简易的家具涂装——一种具有较高耐化学性的新型单组分涂料
一种具有较高耐化学性的新型单组分涂料
Dow Coating Materials，Jerome Caron，Guy Clamen，Thom Hermens
水性单组分丙烯酸家具面漆的性能得到不断的改善。目前的产品具有快干性和抗粘连性，但耐溶剂性和抗沾污性有限。 一种水性自交联丙烯酸聚合物可提高清漆 的各种耐性，经过改性后，还可提高彩色 面漆的性能。
近年来，水性单组分丙烯酸体系由于 使用方便且成本较低，越来越受到 家具涂料涂装工的青睐。关键原因在于水 性丙烯酸体系的性能得到了提高，特别是 硬度增强以及早期抗粘连性。
一个需要进一步改善的性能是耐化学 性，特别是耐溶剂性和抗沾污性。长期以 来，这只能通过双组分或UV交联体系才能 实现。
现在，用一种新型单组分树脂精心 设计的涂料配方，能使涂层对酒精和咖啡 具有良好的耐化学性，还可以在色漆中使 用。即使用在工业涂装线，也能兼具良好 的硬度增强和早期抗粘连性。
新树脂与市售产品进行对比测试
测试的所有聚合物都是特别推荐用 于工业家具涂装的高性能单组分水性丙烯 酸对比基料。分别使用新型树脂和市售对 比树脂和相同的其他原材料并用同一配方 设计配方。所有配方均使用推荐的成膜助 剂，确保充分聚结成膜，成膜温度可达到 5 °C。
丙二醇正丁醚／二丙二醇正丁醚（1／ 1）混合溶剂用于所有内部基料和，R1市 售丙烯酸树脂对比样。根据产品说明书推 荐，丙二醇正丁醚／二丙二醇甲醚（1／ 1）混合溶剂用于对比样R2。
耐化学性和抗粘连性检测程序
根据EN 12720标准规定的内部程序进 行耐化学性测试，采用1（较差）～5（极 好）进行评级。通过刮涂或空气辅助喷涂 的方式制备测试板，直接在云杉木板上连 续涂装2道，湿膜厚度约200 μm（总干膜 厚度为70～80 μm）。测试前，测试板在 23 °C ／50%的相对湿度下干燥2 w。
采用堆叠性试验，测定一定压力下堆 叠码放时，相互接触的涂层表面的粘连程 度。在铝板上刮涂厚度为150 μm的湿膜， 室温干燥30 s，然后放置在40 °C烘箱中干 燥6 min。
干燥结束后，从烘箱中取出测试板， 室温下放置30 s后，将测试板层叠在一起 （面对面平放），并在上面放置200 g/cm2 的重物，过夜。手动分开测试板，评估粘 连程度。表1所示的评级表是根据分开两块 测试板所需要的力以及表面损坏情况而确 定的。
交联及提高耐机械性和耐化学性的其他方式
传统上，可通过各类交联机制（包括无 机或有机）来增强基料的耐机械性和耐化 学性。
传统交联机制只能有限度地提高耐化 学性，且在聚合物乳液的长期稳定性、涂料 中的VOC含量或美观性方面也是有局限性 的。
开发了一些其他聚合物，试图通过改变 稳定聚合物乳液的传统方式（本文所述的 市售聚丙烯酸酯参照样R1和R2），在不用任 何表面活性剂/乳化剂的情况下，降低涂料 对污渍的敏感性。
开发了一种采用新型交联机制的水性自 交联丙烯酸聚合物（EXA1），进一步改善耐 化学性，特别是耐溶剂性和耐沾污性。
在深色底漆上涂装用新型聚合物制备 的透明面漆，与市售单组份水性丙烯酸参照 样R1和R2进行对比。表2列出了自交联丙烯 酸聚合物的物理性能。
透明面漆配方中的初始测试
采用典型的清漆配方制备新聚合物的 清漆（表3列出了参考配方）。结果证明（表 4）：在较低VOC含量的情况下，只有采用新 交联机制的水性自交联丙烯酸聚合物才能 兼顾所需的耐水性、耐乙醇性和抗早期粘连 性。其性能要比特别推荐作为极佳的耐化学 性基料的市售参照样还要优异。
在开发出特别适于此项新技术的消光 剂后，在低光泽清漆配方中（表5）检测了在 有光面漆配方中采用新基料获得的耐化学 性。此类低光泽面漆代表了家具面漆的主 流。
用相互作用的化学机理改善彩色面漆性能
采用类似方法，在色漆中评估聚合物 EXA1的耐化学性（耐乙醇）和耐污渍（耐咖 啡）。为此，使用了典型的低光泽色漆配方（表3，色漆参考配方）。
在本次评估中，丙烯酸聚合物EXA1经 证明仍具有良好的耐乙醇性和早期抗粘连 性，但耐沾污性有限，特别是耐咖啡污渍 性。这表明：即使在清漆中采用了具有良 好耐化学性的聚合物，但要同时具备良好 的耐乙醇性和耐咖啡性仍面临巨大挑战。
因此需要开发另一种丙烯酸基料 EXA2，使其在色漆中具有更好的耐咖啡性 （表6）。表2列出了EXA2的物理性能。
这种新型丙烯酸材料通过特定的聚合 物主链官能团，在聚合网络（图1）对无机 颜料具有强亲和性的基础上，引入了基料／ 颜料相互作用的化学机制。从而形成无机／ 有机复合物形式，与传统聚合物（图2）相 比，该复合物具有优化的涂膜完整性，耐沾 污性得到提高。通过适当的成膜工艺，能够 形成防护性和耐沾污性更好的致密涂膜。然 而，只要成膜助剂稍有减少（从76g／l降低 到67 g／l），就会使成膜过程的效率降低， 同时耐咖啡污渍性也会从4级降至3级。
因此，需要正确选择可能会影响成膜 过程和成膜效果的原材料，确保新型丙烯 酸树脂的原料具有卓越的耐沾污性。
与新基料相关的配方要点
为了开发EXA2基料，并证明其在色漆 中具有更好的耐化学性，采用了典型的低 光泽色漆配方（表3）制备聚合物。表7中 的结果再次表明成膜质量对形成最佳性能 的重要性，同时还展示了具有不同吸油量 的两种消光剂对耐化学性的影响（MATT1 和MATT2）。与MATT1相比，MATT2的吸油 量更高，但耐化学性更低。
填料广泛用于此类涂料配方，可以降 低成本，并提高某些特定性能，如打磨性 和抗粘连性。众所周知，使用填料会降低 耐沾污性，见表8。
然而，可以证明：由于新型丙烯酸 聚合物具有特定的成膜性，与市售商品相 比，在不同的颜料／填料组合时，新型丙 烯酸树脂能使最终产品性能更稳定（见表 9）。
此外，还测试了用于微调表面性能的 某些其他助剂，评估其对性能的影响（表 10和11）。评估结果表明：在同类型助剂 存在时，应仔细进行筛选，才能保持聚合 物的最佳整体性能。
精心设计配方可获得高性能产品
此研究表明：在低VOC含量的工业家具清漆中，采用恰当交 联技术的水性单组分丙烯酸聚合物能提供极佳的耐化学性。
在色漆中，目前利用基料/颜料相互作用的技术能够制备具有 高耐化学性（耐乙醇和咖啡）的涂料。该技术在保证耐化学性的 同时，还能制备具有良好耐污渍性和抗粘连性的高PVC产品。
还需要仔细筛选润湿剂、表面助剂、流变改性剂等，以免对 本技术实现的耐化学性产生负面影响。
参考文献
Hermens T., Caron J., Clamen G., One component waterborne coating system developments for industrial furniture applications, European Coating Conference, 2014.
结果一览
水性单组分丙烯酸家具涂料的性能 得到了持续改善，使其广泛适用于 工业生产。
尽管现代涂料具有快干性和早期抗 粘连性，但通常只能通过双组分或 UV固化涂料才能达到良好的耐溶剂 性和耐强污渍材料（例如咖啡）的 性能。
开发了一种水性自交联丙烯酸聚合 物，在清漆中与标准参照产品相比， 该聚合物具有更好的耐溶剂性和耐 沾污性。然而，在色漆中的耐沾污 性有限，为此，开发了一种能与颜 料发生化学反应的改性基料。
第二种基料性能更优异，但在选择 消光剂和其他助剂时应格外小心， 才能实现最佳的耐化学性和耐机械 性能。
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