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低VOC、低气味水性木器涂料的研制及其性能的研究

来源:未知 作者:admin 时间:2019-11-02 点击:
导读:从乳液体系和成膜助剂方面,着重研究了不同成膜温度的乳液和成膜助剂的搭配对水性木器涂料涂膜性能以及VOC含量的影响。结果发现,选择成膜温度高的丙烯酸乳液和成膜温度低的聚氨酯分散体按质量比3∶1进行混拼,选用非VOC的成膜助剂OE-300和二丙二醇丁醚(DPnB)
低VOC、低气味水性木器涂料的研制及其性能的研究
何玲玲,荣 运,童晨阳,付绍祥,罗启涛(三棵树涂料股份有限公司,福建莆田 351100)

0 前 言
可挥发性有机物(VOC)的排放是造成光化学污染和臭氧层破坏的最主要原因之一,其中部分VOC是来源于涂料涂装工业。因此,研发和生产低VOC乃至零VOC的环境友好型涂料已成为目前涂料技术中一个重要的发展方向。
水性涂料是以水为分散介质和稀释剂的涂料,其在环保方面具有明显的优势。然而,现有的水性涂料特别是水性木器涂料仍有一些缺点,如木器涂料用聚丙烯酸乳液一般玻璃化转变温度(Tg)较高,需添加大量的成膜助剂辅助成膜,成膜助剂多数为高沸点有机溶剂,会部分残留在涂膜中,降低涂膜的抗黏性、耐化学品性、硬度等;同时,大部分成膜助剂还会影响水性木器涂料配方中VOC的含量,使得大部分水性木器涂料达不到环保标准的要求。
水性木器涂料的成膜物质决定了最终涂膜的性能,目前用于单组分水性木器涂料的成膜物质有水性丙烯酸乳液(PA)、水性聚氨酯分散体(PUD)和丙烯酸酯改性聚氨酯(PUA)等。丙烯酸乳液具有优异的耐候性、耐水性,但涂膜存在热黏冷脆的缺点;水性聚氨酯分散体具有良好的低温成膜性、耐高温回黏性、高耐磨损等性能,但其自增稠性差、固含量低、价格高,涂膜耐水性、耐溶剂性差,影响了其推广应用。若将两者综合,克服各自缺点,发挥各自的优势,可使涂膜的性能得到充分的改善。
成膜助剂是水性木器涂料中VOC的最大提供源,要降低木器涂料VOC的含量就要减少成膜助剂的用量。成膜助剂的添加量与成膜体系的最低成膜温度(MFFT)有关,MFFT低的成膜物质需添加的成膜助剂量少,施工宽容度好,配方的VOC含量比较低,但涂膜的硬度偏低、化学耐性差、高温发软回黏、不耐污染、涂膜综合性能较差。MFFT高的成膜物质需添加的成膜助剂的量多,配方的VOC含量比较高,施工宽容度差,但涂膜的硬度较高,化学耐性较好,涂膜综合性能较好。为了调节成膜物质的最低成膜温度,并且保证涂膜的性能,通常将高MFFT和低MFFT的两种成膜物质进行混拼,通过调节两种乳液的比例,可以降低体系的最低成膜温度进而减少成膜助剂的用量。本项目期望从成膜物质和成膜助剂这两个角度对水性木器涂料的配方进行优化,研发出一款综合性能优异,同时VOC含量小于30 g/L的低气味环境友好型水性木器涂料。
 
1 实验部分
1.1 实验原料与仪器
实验原料:丙烯酸乳液A、丙烯酸乳液B、丙烯酸乳液C、聚氨酯分散体H,帝斯曼;丙烯酸乳液D、聚氨酯分散体E、pH值调节剂、二丙二醇丁醚(DPnB)、Coasol,陶氏化学;聚氨酯分散体F、聚氨酯分散体G、增稠剂,万华化学;润湿剂、分散剂、流平剂、消泡剂,毕克化学;成膜助剂OE-300、OE-400,伊士曼。
实验仪器:SZQ湿膜制备器,上海现代环境工程技术有限公司;QSJ高速分散机,天津市建仪实验仪器有限公司。
1.2 基础配方及制备工艺
基础配方见表1。
木器涂料基础配方

制备工艺:在容器中依次间隔为5 min加入树脂、润湿剂、pH值调节剂、分散剂,低速搅拌均匀,加入预先高速分散好的消泡剂,再加入预先混合好的成膜助剂、去离子水,中速分散15 min后加入流平剂和增稠剂,最后低速分散10 min,即制成了水性木器涂料。
1.3 实验方法
1.3.1 实验样板制作
按GB/T 23999—2009《室内装饰装修用水性木器涂料》国家标准6.3中规定的方法制备样板。
在玻璃板(150 mm×100 mm×3 mm)上用涂膜涂布器刮涂一道100 μm的湿膜,恒温恒湿放置7 d后测试硬度。
1.3.2 涂膜硬度、抗粘连性、耐水性、耐醇性和耐污染测试
按GB/T 6739—2006《色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度》规定使用铅笔硬度计测定涂膜硬度。
按GB/T 4893.1—2005《家具表面耐冷液测定法》规定测试耐水性。试液为蒸馏水,实验区域取每块板的中间部位,在每个实验区域分别放上5层纸片,实验过程中需保持滤纸湿润,必要时在玻璃罩和试样板接触部位涂上凡士林加以密封。24 h后取掉滤纸、吸干、放置2 h后在散射日光下目视观察,如3块试样板中有2块未出现起泡、开裂、剥落等涂膜病态现象(但允许出现轻微变色和轻微光泽变化)则评为“无异常”;如出现以上涂膜病态现象按GB/T 1766—2008《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》进行描述。
按GB/T 4893.1—2005《家具表面耐冷液测定法》规定测试耐醇性。测试及结果评定方法同耐水性,试液为50%(体积分数)的乙醇溶液,实验时间为1 h,实验后放置1 h后观察。
按GB/T 4893.1—2005《家具表面耐冷液测定法》规定测试耐污染性。测试及结果评定方法同耐水性,实验时间均为1 h,实验后放置1 h后观察。耐醋:试液为酿造食醋。耐茶:试液绿茶水,在2 g绿茶中加入250mL沸水,室温放置5 min立即用茶水进行实验。
按照GB/T 4893.3—2005《家具表面耐冷液测定法》规定测试耐干热性。实验温度为(70±2) ℃,实验时间为15 min。
按照GB/T 23986—2009《色漆和清漆 挥发性有机化合物(VOC)含量的测定》中10.3计算木器涂料的VOC含量。具体公式如式(1):
式中:
ρVOC——待测样品的VOC含量,g/L;
mi——1 g实验样品中化合物i的质量,g;
ρs——实验样品在23 ℃时的密度,g/mL;
1 000——质量换算系数。
 
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