水性木器涂料的低温施工问题和解决方法

□ 杜 磊1,徐发龙2,陈玉芳3
(1.中国石油天然气工程设计西南分公司应用技术研究所,成都 610017；2. 中国石油天然气集团公司四川管理局,成都 610017；3.江苏晨光涂料有限公司,常州 213154)

0 前 言
有关国产水性木器涂料发展所存在的种种问题经常见诸报道,普遍认为障碍集中在技术、成本和市场3个方面。虽然国内水性木器涂料树脂乳液的合成技术有了长足进步,但在性能特别是成本上仍无法与溶剂型涂料相匹敌。而在市场开拓方面,尽管国家近期不断出台各类严格的环保法规和相关强制性行业产品标准,同时广大消费者的环保意识也在与时俱进,但国内民用涂料市场的特点决定了施工人员对终用户拥有巨大的影响力,而他们对水性木器涂料却缺乏必要的了解和施工经验。由于受其自身性能特点的限制,水性木器涂料产品一般要求施工环境温度不得低于5 ℃,相对湿度不得高于80%,产品的季节性非常明显,在我国南方地区也仅为每年4月到11月。

本文所讨论的案例中,企业生产的水性木器涂料为一种单组分聚氨酯/丙烯酸混拼型水性木器涂料,适施工温度为15～30 ℃。尽管产品包装上已注明,厂家也在交货时向用户强调产品应在10月底以前完成施工,但用户却拖至12月才开始涂装。施工时发现产品在低温下开罐黏度增大,涂刷流平性能下降,涂膜干燥时间延长,成膜效果变差,并出现流挂和发白现象,严重影响了施工质量。针对上述情况,厂家本着维护品牌形象和为用户着想的发展方针,与用户积极沟通,主动回收产品并采取措施为用户解决低温施工问题。

1 设备与原料
设备：高速搅拌机、反应釜、三辊磨、球磨机、砂磨机、拉缸、过滤器、实验分散砂磨机、实验多功能分散机、涂4杯黏度计、湿膜刮制器、电子天平、涂膜测厚仪、烘箱、恒温水浴箱。
原料：水性木器涂料；去离子水；成膜助剂：T e x a n o l(伊斯曼化工)、D P n B、T X I B(陶氏化学)、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚(海川化工)；防冻剂：乙二醇、丙二醇(海川化工)；消泡剂：
F o a m a s t e r N X Z(海川化工)；润湿剂：A G401(广州慧欣)、B Y K194(德国毕克)、H140(海川化工)、S N126(圣大诺象)；流平剂：B Y K380N(德国毕克)、L100(美国天然气化工)、R M2020(罗门哈斯)、W467(德谦化工)。

2 操作和检测方法
涂膜涂刷： 按《涂膜一般制备法》(GB1727-79)；
涂膜厚度：按GB 1764 涂膜厚度测定法；
样品取样：按GB 3816 涂料产品的取样；
黏度测定：参照G B/T 1723-93涂料黏度测定法中的涂-4杯法测定；
干燥时间： 涂膜实干时间参照G B / T1728-79(89)表干中乙法和实干中甲法规定进行。
制板为玻璃板,尺寸150 m m×100 m m×3 m m,刮涂1道,刷涂量为(0.8±0.1)g/dm2；
样板制备： 白榉贴面胶合板符合G B / T15104-1994,尺寸为150 m m×70 m m,使用前应在G B 9278的规定环境条件下放置7 d以上。刷涂两道。第1道刷涂量为(0.8±0.1)g/d m2,间隔24 h后刷涂第2道；第2道刷涂量为(1.0±0.1)g/d m2,放置7 d后测试。白榉贴面胶合板在刷涂第2道前用400#水砂纸轻轻打磨一遍并擦去表面的浮灰；
涂膜外观：样板在散射日光下目视观察,如果涂膜均匀,无流挂、发花、针孔、开裂和剥落等涂膜病态,则为“正常”。

3 结果与讨论
企业生产的水性木器涂料是根据产品在5 ℃以上进行施工和贮存设计的,其低成膜温度为5 ℃,而用户施工时当地的低气温已达-5～0 ℃。由于低温条件下涂膜中水的挥发速率降低,导致成膜时水的表面张力改变,影响成膜质量,故需补加成膜助剂以降低产品的低成膜温度。在理论上,增加成膜助剂用量不仅可以降低低成膜温度,也有助于体系的低温抗冻性能,但在实际使用中添加成膜助剂过量也会导致体系黏度发生变化。尤其是低温时产品开罐黏度增大的情况下,需尽量避免成膜助剂的增稠效应发生。在25 ℃时,将5种成膜助剂添加到产品中,其对水性木器涂料黏度(以涂4杯法计)的影响如图1所示,图中A为T e x a n o l,B为D P N B,C为T X I B,D为乙二醇丁醚醋酸酯,E为丙二醇丁醚。结果表明,在常温下随着成膜助剂用量增加,产品黏度会显著上升,相比之下其中Texanol对体系黏度影响小。

经现场考察用户的施工环境,其水性木器涂料为建筑室内施工,平均气温为0～5 ℃,相对湿度60%～75%。综合权衡成膜质量、速率和成本等因素后,决定将产品的低成膜温度调整为－2 ℃。由于产品系双乳液混拼型水性木器涂料,不同成膜助剂的作用效果也略有差异,在－2 ℃条件下测得几种不同的成膜助剂的低添加量(W)如图2所示,其中A为T e x a n o l,B为D P N B,C为T X I B,D为乙二醇丁醚醋酸酯,E为丙二醇丁醚。

与此同时,为了改善产品在低温下开罐黏度增大而使涂膜流平变差的状况,需向产品中补加流平剂。但考虑到部分水性木器涂料用的流平剂自身也具有增稠作用,选取了4种不同的流平剂均以0.2%(W)补加时,水性木器涂料产品在不同温度下的黏度(参照涂4杯法测)变化如图3所示,经对比发现BYK380N对产品的黏度影响小。