耐候性和表面耐受性木材装饰涂料的新粘合剂| 2021-03-11

设计用于木材装饰的油漆(用于覆盖表面之间的过渡或用于装饰的木材)代表了木材涂料市场的重要份额。在过去的十年中，由于环境和其他立法，在大多数建筑和装饰涂料应用中，已经从溶剂型转向水性。从环境、毒理学和健康的角度来看，使水性涂料具有吸引力的特性，即它们含有水分，也是水性技术存在许多问题的主要原因，这阻碍了传统溶剂型涂料的替代。后者继续存在，尽管有VOC法规和环境标签，但它们的使用仍然被允许，因为人们普遍认为目前没有可接受的替代品。这当然是木材装饰涂料的情况，特别是那些用于外部使用。

木材涂料

与现代木器涂料相关的关键词是:美学、保护和功能性。从物理和化学的角度来看，木材是一种复杂的基质。木材会因为水的吸收/解吸而“移动”，因此涂料必须能抵抗外部物理、化学和生物的影响，以保持长期的使用寿命并延长翻新周期。

简而言之，木材涂层系统必须抗潮气，纹理开裂和剥落，起泡和萃取性污渍出血，以及紫外线。对于装饰涂料，易于应用，抗阻塞，光泽能力和平整性能，以及低VOC水平配制的能力是额外的要求。

宽容的涂料

表面公差在金属保护涂层领域是一个众所周知的概念，但在其他基材中却不那么常见。这种涂层应该具有的主要特征之一是对表面制备不理想的表面具有良好的附着力。有人想要在不理想的清洁条件下应用涂层可能有很多原因。例如，正确地准备表面可能非常困难或昂贵。关于木材涂料，表面公差在翻新中很重要，在翻新中，表面可能会涂上旧的油漆层，或者新打磨的木材，旧的油漆已经被去除。

耐候性(“全天候涂料”)

目前大多数水性涂料是基于聚合物分散体，其中水作为分散介质和溶剂。它们通过合并的过程变干。因此，控制应用、干燥和凝聚条件是很重要的。这方面的重要参数是温度、相对湿度和通风。

为了成功应用，大多数涂料制造商的共识是，就相对湿度(RH)和温度而言，水性涂料的应用窗口相对限制在RH的40%至60%之间，温度在50°F至104°F之间。在实践中，由于天气通常是非常不可预测的，并且为了将外部涂料的应用窗口延长到不止几个“理想”的日子，范围通常会有所扩大。

延长的申请窗口(早雨、寒冷天气)使申请更方便、更灵活，节省时间并提供更好的使用成本。

聚合物设计-技术方法

对文献的回顾表明，目前聚合物开发化学家的普遍共识是，具有异质形态的多相聚合物颗粒是目前最好的，也许也是唯一的方法，可以在最低限度使用聚结溶剂的情况下，实现硬度/抗阻塞性/污垢吸附性和良好的成膜性能

这种多相颗粒是通过使用至少两种不同的单体混合物(通常具有显著不同的Tg)按顺序或部分平行地注入聚合反应器来产生的。乳液聚合反应中的热力学和动力学因素决定了所得到的聚合物颗粒的形态，而上述过程的好处是它产生了结构性的聚合物颗粒，其中高Tg分数提供了硬度和封堵性能，而低Tg分数有助于良好的成膜和柔韧性。

这种新型聚合物采用非均相、多相丙烯酸乳液聚合工艺设计，使软硬聚合物相共存。正是这种二元性，结合纯丙烯酸成分，使其能够克服灵活性和硬度的矛盾约束，以及木材涂料配方粘合剂所需的水和耐候性。

为了进一步增强性能，新型粘结剂的开发利用了我们目前成熟的EBS技术所获得的十多年经验，该技术用于外部砌体应用，可确保在不理想的干燥条件下形成优异的薄膜。我们的目标是将这种经过验证的性能转化为更复杂的基材，如木材，并为配方师提供额外的选择，以适应不断变化的天气模式。

新绑定

已经开发和推出的新型粘合剂是多相型纯丙烯酸，商业上称为Synthomer Hydro PLIOLITE®330。该乳胶的物理性能总结在表1中。

乳胶在光泽配方中进行了测试，PVC含量约为23.5%，如表2所示。

实验-测试方法

在接下来的所有测试中，用Synthomer Hydro PLIOLITE 330配制的实验性光泽涂料与欧洲市场上一些具有类似光泽水平的商用水性和溶剂型涂料进行了比较。表3总结了这些商业涂料的特点。

谷物抗裂性

在山毛榉木板的一半上涂上两层溶剂型醇酸漆，并在122°F下干燥5天。用刷子在面板的所有表面涂上两层木材装饰漆，并在73°F/50% RH下干燥24小时。然后将面板提交到以下条件的20个循环中:室温4小时，122°F 3小时，浸入水中1小时，-4°F 16小时。在每个周期后，记录面板重量和薄膜方面的变化。

阻塞电阻

一个6密尔的湿漆层应用于一个黑色PVC Leneta面板上。在不同的干燥时间(1天或1周)和干燥条件(73°F/50% RH或41°F/ 90% RH)下干燥油漆后，从面板上切下2厘米长的条带，然后在73°F或122°F下以125 g/cm²的压力直接接触24小时。

当样品被拉开时，评估了涂料的抗阻塞性。阻塞阻力结果评级从0(不良)到10(优秀)，并报告了去除油漆的百分比。结果是五次试验的平均值。

淋浴测试(早期耐雨)

将两层溶剂型醇酸漆涂在面板的垂直一半上，并在122°F下干燥5天。面板的下部被打磨(#180砂纸)。在测试之前，面板在41°F和90% RH下存储24小时。用刷子在130 g/m²的温度下涂上一层木材装饰漆，并在41°F/ 90% RH下干燥，时间如下:90分钟/60分钟/45分钟。然后，将新涂好的面板置于高流量淋浴(6升/分钟)下3分钟。对涂料进行目视评估和评定(图1)。

自然风化-户外曝晒符合EN 927-3

用刷子在杉木面板的正面和两侧以130克/平方米的速度涂上两层木材装饰漆。端粒用高固体溶剂基醇酸漆密封。在73°F干燥7天后，用分光色度计测量初始L*、a*、b*和光泽度。然后，在法国Villejust(巴黎地区)，面板以45°向南暴露12个月。

结果与讨论

谷物抗裂性

本试验采用“加热-浸泡-冻融”循环，目的是评估涂层在温度和湿度波动下对容易发生尺寸变化的外部木材的保护能力。薄膜在半涂板上的行为(模拟有限的表面准备)也可以检查。

商业涂料wb1在6次循环后出现裂缝，这可能表明薄膜缺乏灵活性，这将对长期耐久性产生负面影响。除了商业sb2，在20次循环后失效，所有其他配方都通过了抗裂测试，这表明它们具有预期的柔韧性和抗水性，可以在这些临界老化条件下支持木材变形(表4)。

阻塞电阻

目的是评估涂料在“标准”和不良干燥条件下干燥后抗堵塞的能力。尽管配方师经常强调122°F下的抗阻塞性是“必须具备的”，但在寒冷和潮湿的天气中干燥后的抗阻塞性显然很难实现。

所有配方在干燥1周后，在73°F下表现出良好的抗阻塞性。然而，当干燥时间减少到24小时时，大多数商业产品的耐热性就很难获得。在恶劣的气候条件下，只有商业wb2和用Synthomer Hydro PLIOLITE 330制成的实验配方FPS701具有很好的抗阻塞性(表5)。

淋浴测试(早期耐雨)

该测试的目的是评估涂料在恶劣天气条件下(低温/高湿)的干燥能力，以及在应用后不久抵抗阵雨的能力。

即使溶剂基醇酸漆没有被喷淋去除，这个关键的测试表明，在干燥的早期阶段，它会受到水的影响(表6)。除了氧化干燥过程中可能出现的缺陷外，商业溶剂型涂料还会出现视觉缺陷，这是由于留在涂料表面的水滴，如图2所示。

至于商用水性涂料，即使在低温下干燥90分钟后，淋浴也会损坏它们。商业wb3在测试后似乎受到了较小的损坏，实际上显示出微裂纹，表明薄膜形成不良。这可能是由于在淋浴阶段漆膜的不完全结合和冲洗，在油漆中留下不充分的结合来确保水蒸发时形成良好的膜。Synthomer的Hydro PLIOLITE 330与商用水性涂料相比，表现出优异的早期耐雨性能。当在极端寒冷和潮湿的条件下干燥时，基于Synthomer Hydro PLIOLITE 330的FPS701涂料的性能接近溶剂基商业涂料。

自然风化

抗污性是另一个需要与薄膜的灵活性相平衡的关键属性:在室外暴露下的自然风化是评估该属性的最相关方法。图3显示了用Synthomer Hydro PLIOLITE 330 (FPS701)配制的涂料与商用水性和溶剂型涂料相比Delta E*(总颜色变化)的演变。