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木器涂料用树脂的选择:配方设计师指南

作者:   |  发表于:2013-03-27   |  关键词:


配制木器涂料面临的问题是现有树脂的多样性及其在行业上的不同应用。找到最佳的木器涂料用单组分(1K)水性聚氨酯树脂的关键是要彻底了解两个要素:树脂本身的性能和特定终端市场的评价标准。这两个要素是有密切联系的,因此为了更好地解决这种进退两难的局面,它们必须一起考虑 - 不能单独考虑。

拜耳材料科学公司的研究人员将公司的单组分(1K)水性聚氨酯技术和不同用途的重要性能进行归类,以便配方设计师对树脂及其在特殊用途的木器涂料方面的适用性有总体了解。本文给出了总的研究结果,以使木器涂料的树脂筛选过程更流畅。


聚氨酯分散体(PUDs)的类型

聚氨酯分散体具有的主要成分或构建基团:聚醚、聚酯和聚碳酸酯。有时,用两种类型的主要成分一起制备聚氨酯分散体。它可能包含每一种成分的优点和缺点(表1)。

有一些自交联的聚氨酯分散体。这些分散体含有引发后就能交联的链段。某些类型的自交联材料含有脂肪酸链段,这使它们会随着时间的推移而氧化固化。


木器涂料市场的重要测试

在初步了解了不同类型聚氨酯分散体通常显示的性能组合后,需要了解进行哪些重要测试来判定树脂是否最适合不同的终端木器涂料市场。通常进行的试验如下:

干燥时间;

表面硬度(摆杆硬度);

  Taber耐磨试验来测定耐划伤和磨耗性能(CS-10砂轮、

    1 000/1 000 g的砝码);

耐化学介质(乙醇/水、丙酮、配方409和水);

耐黑色鞋跟印痕(BHMR);

户外耐久性。


不含溶剂的聚氨酯分散体

在决定哪些试验对于木器涂料市场来说非常重要后,研究人员对各种不含溶剂的聚氨酯分散体进行了这些试验。表2是研究人员研究出的矩阵,列出了这些聚氨酯分散体如何进行上面给出的试验。

尽管这些都是不含溶剂的聚氨酯分散体,但需要重视助溶剂,它们可帮助在室温下成膜。其中树脂UH XP 4是一种独特的材料,它不需要助溶剂。因此,用它配制成的产品VOC含量很低(低于50 g/L),这对于某些终端市场来说这点非常吸引人。然而,需要记住的是UH XP4是一种氧化固化材料,因此需要催干剂或催化剂来促进氧化固化机理。这种催化剂通常含有一种特定金属,如钴,当然更新更环保的材料,如含铁材料,也可使用。


终端用途

2很好地概述了木器涂料生产商使用的不同聚氨酯分散体的性能。然而,需要评价的另一个重要方面是终端用途。例如耐磨损性-可能对于地板来说非常重要,但对于橱柜可能就不是这样。考虑到这一点,研究人员也开始考虑几种不同应用领域的要求:地板、橱柜、家具、室内窗户和门以及户外木器,以努力帮助配方设计师选择最合适的树脂。

木地板

研究人员进行了耐黑色鞋跟印痕(BHMR)试验,该试验是用来评价鞋印能否被除去,这对木地板来说是一项重要的试验。对于这种用途,涂层耐磨损也很重要(Taber耐磨试验)。它们也应足够硬(摆杆硬度),因为如果涂层软的话,灰尘会吸进去,从而导致不受欢迎的脏的印迹。基于这些与用途有关的特殊性能要求,研究人员再次参考了表2中的矩阵,得出的结论是UH3是该市场最佳的产品。


厨柜

该市场的一个重要性能是耐化学介质(染色剂)。厨柜生产商协会(KCMA)制定的该市场需要进行的主要试验是将涂层暴露于这些介质如芥末、咖啡和醋。经过一段时间后,将介质除去来看是否会出现染色。对于厨柜来说同样重要的是优异的耐磨性(Taber耐磨试验)和优异的耐污染性(摆杆硬度)。


家具

优异的耐污染性(摆杆硬度)、耐磨性(Taber耐磨试验)和耐水性(水滴)是家具涂层的最重要性能。此外,优异的耐化学介质性(染色剂)如耐鞋油、指甲油、软饮料、其他在办公环境经常会看到的介质也要识别出来作为重要的办公家具涂层评判标准。

室内窗户和门

除了优异的耐水性和耐化学介质性,好的抗粘连时间也是室内窗户和门用的涂层需要重要考虑的方面。


户外木器

正如所期望的,优异的耐候性 - 包括好的保光性、不碎裂、不粉化、不爆裂或黄变--对于户外木器涂料市场来说是最重要的。


不同市场用途需要的最佳聚氨酯分散体

研究人员了解了与重要应用领域最相关的性能,并将其与不含溶剂的聚氨酯分散体的性能矩阵(表2)相结合而创造了一个图表(表3),该图表指出了与特定用途可能最为匹配的树脂。研究人员强调该图是配方设计师工作的起点,因为最佳的材料可能不是单一材料,而是一种混合材料。

添加交联剂的作用

尽管单组分水性分散体提供了一些所要求的性能,通过添加交联剂,耐化学介质性、附着力或其他性能可能会进一步提高。有几种化学品可供选择 - 聚氮杂环丙烷、聚碳化二亚胺和水可分散的多异氰酸酯。

聚氮杂环丙烷和聚碳化二亚胺提供了易分散和低黏度的性能,但对pH值很敏感,对它们来说必须分别与酸性官能团交联。

第一代多异氰酸酯经过了亲水改性,因而能提供易分散性。这种选项通常异氰酸酯含量较低,因而黏度较高。

第二代多异氰酸酯是无溶剂的和经过离子改性,是另一种享有专利的技术。该技术的一个优点是异氰酸酯含量高(23%)且黏度非常低,使其能配制具有超低VOC的涂料。

记住这一点非常重要,这有助于确保最佳涂料配方,在选择交联剂时应同时考虑所用的聚氨酯分散体和最终用途。


结论

对于木器涂料有多种单组分水性聚氨酯树脂可供选择。找到最佳技术不仅需要对树脂性能有彻底了解,而且也要对木器涂料最终用途有了解,例如是地板、厨柜、家具、室内窗户和门以及户外木器等用途。

尽管单组分水性树脂提供了好的所要求的性能之间的平衡,通过在配方中添加交联剂能提高水性涂料的性能,记住这一点也很重要。合适交联剂的选择取决于聚氨酯分散体的用途。

进行的研究和试验能使树脂选择过程顺利。对于配方设计师,这意味着节约了大量时间、金钱和资源。而且,它也会使选择最佳树脂的过程变得容易,这种最佳树脂能使特定用途的木器涂料获得所要求的性能。







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