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水性木器涂料的研究进展水性木器涂料的研究进展0廖梦楚

文章来源:奇幻娱乐网  |  2022-08-10

水性木器涂料的研究进展,水性木器涂料的研究进展

贺宏彬,王晓光,宋 阳,尹满新 (辽宁林业职业技术学院,沈阳110101)  摘 要:随着环境法规对涂料挥发性有机化合物(VOC)含量的限制,环境友好型水性涂料成为涂料工业的发展趋势。本文综述了水性木器涂料的研究进展。关键词:水性涂料;木器涂料;综述;树脂;改性0 引 言木器涂料是涂料工业的重要组成部分,木器家具涂料约占涂料总消费量的10%[1]为了净化人类的生存环境,各国环保法对涂料体系中有机挥发物(VOC)含量的严格限制[2],促进了以水性涂料为代表的低污染型涂料的发展[3-5]。1 水性木器涂料的类型水性木器涂料是以水为分散介质的一类涂料,具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源和资源等优点。水性木器涂料可分为水性醇酸树脂、水性硝基纤维素、水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯涂料以及丙烯酸-聚氨酯水性树脂涂料。1.1 水性醇酸树脂木器涂料水性醇酸树脂型涂料是较早开发的水性木器涂料,其成膜机理类似于传统溶剂型醇酸树脂的干燥成膜,组分中的不饱和脂肪酸通过氧化固化成膜,因此水性醇酸树脂漆无须添加助溶剂(成膜助剂),使挥发性有机化合物有可能减为零。目前采用的水性醇酸树脂已非传统单一的醇酸体系,一般为自乳化型且经过丙烯酸或聚氨酯改性。水性醇酸树脂具有良好的渗透性、流动性和丰满度,多用于生产色漆,特别是装饰性漆。缺点是聚合物链较易水解,涂膜的耐久性能较差;催干剂与其他助剂间存在反应[6],催干剂易被颜填料吸附,降低了涂膜的干燥速度。由于干性较差,保光性不好,所以现在许多公司正在开发新型络合催干剂,以改善其干性,并用丙烯酸或脂肪族聚氨酯乳液提高其保光性[7]。1.2 水性硝基纤维素木器涂料水性硝基纤维素型具有快干、透明性好等优点,但其涂膜的初始粘性较差,装饰效果不好,耐候性较差,不能用于工业木器的涂装。1.3 水性环氧树脂木器涂料由环氧乳液和亲水的胺加成物固化剂组成的双组分涂料,用前按比例均匀混合后施工,不仅可以涂装木材,还可以用作水性防腐涂料、水泥涂料[8]。1.4 水性聚丙烯酸酯木器涂料丙烯酸乳液木器涂料具有固含量高、干燥速度快、硬度高、成本低及耐侯性好等特点[9-10]。包括苯乙烯-丙烯酸共聚树脂类,因其成本低,玻璃化温度高,硬度高,这类产品多用作打磨底漆,也用作要求不高的装饰性涂料或临时保护涂料。目前,在水性丙烯酸树脂合成中常用的技术已由传统的单相聚合法发展为多种成熟的技术,包括单相/多相(嵌段型)、自交联型、无皂聚合物型及含—OH的双组分丙烯酸类等。通过改变树脂的粒子结构,为涂膜提供了更好的性能,有效降低了成膜助剂的用量;提高了硬度和抗粘性以及对底材的附着力。当然用于木器漆的普通丙烯酸乳液,存在成膜性较差、最低成膜温度高、不耐溶剂及热粘冷脆等缺点,仍需一定量的成膜助剂,有的还需要添加增塑剂,这样体系的VOC很难降低。成膜助剂会影响涂膜的耐水性,初期抗粘性也较差,不适合连续的工业化生产。不过从综合性能考虑,对于工业化生产可以通过调整设备和工艺条件加以改善,但作为民用装饰漆在较低温度条件下施工,上述问题则较棘手,其装饰效果往往不好,一般较难作为高档装饰性面漆。1.5 水性聚氨酯木器涂料水性聚氨酯涂料按成膜性能可分为水性聚氨酯分散体涂料和双组分水性聚氨酯涂料。水性聚氨酯分散体涂料为单组分涂料,它的水性化主要是通过乳化剂或在聚合物的主链上引入亲水基团,属热塑性树脂,聚合物相对分子质量较大,成膜过程中不发生交联,具有方便施工的优点。但单组分水性聚氨酯涂料的耐水性、对底材的润湿性、成本等一直是限制其发展的主要问题。而且水性聚氨酯清漆比传统的硝基纤维素清漆使用期也要长5~8d,试验证实,水性聚氨酯涂膜干燥时间越短,涂膜表面颗粒越少[11]。交联改性可以提高聚氨酯水分散体涂料的机械性能和耐化学品性能。通过选用多官能度的合成原材料如多元醇、多元胺扩链剂和多异氰酸酯交联剂等合成具有交联结构的水性聚氨酯分散体。也可以添加内交联剂,如碳化二亚胺、甲亚胺和氮杂环丙烷类等化合物。另外一种提高水性聚氨酯分散体的物化性能的方法是在施工前加入诸如氮丙啶、碳化二亚胺、三聚氰胺等外交联剂,成膜后强度增大,耐溶剂性明显提高。但这类交联剂只适合于工业涂装,其主要原因是交联剂本身的反应性较强等。使用脂肪酸、醇解植物油等对聚氨酯水分散体进行改性[12-14],可以提高涂料对底材表面润湿性,降低清漆表面张力或和底材表面张力相匹配,也可以降低涂料的成本,提高涂料的干燥性、填充性、透明度、光泽、湿附着力和流平性。此外在合成工艺或降低溶剂含量方面也有相应的研究[15-16]。双组分水性聚氨酯涂料是由含羟基的水性树脂和含—NCO基的交联剂组成[17],施工前将两者混合均匀,成膜过程不同于溶剂型体系,成膜初期为物理干燥过程,随着水分的蒸发,分散体或乳液粒子凝聚,聚合物链相互扩散和发生交联反应,涂膜性能好,具有较好的耐水性、耐溶剂性能等,因此对其研究进行得较多[18-24]。双组分水性聚氨酯涂料的主要缺陷为固化剂与水反应生成各种副产物,引起涂膜交联能力的丧失、活化期的缩短和气泡的形成,导致涂膜无光和降低涂膜的物理化学性能[25],所以在湿附着性能、耐溶剂性、耐沾污性、耐划伤性、耐印刷性、透明性、填充性、耐木纹突出性等方面仍需要改善[4]。1.6 丙烯酸-聚氨酯乳液(PUA)木器涂料丙烯酸-聚氨酯乳液(PUA)可将聚氨酯较高的拉伸强度和耐冲击性、优异的柔韧性和耐磨损性能与丙烯酸树脂良好的附着力结合在一起,制备出高固含量、低成本的水性树脂,降低加工能耗。PUA乳液的制备方法较多,主要包括:物理共混;合成带碳碳双键的不饱和氨基甲酸酯单体和丙烯酸酯单体共聚;采用PU乳液作种子,进行种子乳液聚合;封端PU乳液与含羟基的丙烯酸树脂乳液聚合;也有采用接枝互穿网络(IPN)进行改性[26-35]。其中物理共混在水相中和涂膜中存在聚氨酯与丙烯酸树脂的两相本性区域,随着丙烯酸树脂添加量的增加,涂膜的耐磨和耐冲击性线性下降。聚氨酯丙烯酸的共聚物乳液与纯的聚氨酯乳液性能相似[36],具有较小的乳液粒径和极佳的成膜性能,乳液的固含量较高,涂膜具有更好的耐磨和耐冲击性。新型PUA复合乳液主要集中在有关PUA的互穿聚合物胶乳、核壳乳液、超浓乳液、封端型乳液等的合成与性能研究,而该领域具有核壳结构微乳液的结构与性能关系的研究尤受重视。2 水性木器涂料的改进措施2.1 自交联乳液在丙烯酸乳液聚合过程中引入可交联的基团如氨基、乙酸乙氧基、酰胺基和双丙酮基等[2,37-41],乳液成膜过程中依靠基团间的反应成膜,得到具有交联结构的涂膜,可以提高涂膜的耐化学性能。&n

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