家具水性涂料的选用及其工业化涂饰应用化学品船

家具水性涂料的选用及其工业化涂饰应用

家具水性涂料的选用及其工业化涂饰应用

2009/9/22/10:15

【慧聪涂料网】1家具水性涂料的选用

目前，水性木器(家具)涂料依据其主要成分的不同分为三类：一类是以丙烯酸为主要成分的水性木器涂料，其主要特点是附着力好，不会加深木器的颜色，但耐磨及抗化学性较差。因其成本较低且技术含量不高，成为目前市场上的主要产品。第二类是以丙烯酸与聚氨醋的合成物为主要成分的水性木器涂料，其特点除了秉承丙烯酸涂料的特点外，又增加了耐磨及抗化学性强的特点(前两类多用于门窗、家具)okmart.com。第三类则是百分之百的聚氨酷水性涂料，其耐磨性能好，为水性涂料中的高级产品。家具市场上已经出现单组分聚氨醋、双组分聚氨醋、丙烯酸改性聚氨酷、纯丙烯酸等多种水性木器涂料产品共存的局面。

本课题研究的前提条件是利用现在市场上常用的几种水性木器涂料，进行涂饰工艺及某些涂饰施工基础问题研究。所选用的涂料全为单组分水性涂料，封闭底漆为封闭性能好和价格相对便宜的水性苯丙涂料，底漆为打磨性好和价格相对较低的水性丙烯酸涂料，面漆为漆膜性能较好的水性丙烯酸改性聚氨酷涂料(p以)。

(1)水性苯丙涂料

随着人们生活水平的提高，家居装修已经成为时尚，溶剂型涂料己不能满足日益严格的环保法规的要求，国内外正在积极开发低污染、高性能的水性木器涂料以替代传统的溶剂型涂料。苯丙乳液因其具有较高的防污性、耐候性、保色性、保光性、硬度及生产成本低等优点，在建筑涂料中己得到广泛的应用，但用于木器涂料的报道极少，主要存在最低成膜温度高(mft)、耐水性较差、单体转化率不高等缺点[86]。

为了获得成膜温度低、乳液稳定性高、黏度可调、涂料性能优良的苯丙乳液，常引入功能龟体调节乳液薪度，选择合的聚合工艺提高乳液的聚合稳定性，采用合适的乳化剂体系提高乳液的电解质稳定性和贮存稳定性，采用粒子设计制备核壳结构乳液以降低乳液的最低成膜温度[87]。研究表明：反应性乳化剂可在聚合过程中把乳化剂分子以共价键的方式结合在粒子表面上，有效地提高乳液的固含量和涂膜性能，同时消除了乳化剂对环境的污染，使废水的循环利用更加容易，成为涂料发展的一大热点。

水性封闭底漆可以防止或减小木材吸水变形及面漆开裂，能增强涂层与基材之间的附着力、封闭性、防腐防霉性，因此，要求封闭底漆对基材的润湿性好、渗透性优异，能在基材上形成一层均匀连续的涂膜且不影响与下一道涂膜的层间附着力，可以选择粒径较小、玻璃化温度中等的苯丙或纯丙树脂来作为制备封闭底漆的基料。目前，用于封闭底漆的树脂有阳离子和阴离子型，其成膜温度均较低，配方中应添加防霉剂以防止可能含水的底材长霉[88]。其参考配方，如表1-2所示。

苯丙乳液的合成过程：制备苯丙核/壳乳液时，先采用种子乳液聚合法制备种核，再将壳单体经预乳化后，连续滴加到己做好的种核中生成壳，即可得到具有核/壳结构的苯丙乳液。

本论文中，所用到的苯丙乳液是作为封闭底漆使用的，比重为1.047g/ml，固含量为30.7%。图1-1所示的红外光谱图表明了苯丙封闭底漆中所含的官能团，为后面的漆膜性能分析提供了依据(见第五章附着力分析部分)。其中，3430.45cm-1，是丙烯酸梭基中的-oh的伸缩振动吸收峰，2959.89cm-1～3058.53cm-1，处有甲基-ch3、亚甲基-ch2、苯环上的c-h的伸缩振动吸收峰，在1731.81cm-1处为丙烯酸酷基中的c=o的伸缩振动峰，1602.89cm-1处为苯环中的c=c的特征吸收峰，1453.09cm-1处为-ch2，1396.05cm-1处为-ch3，761.57cm-1处为苯环中的c-h特征峰，701.78cm-1处为苯环变形振动.这说明水性苯丙封闭底漆是由丙烯酸丁酷、甲基丙烯酸甲酷、丙烯酸、苯乙烯等单体共聚而成的[86-96]。

(2)水性丙烯酸涂料

以丙烯酸酷或甲基丙烯酸酷为主要原料合成的树脂称为丙烯酸树脂，由丙烯酸树脂为主要基料合成的涂料属丙烯酸涂料。

丙烯酸涂料的性能与丙烯酸酷单体的结构密切相关。丙烯酸酷单体中的双键经聚合反应，生成丙烯酸树脂，它的主链为碳一碳链，有很强的光、热和化学稳定性，所以由丙烯酸树脂制得的涂料具有很好的耐候性、耐污染性、耐酸、耐碱等性能。酷基的存在，可以防止丙烯酸酷涂料结晶，多变的酷基还能改善在不同介质中的溶解性、与各种涂料用树脂的混溶性，所以由它制得的涂料不仅具有良好的耐久性，而且还有较好的外观，广泛用于木家具装饰涂装。

水性丙烯酸涂料是指以水做溶剂或分散介质的丙烯酸涂料的品种。按树脂在水中的状态将其分为乳液型、水稀释型和水溶型三大类。其中，木器中最常用的是乳液型水性丙烯酸涂料。

乳液型水性丙烯酸涂料按其成膜方式可分为热塑性和热固性两大类。按其采用的聚合单体不同，可分为全丙、苯丙、醋丙、硅丙及其它改性丙烯酸涂料。目前，获得广泛应用的乳液型丙烯酸涂料的优点如下：

①以无毒、无味、不燃、不爆、无污染的水为分散介质，不含或仅含少量有机溶剂(一般在5%以下)，且是低毒性的。

②施工性能好，既可以刷涂，又可以辊涂、喷涂，施工比较方便，技术容易掌握。

③配制的乳液型丙烯酸涂料在施工勤度下的固体分较高时，可以一次涂覆厚涂膜，大大提高施工效率。

④乳液型分散体系的树脂分子量高，涂膜耐水性、耐碱性和耐候性较好，并有很好的力学性能。

⑤乳液型丙烯酸涂料可以用水稀释，火灾危险性小。

乳液型丙烯酸涂料也有缺点：如在最低成膜温度以下涂料不能形成连续的膜；涂料易增稠，流动性和湿膜流平性差；水挥发后勃度迅速上升，涂膜易产生气泡和针孔：水的表面张力大，涂料对基材的润湿性差；由于水的凝点比大多数有机溶剂高，涂料的冻融稳定性差，因此其运输和储存就成为气温较低地区的一个很大的问题；易受微生物破坏[97-98]。

底漆是基材、封闭底漆与面漆的过渡层，能增强涂膜厚度而显丰满，应选用透明度好、好打磨的树脂，并且能与面漆互相搭配，配方中添加适量的硬脂酸锌或硬脂酸钙，能提高涂膜的打磨性而不影响透明性[88]。其参考配方如表1-3所示。

用于木器的乳液型丙烯酸涂料又分为腻子用、底漆用和面漆用。在本论文中，所用到的是作为底漆用的乳液型丙烯酸涂料，比重为1.040g/ml，固含量为34.1%。图l-2所示的红外光谱图表明了底漆中所含的官能团，为后面的漆膜性能分析提供了依据(见第五章附着力分析部分)。其中，3440.86cm-1，处为-oh，2957.61cm-1处为-ch2和2875.37cm-1处为-ch3，1733.70cm-1处为-c=o，1452.72cm-1处为-ch2，1387.19cm-1处为-ch3，1150.18cm-1处为c-o-c。

(3)水性丙烯酸改性聚氨酷涂料

水性pua是指利用核壳聚合技术将丙烯酸接枝到芳香族聚氨醋链上，合成了一种新型水性聚氨酷-丙烯酸共聚树脂，是一种以丙烯酸酷为核、聚氨醋为壳的无溶剂、无游离乳化剂的水分散体，将聚氨酷树脂的柔韧性和弹性与丙烯酸酷良好的保色性、光稳定性、硬度及低成本综合起来，具有阻燃、无毒、不污染环境、性能优越等优点，因此被誉为“第三代水性聚氨酷”，具有较好的应用前景。木器己成为水性聚氨酷分散体涂料的重要应用领域，美国佩特公司、ici公司、airproductsandchemical及bayer公司均有相应产品出售。荷兰dyflex公司生产的dyflexlp9830和英国zeneea公司生产的neopaee-110和ells等都属于丙烯酸改性的聚氨酷分散体，专用于木器家具涂料[99-107]。

丙烯酸聚氨酷共聚物水性木器涂料既有聚氨酷水分散体优异的附着力、耐磨性，又具有丙烯酸树脂优异的耐候性、耐化学性和较好的颜料润湿性，同时可避免丙烯酸树脂与聚氨酷树脂分散体物理混合时相溶性差的问题。在涂料树脂中，因为聚氨酷的亲水性一般大于丙烯酸共聚物的亲水性，所以聚氨酷将富集于粒子表面，固化后形成具有连续聚氨酷相的漆膜，因而涂层的特性更接近于聚氨酷。

在pua复合材料中，丙烯酸酷相与聚氨酷硬段(与聚氨酷软段相比)具有更好的相容性，主要是相似的极性和氢键的形成，增加丙烯酸醋的含量有利于第二个玻璃化转变温度tg的微相形成，提高了模量和强度。p以的pu分子链硬段仍然保持着与pu中硬段相似的结构；pu分子链与pa分子链之间存在着一定的微相分离状态，具有很好的相容性；pu分子链硬段与pa分子链之间形成了化学键[99-107]。

化学共混物pua极大地改善了pu的耐水性，这是因为pua中pa和pu存在化学键，分子链既保持一定的共混程度，也存在相分离，具有核壳结构的特征。在核一壳型聚合中，互穿网络存在于各个乳胶粒子中，两者网络相互贯穿往往不是分子水平的相互贯穿，而是超越分子之间的相互贯穿，是相区之间的相互贯穿。由于两种组分相互之间有较大程度和较深层次的相互缠结，水分子无论对其中哪一组分的作用将受到两种组分的共同牵制，这样就大大地提高了对水的抵抗力。同时，它的热稳定性和耐溶剂性也有所提高[104]。

在本论文中，所用到的是作为面漆用的乳液型丙烯酸一聚氨醋复合水分散体，比重为1.042g/ml，固含量为31.3%。图1-3所示的红外光谱图表明了面漆中所含的官能团，为后面的漆膜性能分析提供了依据(见第五章附着力分析部分)。其中，3391.04cm-1处为-0h，2921.68cm-1处为-ch2，2852.77cm-1处为-ch3，1732.02cm-1处为-c=o，1543.40cm-1处为-o=c-nh-，1459.93cm-1处为-ch2，1386.43cm-1处为-ch3，1138.07cm-1处为c-o-c，702.51cm-1处为苯环上的取代峰。

2水性涂料的工业化涂饰应用

水性木器涂料的发展离不开涂装行业的共同研究和推广。涂料只有在涂装成膜后才真正实现了其作为商品的使用价值。漆膜质量对高档家具的表面质量至关重要，将在很大程度上决定着家具的市场竞争能力。但要确保涂装质量，达到涂装目的和实现涂装的最佳经济效益，应把握涂装的关键，即涂装材料、涂装工艺和涂装管理三要素。工业化涂装工艺的研究必将带动水性木器涂料的发展[71]。

目前我国家具漆市场中水性涂料占的比例很小，究其原因，除了产品性能方面的问题外，水性木器涂料的消费对象及其消费观念、涂料生产厂家持有的发展态度、产品的价格、国家政策法令法规的出台、涂料与涂装行业的沟通等因素同样制约着水性木器涂料的产销市场。我国虽有聚氨酷等水性涂料的研究报告，但涉及木家具工业化涂饰工艺应用领域的研究极为少见[11]。

(1)水性涂料在家具中应用的品种、部位和涂层层次

水性木器涂料的发展虽然已经取得了较大的进步，但是，现在大部分水性木器涂料仅用于室内装修及普通家具上，限于门、窗、柜、地板，应该向户外装修用、工厂用、工艺品用等更广的范围拓展.一些在应用当中无需太高硬度的家具用品，如门、书柜、床等，己经完全可以采用水性涂料取代以前的溶剂型涂料。

在选用水性涂料时，应根据使用目的和涂饰要求的不同，有针对性的选择涂料品种。就漆膜的涂层而言，封闭底漆和底漆可选用水性涂料，在面漆可用硬度、耐水性较好的溶剂型涂料。但鉴于水性涂料的硬度较低、耐水性较差的特性，对于高档家具，水性涂料应优先用在家具的立面，在其它面可选用性能较好的溶剂型涂料。

(2)强调涂装质量

涂装是一个复杂的工艺过程，一般是指从成品素材到抛光修饰这一复杂过程，不同材质的工件采取的涂装工序也不一样。每道工序都有一个质量指标，哪一道工序出现质量问题，都可能影响后道工序的质量，导致最终涂层质量产生问题[108]。在实际生产过程中常常要全面考虑树种材质、涂料及辅助材料、涂装环境、涂装方法、涂装工艺流程和施工技术等诸多因素[109]。

重视砂光质量。基材的砂光质量直接影响表面漆膜的装饰质量、附着力、耐久性。基材砂光用120～240号砂纸砂磨[110]。

在涂装过程中，对粘度的控制是涂装设计中重要的技术课题。在涂装过程中，常采用喷涂的方法，涂装时的剪切速度为102～104s-1，涂装后剪切速度为10-2～1s-1，范围较大对成膜过程的流挂和流平性有影响[111]。控制适宜的施工粘度，最好在14～255(涂-4杯，25℃)的范围内[112]。

喷漆操作水平影响漆膜质量。空气喷涂法是目前广泛应用的一种喷涂方法，其主要原理是利用压缩空气(气压在0.3～0.5mpa)流经喷嘴时，使其周围产生负压而将漆液吸出，后续压缩空气的快速扩散使漆液雾化。为了取得好的喷涂效果，应注意以下几点：施工环境的温度保持在20～30℃之间；喷涂压力控制在0.3～0.4mpa、出漆量控制在200ml/min左右，喷枪的走速不得低于20cm/s、喷幅控制在150mm左右、喷枪与工件距离保持在20～30cm之间、前后喷幅搭接1/3左右较为理想[112]。

(3)采用热空气干燥工艺

水可分散性树脂涂料的成膜原理与一般溶剂型树脂的成膜原理有较大区别。水性漆的成膜是一个从分散着聚合物颗粒和颜料颗粒相互聚结成为整体涂膜的过程。施工后，随着水分的挥发，分散在水中的树脂颗粒必须相互融合才能形成连续的涂膜，大致可分为三个阶段：填充过程、融合过程和扩散过程。首先是填充过程，施工成膜后，随着水分的逐渐挥发，原先以静电斥力和空间位阻稳定作用而保持分散状态的聚合物颗粒和颜料颗粒逐渐靠拢.，但仍可自由运动。随着水分的进一步挥发，聚合物颗粒和颜料颗粒表面的吸附层破坏，成为不可逆的相互接触，达到紧密堆积，当树脂颗粒占膜层74%(体积)时，颗粒相互靠近而达到密集的充填状态。组分中的乳化剂及其它水溶性助剂留在微粒间隙的水中。然后是融合过程，水分继续挥发，树脂颗粒表面吸附的保护层破坏，裸露的微粒相互接触，其间隙愈来愈小，至毛细管径大小时，由于毛细管作用，毛细管压力高于树脂颗粒的抗变形力，微粒变形，最后凝集、融合成连续的涂膜。最后是扩散过程，残留在水中的助剂向涂膜扩散，聚合物界面分子链互相扩散、渗透、缠绕，并使树脂颗粒分子长链相互扩散，涂膜均匀且具有良好的性能[113][114]。

水分蒸发比溶剂慢，水性涂料的干燥时间长，因此，研究先进的涂层干燥工艺是提高干燥效率的重要途径。采用热空气干燥工艺，可以明显加快涂层干燥速度，并具有适应性强的特点，是应用较为广泛的一种干燥形式。在大型的家具厂，热空气千燥线是当前溶剂型涂料强制干燥的主要形式，改用作干燥水性涂料，因水性涂料的干燥时间长，一方面需要对干燥设备进行研究，另一方面需要研究干燥工艺。干燥线各处的温度、湿度、工件的运行速度(干燥时间)及通风条件等对保证干燥质量和最终的漆膜质量至关重要[115]。

(4)涂料业与家具业、装修业加强联合

涂料业与家具业、装修业联合在一起，共同促进木器用水性涂料的发展。在家具业积极推行大规模定制的制造模式，在装修业积极实行装饰装修工厂化模式，室内装饰构件尽量实现工厂化生产，在工厂内采用热空气干燥方式，最大限度地提高生产效率、保证产品质量和降低成本[116-120]。

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