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水性灰尘漆的制备和应用

来源:成都市长润发涂料有限公司 作者:魏建军,何政 时间:2020-01-08 点击:
导读:介绍了一种水性灰尘漆的制作和应用,并从增稠防沉体系、润湿剂以及粉料分别讨论了对灰尘漆防沉、润湿以及施工性的影响。结果表明:采用复配的增稠和防沉体系搭配复合的粉料组合,可以制备施工效果良好,且有很好的贮存稳定性的水性灰尘漆。
0 前 言
“灰尘漆”是美式涂装的一个仿旧专用品种,通常用于产品的导管、沟槽、破坏等处,以模仿产品使用时间久远,沟槽里聚积灰尘或发霉的效果,也被称为“发霉漆”。
之前这种做旧的方式主要流行于出口家具,使用硝基涂料涂装流程。近年,由于美式涂装体现复古和回归自然,充分显现木材本色,迎合了人类向往自然、回归自然的心理需求,是未来家具发展的一个趋势。但是由于纯正的美式涂装工艺流程比较长,这样对生产效率有一定影响。因此简美涂装逐渐流行起来,该工艺也是通过格丽斯、灰尘漆等美式涂装的特色产品,将产品做旧,提升产品颜色立体感。同时,又减少了一些破坏、喷点、布印等流程,提高了生产效率,所以这种涂装方式比较受欢迎。

在溶剂型体系灰尘漆最常规的做法是配方中几乎不含树脂,用很弱的溶剂分散一些粉料(包括滑石粉、碳酸钙、硅微粉、钛白粉等),配方的关键是粉料的防沉,另外还需要控制粉料留在导管的数量,以及平面位置的粉料可以比较轻松被去除。
目前市面普通的灰尘漆都是上述的溶剂型体系,其中含有大量的挥发性有机化合物(VOC),对环境以及对施工者都是有比较大的损害。本文使用水替代溶剂型配方中的溶剂,调整不同防沉体系、润湿体系、粉料体系,制备出稳定且便于施工的灰尘漆产品。

1 实验部分
1.1 原料和设备
原料:去离子水,自制;消泡剂,毕克、迪高;基材润湿剂,毕克、迪高、杜邦;防沉剂,海名斯、德固赛、陶氏、亚什兰;粉料,国产;pH值调节剂,陶氏;杀菌防霉剂,进口。
设备:塑料罐(500 mL);电子天平Setra BL-4100F;涂-4#杯、电子搅拌机、STM-V斯托默黏度计,上海现代环境工程技术股份有限公司。

1.2 基础配方
水性灰尘漆的基础配方见表1。
水性灰尘漆基础配方 Table 1 Basic Formula of Waterborne Dusty Wax
1.3 制备方法
将原材料1按配方数量称量加入到塑料罐,1 000~1 500 r/min的条件下一次加入2、3、4。调整转速到3 000 r/min高速分散10 min,降速到1 000~1 500 r/min,缓慢加入5,用6清洗,调整转速到3 000 r/min高速分散15min,降速到1 000 r/min,缓慢依次投入7、8,中速搅拌10min。

1.4 检测结果
水性灰尘漆性能检测结果如表2所示。
水性灰尘漆性能指标 Table 2 Performance Indexes of Waterborne Dusty Wax
1.5 相关测试方法
1.5.1 水性灰尘漆稳定性测试方法
参考GB/T 23999—2009,将0.5 L的样品装入合适的塑料罐,瓶内留有约10%的空间,密封后放入(50±2)℃恒温干燥箱中,7 d后取出放在(23±2) ℃下放置3 h,用调漆刀或者搅棒搅拌,允许底部有沉淀,若经搅拌易于混合均匀,则评定该实验样品的稳定性合格。

1.5.2 水性灰尘漆润湿性的测试方法
用橡木或者水曲柳贴皮的木板,用铜刷拉导管加强导管效果,按照下述流程进行制板、待干备用。
相关流程:水性底色—水性防涨筋底漆—水性透明底漆。
将灰尘漆样品用5%~15%水稀释后进行喷板,上板量控制在80 g/m²左右,观察灰尘漆是否能够比较好地流入导管。

1.5.3 水性灰尘漆施工性的测试方法
将喷涂好的灰尘漆样板,放在35 ℃的环境中待干2 h,待干后等样板冷却用布条擦拭样板表面,看平板位置的灰尘漆是否可以比较轻松地去除。导管位置的灰尘漆是否可以比较好地保留。从水性灰尘漆的配方设计来看,如果导管只是需要少量的灰尘漆,这个比较好处理,喷涂的时候少喷一些灰尘漆就可以解决。但是如果希望灰尘漆更多地留在导管,就相对比较困难一些,最简单的方式就是在配方中添加一些乳液,虽然这样灰尘漆会更容易附着在导管,但是同样,在平面位置的灰尘漆也很难去除,这样会明显影响施工效率。文中关于施工性的讨论是希望设计的配方可以使灰尘漆较好留在导管,然后平面位置又可以相对比较轻松清理。

1.5.4 流程附着力测试方法
按照上述流程完成灰尘漆施工后,再喷涂一次水性透明面漆。35 ℃的环境下待干24 h。按照GB/T9286—1998的规定测试附着力,划格间距为2 mm。

2 结果与讨论
2.1 不同增稠、防沉体系对灰尘漆稳定性的影响
分别测试了羟乙基纤维素、气相二氧化硅、膨润土、碱溶胀增稠剂、聚氨酯增稠剂以及复配增稠、防沉体系对稳定性的影响。调整不同增稠剂、防沉剂的比例,按照表1的基础配方制备样品,控制样品的黏度在90~110 KU。然后按照稳定性测试方法进行稳定性测试。相关测试结果如表3所示。
水性灰尘漆稳定性测试结果 Table 3 Stability Test Results of Waterborne Dusty Wax
从稳定性测试的结果来看,除了膨润土B在体系增稠达不到指定黏度,其余增稠体系均可以将水性灰尘漆样品增稠到设计黏度,且都可以通过稳定性测试。在测试的过程中也发现,如果黏度在90 KU以下,分水就会比较明显,黏度超过120 KU分水则会很轻微。

2.2 不同基材润湿剂对灰尘漆润湿性的影响
基材润湿剂的主要功能是降低液相的表面张力。该灰尘漆配方中有大概50%含量的水,水的表面张力达到了72×10−5 N/cm,很难在木材表面铺展,就需要加入基材润湿剂来降低体系的表面张力。分别测试了Surfynol 104E、BYK 346、TEGO 4100、FS61。相关测试结果见表4。
不同基材润湿助剂测试结果 Table 4 Test Results of Different Substrate Wetting  Additives
这些不同种类的润湿剂都可以达到比较明显的降低表面张力的效果。当然在施工的过程中发现,除了润湿剂的种类以及添加量,在喷涂的时候控制喷涂黏度对灰尘漆的润湿影响也是很明显。实验结果显示水性灰尘漆黏度在90~120 s(涂-4#杯)的条件下,润湿效果比较理想。

2.3 灰尘漆施工性探讨
2.3.1 防沉增稠体系对施工性的影响(见表5)
水性灰尘漆施工性测试结果 Table 5 Applicability Test Results of Waterborne Dusty  Wax
从施工性的测试结果来看,单一的防沉剂、增稠剂都不能满足施工的要求,要不用布根本就清理不动,要不粉料非常松散,用布很轻松就把平面和导管里的粉料全部清理掉。由于时间有限,本文只是选取了几个典型的组合进行不同比例的测试,读者可以参考单一助剂的施工效果,选取合适的助剂组合,达到所需的施工效果。

2.3.2 不同粉料对施工性的影响
分别测试了钛白粉混合800目滑石粉、3 000目滑石粉、1 250目透明粉、硅微粉以及碳酸钙对施工性能的影响。相关结果见表6。
不同粉料施工性测试结果 Table 6 Applicability Test Results of Different Powder  Materials
结果显示,越细的粉料,以及密度比较大的粉料在留白的表现要明显优于细度较粗以及密度小的粉料。因此在设计配方的时候建议可以根据需求复配不同细度、密度的粉料。

2.4 灰尘漆对附着力的影响
从理论上分析,如果灰尘漆只是留在导管、沟槽或者破坏的位置,对附着力不会有任何影响,但是在实际运用还是会出现附着力不好的情况,主要原因还是灰尘漆的施工性不佳,或者施工人员操作不当,导致在平面的位置有残留。另外一些擦涂施工的灰尘漆,配方中会有一些慢干的组分,在施工的时候需要更加注意待干情况,以及施工残留对附着力的影响。
关于防止灰尘漆施工导致附着力不好的建议如下:
(1)灰尘漆施工后一定要彻底待干,最好有35~45℃的烘烤;
(2)平面位置的灰尘漆必须彻底清理干净,必要时可以用网纱辅助清理;
(3)加强对操作工人的培训,认知水性灰尘漆和溶剂型灰尘漆的区别。

3 结 语
近年来,国家对环保的投入越来越大,消费者对产品的环保要求也越来越高。在一些配套施工产品的水性化上,还有很多有特色或者特殊效果的产品需要优化。之前也有不少同行在水性裂纹漆方面做了相关研究。本文使用水替代溶剂型体系的溶剂,制备了零VOC的水性灰尘漆。实验结果显示采用复配的防沉、增稠体系,以及搭配合适的粉料体系可以制备贮存效果良好,且方便施工的水性灰尘漆。

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