水性(WB) UV化学技术在室内工业木材市场上表现出显著增长,因为该技术提供了优异的性能、低溶剂排放和提高生产效率。UV涂料系统为终端用户提供了卓越的耐化学和划伤性、优异的抗阻塞性、极低的VOCs和较小的存储空间所需的设备占用。这些体系的性能优于双组分聚氨酯体系,没有危险交联剂的复杂性和锅寿命问题。由于提高了生产速度和降低了能源成本,整个系统的成本是有效的。这些同样的优势也有利于工厂应用的外部应用,包括窗框和门框,壁板和其他木制品。这些细分市场通常使用丙烯酸乳液和聚氨酯分散剂,因为它们具有优异的光泽和保色性,并显示出优越的耐久性。在这项研究中,聚氨酯-丙烯酸树脂具有紫外功能,根据工业木材内部和外部应用的行业规范进行了评估。

三种溶剂型涂料通常用于工业木材的应用。硝基漆通常是硝基漆和油或油基醇酸的低固相混合物。这些涂料是快速干燥和高光泽潜力。它们通常用于住宅家具的应用。它们的缺点是随着时间的推移会变黄,而且会变脆。它们的耐化学性也很差。硝基漆的挥发性有机物非常高,通常在500克/升或更高。预催化漆是硝化纤维素、油或油基醇酸、增塑剂和脲醛的混合物。他们使用一种弱酸催化剂,如磷酸丁酸。这些涂料的保质期约为4个月。 They are used in office, institutional and residential furniture. Pre-catalyzed lacquers have better chemical resistances than nitrocellulose lacquers. They also have very high VOCs. Conversion varnishes are blends of oil-based alkyds, urea formaldehyde and melamine. They use a strong acid catalyst such as p-toluene sulfonic acid. They have a pot life of 24 to 48 hrs. They are used in kitchen cabinet, office furniture and residential furniture applications. Conversion varnishes have the best properties of the three types of solvent-based coatings typically used for industrial wood. They have very high VOCs and formaldehyde emissions.

水性自交联丙烯酸乳液和聚氨酯分散体是工业木材应用中溶剂型产品的极好替代品。丙烯酸乳液具有非常好的耐化学和抗阻塞性,优越的硬度值,出色的耐久性和耐候性,并提高对非多孔表面的附着力。它们有快速干燥的时间,使橱柜、家具或建筑产品制造商能够在应用后很快处理部件。pud具有优异的耐磨性、柔韧性和抗划伤和损坏性。它们与丙烯酸乳液是很好的混合伙伴,以提高机械性能。丙烯酸乳液和pud都可以与交联化学反应,如多异氰酸酯,聚氮吡啶或碳二亚胺,形成2K涂料的性能改善。

水性uv固化涂料已成为工业木材应用的热门选择。橱柜和家具制造商选择这些涂料是因为它们具有优异的耐蚀性和机械性能,优异的应用性能和非常低的溶剂排放。WB UV涂料在固化后具有优异的抗阻塞性,这使得涂层部件可以直接堆叠、包装和运输,无需停留时间的硬度发展。WB UV涂层的硬度发展是戏剧性的,发生在几秒钟内。WB UV涂料的耐化学和耐染色性优于溶剂型转换清漆。

WB UV涂料有许多固有的优点。100%固体UV低聚物的粘度通常很高,必须用活性稀释剂稀释,而WB UV pud的粘度很低,可以用传统的WB流变改性剂调整粘度。WB UV pud具有初始的高分子量,不建立分子量,因为他们固化的效果与100%固体UV涂料一样显著。因为它们在固化过程中几乎没有收缩,WB UV pud对许多基材具有良好的附着力。用传统的消光剂可以很容易地控制这些涂层的光泽。这些聚合物可以非常坚硬,但也非常灵活,使它们成为外墙木器涂料的理想人选。

WB UV pud的化学性质

WB UV PUD通过将UV功能整合到PUD的主干中(图1)。这些UV PUD可以是聚醚、聚酯和/或聚碳酸酯基的。UV丙烯酸酯有很多选择,具有不同的主干和功能。UV功能材料的选择和用量影响涂层的最终交联密度。也有多种加工选择,影响最终的聚合物性能。

WB UV pud的化学性质。
图1WB UV pud的化学性质。

WB UV pud的修改是出于各种原因。可以添加丙烯酸分散剂,以提高外观耐久性和降低成本。添加表面活性剂可提高货架稳定性。乳化UV丙烯酸酯可添加以调整干燥性能。因为不同类型的WB UV树脂可以提供不同的性能参数,可以结合技术来优化所需的性能。2022世界杯八强水位分析

实验- WB UV室内木材的应用

对三种WB UV涂料与市面上的溶剂型转换清漆、水基转换清漆和水基预催化漆的性能进行了比较研究。项目计划是开发高性能WB UV树脂,并研究它们在工业木材应用中的性能。根据橱柜制造商协会(KCMA)、美国木工标准(AWS)和单个家具制造商的规范对这些涂料进行了测试。

配方

本研究使用的公式见表1。

本研究中使用的三种WB UV涂料的配方。
表1本研究中使用的三种WB UV涂料的配方。

小组准备

UV涂料

在18X18染色桦木胶合板上喷涂约3湿密耳涂料;风干10分钟;用力干燥10分钟,在50C。用水银球在500 mJ/cm的温度下固化2.用3M超细磨砂海绵打磨。用大约3毫升的湿液涂第二层。风干10分钟,然后在50℃下用力干10分钟C。用水银球在500 mJ/cm的温度下固化2.除非测试方法中另有说明,否则测试前需等待7天。用于边缘浸泡,涂层和治疗4“X4”实心橡木面板的所有方面。

其他涂料

在18X18染色桦木胶合板上喷涂约3湿密耳涂料;风干10分钟;用力干燥30分钟,在50C。用大约3毫升的湿液涂第二层。风干10分钟,然后在50℃的温度下强迫风干30分钟。除非测试方法中另有说明,否则测试前需等待7天。对于边缘浸泡,涂在一个4“X4”实心橡木面板的所有方面。

本研究中所用涂料的VOC水平见表2。

WB UV室内木材应用研究中使用的涂层的VOC水平。
表2WB UV室内木材应用研究中使用的涂层的VOC水平。

化学/防沾污性

用足够的化学试剂/染色剂在测试面板上形成0.25- 0.5英寸直径的斑点。盖上手表玻璃。等待16 - 20小时。清除化学/污渍,用水清洗面板表面。在0到5的范围内对每种化学品/污渍进行评分,0表示完全破坏了薄膜,5表示对薄膜没有影响(图2)。

耐化学染色结果。
图2耐化学染色结果。

刮附着力

从每个测试面板上切一块4x4英寸的薄片。使用重量为5000克的BYK平衡梁刮附和Mar测试仪测试附着力。速率在0到5的范围内,0表示完全去除薄膜,5表示对薄膜没有影响。

圆珠笔压痕

从每个测试面板上切一块4x4英寸的薄片。使用重量为300克的BYK平衡梁刮附和Mar测试仪测试圆珠笔压痕,使用#5785小笔。等待1小时后再评估面板。及格/不及格的比率。任何从24英寸的距离都能看到的凹痕都被认为是失败的。图3显示了刮附和圆珠笔压痕测试的结果。

刮附和圆珠笔压痕测试结果。
图3刮附和圆珠笔压痕测试结果。

增塑剂的阻力

将一块2英寸见方的红色乙烯基贴到测试面板上。施加½磅/英寸的力2.将标本放入50℃的烤箱中,C烤72小时。在室温下冷却1小时后,取出乙烯基方巾。评估软化和起泡。

绿色印刷电阻

固化测试板后,等待1小时,然后用2平方英寸的10号棉鸭布完成。施加2磅/英寸的力2直接去鸭布。等待24小时,然后取出棉鸭布。评估印刷。

热打印阻力

固化测试面板后,等待14天,然后应用2英寸平方的#10棉鸭布完成。施加1磅/英寸的力2直接去鸭布。将标本放入烤箱中,60度烘烤24小时。取下鸭布,让标本冷却一小时。评估印刷。图4显示了增塑剂、绿色打印和热打印阻力测试的结果。

增塑剂、绿色打印和热打印抗性测试结果。
图4增塑剂、绿色打印和热打印抗性测试结果。

耐沸水性

在测试板上使用10毫升沸水。将一个陶瓷咖啡杯装满沸水放在10ml的水上面。等1小时。取下杯子,用纸巾擦拭。等待24小时。评估美白效果(图5)。

耐沸水试验结果。
图5耐沸水试验结果。

冷热检查电阻

从每个面板上切一个4 " X4 "的片。操作步骤如下:将面板放置在湿度为50C,湿度为70%的湿度柜中1小时。取出30分钟,让其达到原来的室温和湿度。放入冰箱-10C 1小时。取出并让其达到原来的室温和湿度。重复5次。

边泡

将纤维素海绵放入塑料容器中。将容器调平,并在海绵顶部以下半英寸处装满洗涤溶液(按重量计的1% Dawn洗洁精)。把面板放在海绵上,切边朝下。允许站立24小时。冷热检查电阻和边缘浸泡测试的结果如图6所示。

冷热检查电阻和边缘浸泡试验结果。
图6冷热检查电阻和边缘浸泡试验结果。

讨论

所有WB UV涂料都具有优异的耐化学性。WB转换清漆和SB转换清漆具有很好的耐化学性。WB Pre-Cat漆对KCMA涂料有足够的耐化学性。

WB UV 2、WB转换清漆和SB转换清漆具有最佳的刮附性能。

所有的涂层都具有优秀的圆珠笔压痕,耐增塑剂,耐热打印和绿色打印,耐冷热检查和边缘浸泡。

所有WB UV涂料都具有优良的耐沸水性能。

实验- WB UV外部木材应用,第1阶段

该项目的第一阶段是确定最佳的UV技术与其他具有优异外观性能的树脂技术相结合,用于工业木材的外部应用。2022世界杯八强水位分析评估了树脂共混物的硬度发展、抗阻塞性、耐水性、固化响应和抗QUV性能。涂料采用紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂(HALS)配制。所有涂层都使用两种不同的光引发剂组合进行测试。所有涂层在800 mJ/cm的温度下固化2.用水银灯固化了只含α羟基酮光引发剂的涂层。用水银灯和镓灯对含有α羟基酮和酰基氧化膦光引发剂的涂料进行固化。表3和表4显示了使用的UV树脂的类型,以及本研究中使用的涂料配方。

紫外光树脂用于WB紫外光外立面木材的应用,第一阶段研究。
表3紫外光树脂用于WB紫外光外立面木材的应用,第一阶段研究。
WB UV外部木材应用中使用的配方,第一阶段研究。
表4WB UV外部木材应用中使用的配方,第一阶段研究。

硬度发展

我们在玻璃板上做了一个150微米的拉伸,让它风干10分钟,然后在50摄氏度下强制干燥10分钟。在固化前、固化后1小时和3天分别测量了柯尼格硬度(图7)。

Koenig硬度测量。
图7Koenig硬度测量。

治疗反应

通过比较C=C键(810 cm)的FTIR吸收峰来测定固化反应-1)和C=O键(1730厘米-1)治疗前后。C=C键在紫外线照射下发生反应;C=O键没有反应。

在3B-H Leneta图上做了一个3mil的下降。先风干10分钟,然后在50℃下强干10分钟。用FTIR测量并记录了810 cm处的红外吸光度-1和1730厘米-1.对图进行固化处理后,重新测量并记录810 cm处的红外吸光度-1和1730厘米-1计算治愈率(图8):

治疗反应-百分比治愈。
图8治疗反应-百分比治愈。

UV固化组相对浓度(%)=

紫外光固化组相对浓度

QUV阻力

在白色瓷砖上进行4mil的拉伸,风干10分钟,然后在50℃的下用力风干10分钟。治疗。我们等了七天才进行测试。使用BYK Gardener颜色引导球记录每一块瓷砖的CIELab颜色数据。使用BYK Gardener微型三光洁度计记录每个瓷砖的60光洁度。瓷砖放置在装有340个UVA灯泡的QUV机柜中。橱柜设置了4小时的紫外线光照,然后是4小时的冷凝。这些循环运行了4000小时。我们报告了颜色变化(δ E)和光泽损失,如图9和图10所示。

QUV颜色保留。
图9QUV颜色保留。
QUV保光性。
图10QUV保光性。

讨论

经过4000小时的曝光,所有样品都显示出优异的QUV结果,光泽和颜色变化极小。添加酰基氧化膦光引发剂不影响涂层的性能。在第二阶段测试中,只使用α羟基酮光引发剂。由于生产困难,UV - 3被排除在研究之外。由于UV 4、UV 5和UV 6的固化响应和硬度较低,因此被排除在研究之外。UV 1、UV 2和UV 7包括在第二阶段测试中。

WB UV外部木材应用,第二阶段

在第二阶段,根据美国建筑制造商协会AAMA 653-14《木质和纤维素复合材料有机涂层自愿性能要求和测试程序》中概述的规范对涂层进行了评估。本规范涵盖了用于外部环境的工厂应用涂料2.在杨木基质上重复进行QUV电阻试验。涂料采用传统的消泡剂、表面张力改性剂、蜡乳液和流变改性剂配制而成。用水控制涂层的固体重量。公式见表5。

用于WB UV外部木材应用的配方,第二阶段研究。
表5用于WB UV外部木材应用的配方,第二阶段研究。

小组准备

除非在AAMA 653-14规范中另有规定,所有面板均按以下方式制备:

1.在一个4x上喷大约4毫升的湿涂料
6英寸未染色的南黄松面板。

2.风干10分钟。

3.用力干燥10分钟,在50C。

4.用800 mJ/cm的水银灯进行治疗2

5.用3M超细磨砂海绵打磨。

6.重复步骤1 - 4。

结果

所有属性都按照0-5的等级进行评级,0表示薄膜完全破坏,5表示对薄膜没有影响(图11)。进行了15个循环湿度室/冷冻室试验。所有的涂层通过,没有开裂或冷检查。图12和图13显示了涂层的颜色和光泽保持。

在第二阶段测试了各种性能。
图11在第二阶段测试了各种性能。
第2阶段涂料的保光性。
图13第2阶段涂料的保光性。
第2阶段涂料的保色性。
图12第2阶段涂料的保色性。

讨论

所有涂料均通过AAMA 653-14测试。所有涂层的保光性都很好。

对照组在QUV颜色保持方面表现较差。这些产品通常用作一种面漆,覆盖在污渍或色素基漆上。染色/底漆为木材提供紫外线防护。这项研究检查了透明的、自密封的面漆覆盖在非常浅色的木材上。实验样品均具有良好的QUV保色效果。

结论

由WB UV树脂制成的涂料是工业木器涂料的优秀候选人,用于室内和室外应用。它们具有很好的耐化学性和机械性能。它们可以用低挥发性有机化合物配制,具有低毒性。它们是溶剂型化学物质的可行替代品。

参考文献

1Y.-J。公园等。粘附科学与技术学报22日(2008) 1401 - 1423

2www.aamanet.org