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超透色漿在水性木器涂料中的應用,介紹了超透色漿的產品組成和性能,中國建材網,cnprofit.com
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超透色漿在水性木器涂料中的應用,介紹了超透色漿的產品組成和性能
2020年03月12日    閱讀量:102464    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 前 言

由于近年環保政策的要求和市場趨勢的發展,下游客戶對各涂料生產企業的產品在環保方面提出了各種苛刻的要求,導致原來生產傳統溶劑型涂料的客戶紛紛轉型發展環境友好型涂料,如:水性涂料、UV涂料和粉末涂料。


由于粉末涂料在非金屬基材上使用受限,其發展也遇到了瓶頸,所以在木器領域,水性涂料和UV涂料發展非常迅速,各大木器涂料公司在水性涂料和UV涂料的開發和推廣方面投入了大量的人力和物力。目前常見的為水性底漆加水性面漆,或者UV底漆加水性面漆的配套和施工工藝,并逐漸發展為市場主流中國建材網cnprofit.com。


隨著水性涂料和UV涂料在木器領域的不斷發展,色彩也更加豐富多彩,由于染料的耐性不佳,染料正在逐漸被耐性更好的顏料制備物所替代。為順應水性木器涂料的發展趨勢和下游產業對木器著色劑應用的特點,科萊恩開發了一款適用于水性木器和水性UV體系的高性能超透色漿Hostafine。


本文主要通過討論超透色漿的產品設計,以及其在水性木器涂料中的著色方案,通過其在水性木器涂料中與常用滲透稀釋劑相容性以及應用于水性UV固化與膜厚的研究,旨在了解超透色漿在水性木器擦色領域及UV固化領域應用更環境友好和耐性更好的顏料制備物以替代傳統染料和色精,順應國家環保要求和市場日益嚴苛的應用需求。


1 實驗部分

1.1 實驗原材料及水性超透色漿底擦色參考配方

水性木器涂料清漆著色涂裝用水性超透色漿底擦色參考配方見表1。

水性超透色漿底擦色參考配方 Table 1 Reference Base Color Formula of Waterborne Ultra-transparent Color Paste

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1.2 超透色漿在水性UV木器涂料應用的參考配方

為了驗證超透色漿在水性UV涂料中的適用性,特進行了驗證性實驗研究,其參考配方見表2,具體儀器設備見表3。

超透色漿在水性UV涂料中的適用性驗證參考配方 Table 2 Reference Formula for Verifying the Applicability  of Ultra-transparent Color Paste in Waterborne UV  Coatings

實驗測試設備與儀器 Table 3 Test Equipment and Devices

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1.3 性能測試

1.3.1 超透色漿耐醇性測試

在GB/T 23999—2009中規定了用于室內木制基材表面裝飾與保護的水性木器涂料的試驗方法和檢驗方法,適用于聚氨酯、丙烯酸酯類、丙烯酸–聚氨酯類以及其他類型的常溫干燥型單組分或雙組分水性木器涂料。對于涂膜的耐醇性,試液為50%的乙醇溶液,試驗時間為1 h,試驗后放置1 h后觀察。當然此方法是針對最終木器涂膜的測試性能,而對于色漿的耐醇性,則是要測試其擦色工藝添加醇類用來稀釋情況,如果出現返粗、絮凝、增稠等嚴重狀態變化,則表明色漿不能用該醇類稀釋。


測試方法:首先用乳液和去離子水將超透色漿配制成2%~5%的溶液,然后分別與醇類溶劑丙二醇甲醚、乙醇按1︰1比例混合均勻,貯存兩周后測試沉降和穩定性能。所用木器著色劑配方見表4。

 超透色漿耐醇性實驗用木器著色劑配方 Table 4 Formula of Wood Colorant for Alcohol  Resistance Test on Ultra-transparent Color Paste

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1.3.2 超透色漿在水性UV木器涂料中的適用性測試

HG/T 3655—2012《紫外光(UV)固化木器涂料》,其中對于地板用面漆、家具等木器面漆等有相關固化性能和硬度及劃格試驗(間距2 mm)的測試,由于不同顏料在紫外波段和可見光波段有一定的吸收、反射或透射,所以在商定的固化條件下,涂膜按照GB/T 1728實干中甲法的規定,涂膜如果干燥,則固化性能通過。超透色漿在水性UV涂料中的適用性驗證實驗中,將超透色漿Hostafine按不同比例加入到水性UV涂料中,然后測試其固化行為,再通過硬度表征。



2 結果與討論

2.1 粒徑分布對透明性影響

有機顏料的粒徑大小是影響其透明性的重要因素,欲使應用介質呈現非透明性,除了要求分散介質與顏料粒子之間的折射指數有明顯差之外,還與顏料粒子對光線的散射作用有關。粒徑大小與透明性關系如圖1所示。

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粒徑大小與透明性關系曲線 Fig. 1 Curve of Relationship between Particle Size and Transparency

由圖1可見,當顏料粒徑大小為光線波長的一半,即顏料顆粒直徑為0.2~0.5 μm時,對光的散射能力最強,可導致遮蓋力高的非透明性;而當顏料分散體的平均粒徑小于此數值時,如粒徑為0.015~0.10 μm,則呈透明性,顏料的著色力也越高。


顏料的顆粒狀態粒徑大小不僅影響到著色強度、透明度、色光、耐氣候牢度、耐溶劑性能,而且也對著色涂層膜的光澤度有一定的影響,當然也與應用介質的成膜光澤度有重要的關系。當顏料粒子呈球狀,且粒徑在0.01~1 μm范圍,將可形成更為光滑的表面涂膜。


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超透色漿選擇優質超透顏料粉,經過特殊研磨工藝,制備出高透色漿,其分布曲線如圖2所示,其透明性效果在PP膜展示如圖3所示。

超透色漿粒徑分布曲線 Fig. 2 Curve of Ultra-transparent Color Paste's Particle Size Distribution

超透色漿在PP膜上透明性展示效果 Fig. 3 Transparency Display Effect of Ultra-transparent Color Paste on PP Film


由圖2可知,這3種色漿的粒徑分布寬度不同,其中Hostafine Black T30 GP-CN的粒徑分布寬度最窄。粒徑分布寬度越窄,對應顏色的色光越鮮艷,色力越高。同時,由于Hostafine Black T30 GP-CN的顏料粒徑大量集中在0.015~0.10 μm,因而呈現出很高的透明性。


而粒徑分布較寬的Colanyl Black PR 130則由于存在較多更大粒徑的顏料粒子,因而整體呈現出遮蓋性。圖3則是超透色漿的涂膜在黑白卡紙上的表現,超透色漿因其超細粒徑尺寸及很窄的粒徑寬度,其對光的透過性優異,因此能清晰地展示出底材的黑白對比,并且涂膜平滑、光澤影響小。


2.2 超透色漿醇類適用性研究

因木器涂料涉及到酒精擦色問題,所以同時對超透色漿的耐醇性能進行了研究。根據1.3.1測試方法,按表4配制超透木器著色劑,然后分別與兩種醇類溶劑丙二醇甲醚和甲醇按1︰1比例混勻,貯存兩周后結果見表5。

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超透色漿醇類適用性實驗測試結果 Table 5 Test Results of Ultra-transparent Color Paste’s Applicability to Alcohol

由表5測試結果顯示,Hostafine色漿與丙二醇甲醚和乙醇混合后,經過2周貯存,除了Hostafine YellowHR 30-CN與Hostafine Magenta E 31兩款色漿在乙醇中1周無變化;其他Hostafine色漿對這兩類稀釋劑的適用性能良好,貯存2周均無變化。


對于甲醇的表現,則情況很不一樣,Hostafine Yellow HR 30-CN與Hostafine Magenta E 31以及Hostafine Yellow GR30-CN的甲醇耐受性均較好,而其他Hostafine則均發生改變而不適用。目前一般木器涂料主要應用乙醇作為稀釋劑,通過上述試驗,Hostafine使用合理的稀釋工藝,可以達到良好的混合性;對于甲醇,不推薦用其稀釋Hostafine。


2.3 超透色漿在水性UV木器涂料中的適用性研究

紫外光固化涂料主要依靠吸收紫外光,激發光引發劑形成自由基,從而引發自由基聚合,形成涂膜,但是顏料本身會吸收不同波段的入射光,色號不同,不同波段吸收強度不同,所以有些色號的顏料本身存在與UV涂料固化時對紫外光吸收的競爭行為,在某些情況下會干擾UV涂料的成膜反應,即固化行為。


針對水性UV涂料色漆固化,如果實際過程中遇到固化問題,應考慮光源、引發劑、色漿用量、涂膜厚度等因素,綜合考量和調整,從而達到最佳固化效果。


為了進一步驗證超透色漿在水性UV涂料中的適用性,按表2配制水性UV木器涂料,將其按不同比例加入到水性UV涂料中,然后測試其固化行為,通過硬度表征。不同顏料含量時涂膜固化情況,實驗結果見表6。

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不同顏料含量時涂膜固化情況測試結果 Table 6 Curing Test Results of Coatings with Different Pigment Contents

注:固化條件:濕膜厚度30 μm,5 m/min,Hg燈,160 W/cm


UV固化體系的關鍵部分吸收輻射能,引發單體、低聚物的不飽和雙鍵聚合交聯固化??此坪唵?,然而實際上操作時如選擇的光源不合適,與反應物質不起作用;溶劑不合適,或者某些物質將大部分可用的光都吸收了等,均可造成固化困難。


顏料在UV波段也吸收輻射能,測試超透色漿添加量逐漸加大,則固化難度逐漸變大,主要是在較低添加量時,顏料吸收的能量較少,涂膜有充分的能量固化,而隨著濃度加大,即顏料的量變大,逐漸固化困難,其原因主要是顏料的窗口效應減弱,吸收了輻射能,導致涂膜固化所需要的輻射能不足進而影響固化。


從表5實驗結果顯示,超透色漿在水性UV涂料使用時,干膜顏料含量可以高達7%而不影響固化性能和涂膜硬度,表現出良好的實用性和適用性,為水性色漆的UV固化提供了一個新的著色選擇。


3 超透色漿在木器涂裝中的應用

木器涂料的色彩調配是一項比較復雜的工作,特別是在木器的透明涂裝中,需要通過對木材進行底著色或面修色來表現木材原有的木紋,增加美感和層次感,使家具增加藝術和文化的附加值。


目前,水性木器涂料已由清漆和白色涂裝發展到清漆著色涂裝。由于水性木器涂料固含量一般都較低等原因,且涂膜薄,能凸現出木紋紋理,涂裝效果自然而不失環保,因此非常流行。


著色過程按以下順序進行:

首先將實木或貼面板有缺陷的地方用水性膩子填平,然后用240目砂紙沿木紋方向研磨平整,然后將底材半封閉處理,將木紋封閉約1/5~1/3部位,這樣在板材著色時,著色劑不易浸入木材的木質部分,從而避免了發花現象的產生,采用酸性封底的主要目的是防止堿性對木筋進行溶脹,產生表面不平的效果,影響木紋的美觀。


然后按表1配制出水性超透色漿底擦色,使用超透色漿進行底著色,然后復涂透明底漆,之后使用色精進行面修色,即在面漆中加入少量的色精,一般不大于2%,對底材著色不均勻部分進行修色。采用噴涂方式,根據顏色深淺,可進行不同厚度的噴涂,達到色彩均勻的目的。


在修色完成后,進行面漆的施工。一般施工兩道面漆即可,但是層與層之間需要打磨平整。著色完成后的板材,需要輕輕地打磨,不可將著色部分打穿。施工面漆時,建議采用800目或1 000目砂紙打磨。此工藝著色色彩鮮艷,木紋清晰美觀,有較強立體感,效果樣板圖如圖4所示。

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超透色漿應用效果 Fig. 4 Application Effect of Ultra-transparent Color  Paste

4 結 語

本文主要介紹和探討了超透色漿的制備及影響因素,以及粒徑分布對透明性能的影響,同時探討了水性超透色漿在木器涂料中的應用,部分涉及到對醇類溶劑的耐受性研究,以及超透色漿在水性UV涂料中的應用。


試驗可以看出,超透色漿是一款符合可持續發展的環境友好型產品,依據水性木器涂料體系設計,適用于水性木器涂料和水性UV木器涂料著色,以色漿形式供應,使用方便,耐久性良好。


并因其超透性能,是透明木器著色劑的良好選擇。以其超細度分散、高著色強度和顏色飽和度、優異的顏料潤濕分散性能,且不使用任何含APEO的添加劑,完全符合宜家技術規范IKEA:IOS-MAT-0066,V.11.,主要應用于木器著色,如家具、地板、細木和玩具等。


總之,水性木器涂料因其無污染、高性能、環境友好等突出優點,具有很強的生命力和無限的市場發展空間。目前,水性底漆加水性面漆,以及UV底漆加水性面漆的配套應用已深入到木器涂裝的各個領域,并將積極推動涂料工業的綠色化和環境友好化,在裝飾和美化城市生活以及保護人類的生存的環境方面發揮越來越大的作用。

袁  哲,金  琳,盧金僑,劉樹華

(科萊恩涂料(上海)有限公司,上?!?00335)


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