木质涂料用防水乳汁 - 2022年世界杯分组表

木材是一种非常受欢迎的建筑材料，不仅用于外部应用，如窗框和覆层，而且也用于创建户外生活空间，如木制露台、甲板、栅栏和花园家具。

如果没有某种类型的保护表面涂层，大多数木材在户外暴露时会迅速恶化。除了优异的耐候和抗紫外线性能，其他特性如良好的附着力，防止液态水的进入，硬度和灵活性之间的良好平衡是外部木器涂料的关键要求。

虽然溶剂型醇酸粘合剂的耐用性有限，但它们具有许多这些特性，因此被广泛应用于木结构外立面涂料中。然而，随着降低挥发性有机排放水平的压力越来越大，丙烯酸基水性系统正在迅速普及。然而，在水性丙烯酸木器涂料领域，防潮仍然是一个有待优化的关键参数。

虽然存在各种添加剂来增加涂料的短期疏水性，但将高度疏水性的VeoVa™乙烯基酯单体加入到丙烯酸聚合物中是一种理想和持久的解决方案，可提高最终木质涂料的防水能力和抗风化影响。¹

veratic™Acid乙烯基酯

含10个碳原子的叔支单羧酸乙烯基酯(VeoVa 10)是生产高质量水基涂料用乳汁的理想乙烯基共聚单体。VeoVa 10主要用作乙烯基和丙烯酸聚合中的疏水共聚单体。这种乙烯基酯分子具有独特的支链叔取代a-碳结构。因此，这个烷基新癸酸酯(多酸酯)基团抗水解降解，因为a-碳上没有氢，此外，庞大的烷基结构保护了分子的酯功能。具有庞大疏水烃基的分支三级结构使VeoVa 10单体(图1)具有高疏水性质和低表面张力。此外，VeoVa 10单体在紫外光的影响下不降解。²

VeoVa 10单体通过乙烯基酯官能团的反应与各种其他共聚单体聚合(图1)。通过这种方式，VeoVa 10单体的特定性能可以传递给其共聚物。

VeoVa /丙烯酸共聚物(Veocryls)

VeoVa单体很容易在乳液中与丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体共聚，产生特别适合于高性能涂料的乳汁。VeoVa单体显著提升了丙烯酸涂料系统的关键性能，如耐水性和耐化学性、附着力和外观耐久性。

典型用途包括木材污渍和涂料、光泽涂料、外部砖石涂料、屋顶瓦涂料、防腐涂料和混凝土保护涂料。

从图2中可以看出，在丙烯酸聚合物中加入VeoVa 10会提高性能，并且随着VeoVa含量的增加，性能会进一步提高。^3.

核壳技术

核壳的过程

可以采用两阶段工艺，首先所有VeoVa单体进行反应，然后延迟添加其余的丙烯酸酯单体，形成核壳形态。少量乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)与VeoVa 10反应以固定核心。特定功能单体的加入导致稳定的单包自交联聚合物，涂层干燥后在室温下固化。

由硬核(Tg为50℃)和软壳(Tg为0℃)组成的自交联Veocryl聚合物是用于木器涂料的高性能水性粘合剂的一个很好的例子(图3)。干燥后，将形成一个柔软、灵活的Veocryl基体，其中包含硬丙烯酸结构域。坚硬的纯丙烯酸芯具有良好的抗阻塞性，与软壳基体的结合提供了硬度和灵活性之间非常好的平衡。由于外壳中存在疏水的大块VeoVa单体，聚合物和由此产生的木器涂料具有优异的耐水性和拒水性，良好的附着力和突出的外观耐久性。

减少挥发性有机化合物

精心选择用于外壳的单体，使制备的乳液能在低至0°C的温度下形成坚韧的聚合物薄膜。基于这些聚合物的木器涂料可以在极低的助溶剂水平下配制，并在极低的应用温度下仍能形成高质量的薄膜。

作为一个额外的好处，这些VeoVa/丙烯酸核壳聚合物是不含甲醛的，也有较低的残留单体含量< 500ppm。这使得新一代的木质涂料具有非常低的VOC水平。

核壳聚合过程

在氮气条件下，脱矿化水和表面活性剂置于反应器中，加热至85℃。然后，停止氮气流动，向初始反应器装药(IRC)中加入含有部分引发剂过硫酸钾的脱盐水。其次是预乳液i的质量2.5%。温度保持在85℃，观察到轻微的蓝色和温度升高，表明聚合开始。

15分钟后，当电荷聚合后，剩余的预乳剂I在1小时内加入。剩余的引发剂溶液通过单独的管道在3小时15分钟内同时加入。在加入所有的预乳剂I后，立即加入预乳剂II，持续2小时。预乳剂添加3小时后，反应器保持在85℃，烹饪1小时。烹饪后，乳胶被冷却到55ºC，并加入两种不同剂量的转化助推剂，每次持续30分钟，然后在55ºC下烹饪30分钟。通过使用基于叔丁基过氧化氢(tBHP)和还原剂Bruggolite的氧化还原助推剂来实现低水平的残留单体^®ff6m在Fe III催化剂的存在下。

最后，将乳胶冷却到室温并进行过滤。在冷却过程中，慢慢加入氨水以中和乳胶。在室温下，将杀菌剂和交联剂添加到最终的聚合物中。

乳胶的组成和性能

制备了一系列核壳自交联的丙烯酸酯乳液，其核壳固定Tg为~50°C，壳柔软柔韧。聚合物粒子的外壳通过加入2-乙基己基丙烯酸酯(2-EHA)或VeoVa 10作为疏水单体进行改性。在这些体系中，单体的核壳材料重量比固定在30/70。交联时，在总单体上以3% m/m的浓度使用双丙酮丙烯酰胺，在芯壳之间按比例划分。等效的活性己二酸二肼在室温下添加到乳胶中。

小颗粒的乳剂有望促进成膜过程，并使涂层很好地渗透到木材表面。较低粒径(<85 nm)的粘结剂使胶乳具有半透明的外观。⁴

此外，还对两种代表性的商用丙烯酸乳液粘合剂进行了评价(表1、图4):

•30% VeoVa:含核壳聚合物

VeoVa 10 30%;

•30% 2-EHA:含核壳聚合物

2-ethylhexyl丙烯酸酯30%;

•30% VeoVa:含核壳聚合物

30% VeoVa 10半透明;

•30% 2-EHA:含核壳聚合物

30% 2-乙基己基丙烯酸酯半透明;

•丙烯酸基准1 (BM1):一种针对装饰木器涂料市场定制的商业、高端丙烯酸乳液聚合物;

•丙烯酸基准2 (BM2):一种针对工业木器涂料市场定制的商用高端丙烯酸乳液聚合物。

制定外部

保护木材染色

不同的粘合剂被配制成木材染色剂(表2)。一种商业(SB醇酸)，高固体溶剂型醇酸染色剂被用作另外的基准。所有油漆都涂在三层苏格兰松木上。软松木是要求最高的基材之一，因为其显著的尺寸变化，这需要涂层通过扩展和收缩来适应。

实验的程序

在温和搅拌下，将乳液与消泡剂(BYK 023和Surfynol 104E)、脱矿物质水、聚结剂(丁基二乙二醇)和杀菌剂(Mergal S99)混合。最后，逐步加入增稠剂溶液，直至得到粘度约为100 KU的溶液。为了得到一致的颜色，把这三种颜色的颜料混合在一起。搅拌10分钟后，加入预定量的着色混合物，仍然缓慢搅拌。缓慢搅拌再持续15分钟。在应用前，让木材污点在23℃平衡4天。

阻塞电阻

由多元酸乙烯基酯制备的核壳型聚合物，其抗阻塞性与商业丙烯酸和醇酸基准聚合物相当或更好(表3)。通过调整壳的Tg，可进一步调整其抗阻塞性以满足特定需求。

木质涂料的另一个重要特性是它对陈年醇酸的附着力。所有的乳液聚合物基涂料都具有优异的附着力，与溶剂基醇酸漆形成鲜明对比，在应用条件下，醇酸漆明显缺乏附着力(ASTM D1653)。

液态水的渗透率

水分吸收是木材膨胀和收缩、霉菌生长和木材退化的关键驱动力。根据EN927-5对涂抹在Epicea木材上的木材污渍进行了液态水进入木材的测试。面板(6个重复)在只在测试面上涂三层木染色之前，通过温和的砂光打磨到光滑均匀的表面。面板的正面和侧面用溶剂型聚氨酯白色涂料密封。木板经过调节，直到达到恒定的质量。在开始吸收循环之前，面板经过两次浸出过程。

veova基木材污渍具有优越的防水性能，并显著降低木材的吸水率。在水基体系中，VeoVa核壳体系具有最低的液态水渗透率，其性能接近溶剂型醇酸。吸收试验时，将试验板正面朝下漂浮在水面上72 h，结果以涂布木板的吸水率为g/m表示²veova基木材污渍具有优越的隔水性能，并显著降低木材的吸水率。在水基体系中，VeoVa核壳体系具有最低的液态水渗透率，其性能接近溶剂型醇酸。

加速风化

用于户外使用的木制物品会暴露在严重的紫外线辐射、雨水和温度变化下。因此，用于外部木材的涂料需要具有长期的气候稳定性。根据独立领先的木材涂料测试和认证机构(CATAS)的en927 -6标准，对不同的木材污渍进行了2000小时的加速风化测试。

风化试验是在Q-Lab的QUV加速风化试验机中进行的:暴露于冷凝24小时(共168小时)的12个循环;48个3 h循环，其中60℃UV-A (340 nm) 2.5 h和6-7 mL/min水喷洒0.5 h，交替进行，周期为2016小时。

基于VeoVa/丙烯酸核壳聚合物的木材着色明显优于基于2- eha聚合物的着色，优于任何其他测试体系(图6)。2016 h后，没有观察到VeoVa基木材着色失效的迹象(起泡、开裂、剥落或白粉)。在含有30% 2-EHA的粘合剂基础上，观察到木材染色出现严重的白垩和变色。

veova基涂层在人工风化后的良好外观保持不仅可见，而且可以通过所配制的染色剂的最小颜色变化和优异的保光性清楚地量化。

VeoVa-10在颜色保护方面的作用是显著的。由于加入到聚合物中的多功能衍生物所赋予的UV稳定性和增加的疏水性的优越组合，可能有助于改善外观的保存。

自然风化

在欧洲大陆(比利时)的天气条件下进行了自然风化。VeoVa/丙烯酸核壳体系在自然风化过程中表现出优异的性能(图7)。测试仍在进行中，目前已达到2年多的暴露时间，没有任何显著的性能损失。

同样值得注意的是，涂有veova基木材染色剂的面板显示出最佳的光泽保持力，超过了考虑到工业标准的几个商业等级(丙烯酸和醇酸基准)(图8)。

结论

从这项工作可以得出结论，粘结剂的拒水性和抗紫外线性是控制所研究的这类涂料耐久性的主要成分之一。在测试的疏水单体中，可以得出结论，以多元酸乙烯基酯为基础的疏水单体显著提高了木材染色性能。这种效果通过人工和自然风化后涂层外观的显著保存得到证明，通过光泽保持和颜色变化测量得到量化。

VeoVa单体有助于可持续木材涂层解决方案的发展，其特点是: