水性丙烯酸树脂可用于工业木器涂料

创新的水性丙烯酸树脂可用于工业木器涂料
工业木器涂料覆盖多个市场应用领域，包括家具、厨房橱柜、建材和装饰涂料。

这些市场对于产品的要求在很大程度上取决于应用领域。

对户外涂料注重高耐久性和防潮性，而室内涂料则主要强调耐化学品性和耐磨性。

最大的室内木器涂料市场之一是家具行业。

这一市场使用的几种树脂技术包括溶剂型(SB)、水性(WB)、紫外光固化聚氨酯分散体(UV PUDs)和自交联丙烯酸树脂。

在决定使用哪种技术时，主要应考虑以下几个标准：加工工艺、性能、外观、VOC以及成本。

北美木器涂料市场以溶剂型技术占主导地位，包括硝基漆(NC)和氨基酸固化涂料。

这些涂料有很多优势，包括快速的干燥时间、高光泽，同时还可以增强木器的外观。

它们也非常经济，容易通过喷涂、辊涂、淋涂和浸涂。

然而，使用这些材料也有一项重大缺点，即VOC 和有害空气污染物(HAP)高，且混合使用时间短。

由于对低VOC含量和甲醛排放的法规日益严格，因而也愈发需求环保型涂料1。

因此促进了行业向水性技术，包括紫外光固化聚氨酯分散体(UV PUDs)和自交联丙烯酸等技术的转变。

由于排放量极低，UV PUDs作为溶剂型树脂的替代品越来越被认可。

它们具有高性能，并把工艺问题减至最少。

因为UV PUDs 属于高分子量聚合物，与100%固体份体系相比，其固化网络的交联密度较低，限制了固化后的收缩，因而与大多数基材间的附着力极佳。

由于具有包含氢键的聚氨酯和尿素的硬链段，加之来自多元醇为基础的软段，因而具有出色的机械性能。

水性紫外光固化(WB UV)应用上存在的一些挑战与工艺有关。

固化前完全脱水至关重要，湿度等考虑因素也应加以考虑，以便最大程度地减少由于干燥不彻底而产生的次品。

此外，这种技术的成本要高于溶剂型技术。

水性树脂技术中同样包括自交联丙烯酸分散体。

总的来说，它们具有良好的耐久性，并且由于聚合物粒子的相分离形态，因而能配制成低成膜助剂含量的高性能涂料。

依据所应用的聚合方法的不同，可获得多种类型的形态，这也会对成膜特性产生影响，如抗粘连性(图2)。

这些材料也可以与水性UV树脂混合，从而在保持良好性能的同时获得更经济的配方。

需要注意的领域包括聚合物粒子胶体稳定所需的表面活性剂的存在。

这类组分会迁移到膜表面，使膜产生水敏感性，也可能在配方中引起泡沫问题。

在外观方面，并没有特别强调丙烯酸可以提高木质基材的外观，通常缺乏透明度。

虽然与溶剂型硝基漆漆相比，水性丙烯酸的固含量较高，但通常不会产生光滑手感。

本将介绍了一种新型自交联丙烯酸，Alberdingk® AC 3630，并考察了其在KCMA和家具涂料应用上的性能，并与传统自交联丙烯酸和溶剂型面漆，尤其是商用清漆进行相比较。

AC 3630的特性包括出色的透明度、良好的木质感、耐污染性强、干燥时间短、不易起毛刺、在多孔基材上成膜出色。

另外，与传统乳液相比，本产品的表面活性剂含量较低，因而低泡且防水性好。

实验
表1总结了纳入本次研究范围的丙烯酸乳液性能。

评估了MFFT范围约在20-45°C的单相和多相产品。

这些树脂专为工业木器应用配制，依据的是厨房用具制造商协会(KCMA)2以
及各家具制造商对VOC低于200 g/L的指标要求。

所有配方固含量均调整到同一水平，并包括各种标准助剂，消泡剂、蜡、流平剂和流变改性剂。

本项研究还对一种商用加工清漆进行了评估。

不计溶剂，VOC总含量为550 g/L。

涂布木板按以下四个步骤准备：
1.在樱桃木面板上喷涂厚度约4–5 mil的湿膜;
2.风干15分钟;
3.在50°C下强制干燥15分钟，然后冷却15分钟;
4.用320硬脂酸盐和超细磨砂海绵打磨面板，并对第二道涂层重复这一过程。

选择KCMA和家具测试方法
耐化学品性/耐污染性：用足够的化学品和污渍在测试面板上形成0.25至0.5英寸直径的污点，盖上表面皿。

等待16至20小时。

去除化学品和污渍，并用水清洗面板表面。

对每个化学品和污渍测试点进行评定，0代表漆膜表面完全毁损，5代表漆膜表面未受影响。

所使用的化学品包括醋、柠檬汁、橙汁、葡萄汁、西红柿酱、咖啡、橄榄油、1%的洗涤剂溶液、芥末和水。

耐洗涤剂及耐水性(水浸渍性)：准备0.5%的洗涤剂溶液并浸入一块#8纤维素海绵。

将一块带涂层的面板在海绵上放置24小时，观察漆膜表面的变化。

未起泡、泛白或明显变色为合格标准。

刮擦附着力：从每个测试面板上切下4x7英寸的小块试样。

采用毕克加德纳刮擦附着力试验仪进行附着力测试，重量5000克，使用循环划针。

按0到5评级，0代表漆膜表面被完全毁损，5代表漆膜表面未受影响。

球压痕实验：从每个测试面板上切下4x7英寸的小块试样。

采用毕克加德纳刮擦附着力试验仪进行漆膜球压痕实验，重量300克，使用# 5785小笔。

等待1小时后进行评估。

评级标准分为合格、不合格。

24英寸外肉眼可见压痕即为不合格。

耐沸水性：用10毫升沸水对面板进行测试。

将一只盛满开水的陶瓷咖啡杯置于其上。

等待1小时。

移走杯子，并用纸巾擦拭面板。

等待24小时。

评估其泛白情况。

Scotch-Brite™ 耐划伤性：从Form 3B-H Leneta卡纸上取样(3 mil)。

风干10分钟，然后在50°C下强制干燥10分钟。

等待14天后进行测试。

记录涂层光泽度(60º)。

从绿色思高百洁布取下一个2英寸见方的小块。

将200克重量置于上。

在涂层表面来回滑动百洁布10个来回。

移开百洁布，并记录光泽度。

记录下光泽度受损情况(%)。

科尼格摆杆硬度(Koënig)：从玻璃面板上取样(150微米)。

风干了10分钟，然后在50°C 下强制干燥10分钟。

7天后对科尼格硬度进行评估。

测试结果探讨
如前所述，工业木器应用中溶剂型涂料的主要选择之一是清漆。

清漆混合了油性醇酸树脂、尿素甲醛和三聚氰胺。

由于它们采用了对甲苯磺酸等强酸催化剂，因而混合使用时间仅为24至48小时。

清漆在工业木器应用上显示出很好的性能，然而，它们的VOC含量很高，而且甲醛被列为致癌物质。

将传统清漆与水性自交联丙烯酸乳液进行了对比。

喷涂了传统清漆的面板透明性出色、干燥时间短，并具有良好的木质感和表面润湿。

在丙烯酸树脂中，只有AC 630具有类似的透明性、良好的木质感，并能在基材上保持良好的牢固度和观感。

事实上AC 3630在罐内的透明度远优于其它丙烯酸，纯乳液的浊度较低就是有力证明(图3)。

同时也观察到，与其它丙烯酸相比，在木器表面起毛刺最少。

所有的涂料都显示耐指甲划伤的特性良好。

另外，还采用柯尼格测试仪对七天后的表面硬度进行了测量。

所有的丙烯酸都要比清漆柔软得多(<100s)，AC 3630则是其中最坚硬的(图4)。

尽管存在这种差异，涂覆了丙烯酸的部件仍能满足工业环境中的抗粘连性要求。

根据KCMA标准(图5)进行了耐化学品性测试。

除AC-03之外的所有涂料均具有良好的性能，AC-03对葡萄汁、咖啡和乙醇(50%)的耐受性不佳。

另外还进行了边缘浸泡测试，除AC-01外的所有涂料均以良好的结果通过了测试。

这个测试模拟将洗涤剂浸泡的洗碗布铺在一个垂直的橱柜门上。

选择丙烯酸时，应考虑到表面活性剂会使漆膜表面具有水敏感性。

因此，使用低表面活性剂含量的材料是极为有利的。

此外，还进行了几项测试来评估在家具涂装中的性能。

对这个市场提出了各种要求，并根据商业应用与住宅应用进行了细分。

图6给出了涂层的耐划伤性数据，对摩擦前后的光泽度进行了记录，并计算出了光泽损失百分比。

数值越低，性能就越高。

清漆光泽度损失率为25%，MFFT较低的丙烯酸的表现与之相类似。

将聚氨酯分散体与丙烯酸混合可以进一步提高耐磨损性。

对刮擦附着力也进行了测试，所有丙烯酸树脂的测试结果均优于清漆，清漆部分出现分层和泛白现象。

耐沸水性测试结果如图7所示。

清漆表现一般，而其它丙烯酸涂料则显示出优越得多的性能。

总结
在工业木器涂料应用中，水性自交联丙烯酸乳液是合适的溶剂型产品替代品。

它们的VOC含量较低、不受混合使用时间限制，并具有各种良好特性，可用于配制高性能涂料。

同
时，还推出了一种低表面活性剂含量的新型丙烯酸。

由于其具有比溶剂型系统更卓越的雾化和木材润湿性、良好的光学透明度，以及木材温暖感，且较少起毛刺，因此，这一新开发成果的涂装性能更好。

目前，正在进行进一步的研发，对颜料配方及与聚氨酯分散体的混合组合加以探索。