黏度增長,若與適用期不相適用會影響涂料的性能,如流平性、光澤、透明性、耐溶劑性、耐水性以及耐久性;體系中存在著異氰酸酯與多元醇的反應,氨基甲酸酯與脲和異氰酸酯的反應,以及異氰酸酯與水的反應,還存在著異氰酸酯與羥基的反應,該反應更慢于和水的反應,由于異氰酸酯與水反應生成黏性脲層,阻礙了羥基粒子的聚結,影響了最終的成膜過程,反應生成的二氧化碳逸出會造成涂膜縮孔、氣泡以及失光等缺陷,如將雙組分涂料混合后放置一段時間再施工,涂膜的抗流掛性變強,形成針孔的極限厚度變小,閃蒸時間越長,流平性就越好,形成針孔的極限厚度也越大,但涂膜硬度、耐溶劑性、耐化學品性稍有降低;另外溫度高、濕度低也有利于水分的揮發,濕度降低會提高涂膜形成針孔的極限厚度和抗流掛性。
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