水性醇酸分散新技术| 2012-10-01 | PCI杂志

在世界范围内，流行木甲板继续上升。这种可再生资源有许多种类(如果以可持续的方式收获)，可以在不同的色调下使用，甲板可以定制设计，为家庭增添美感和价值，并创造一个独特的户外生活空间。木甲板是一项投资，品种的选择是由颜色、耐久性和材料成本的考虑驱动的。维护也应该包括在这个决定中，但通常不被认为是一个重要因素。为了满足需求，树木在相对较早的年龄被采伐，许多用于甲板建造的木材品种没有时间完全建立其自然抗性，以抵御阳光、湿度和昆虫的损害。幸运的是，配方合理的涂层可以提供这种保护。

在其使用寿命中，牌组会受到多种可能导致损坏的影响。紫外线(UV)辐射、酸雨、灰尘、化学品泄漏、划痕和行人都可以通过以下方式影响木材的外观:

•改变颜色(变为灰色或因单宁流失而褪色);

•增加对霉菌、真菌、昆虫等的敏感性;

•提高水敏感性;

•导致开裂或分层;而且

•增加污垢吸收。

在没有保护措施的情况下暴露在户外几个月后，木材会褪色并开始失去最初的颜色，随着时间的推移，可能会出现一些裂缝，并可能受到昆虫或真菌的攻击。热带国家尤其关注强降雨和强烈阳光。为了避免这种类型的损坏，并防止需要进行昂贵和复杂的翻新，包括去除表面氧化层，定期维护木基板是必要的。

具体来说，使用甲板污渍将有助于减缓这些破坏过程，通过形成一层非常薄的薄膜来保护木材并恢复其原始颜色。找到一种可以同样保护不同木材品种的甲板漆是一项挑战，因为不同类型的木材有不同的单宁浓度、密度和耐久性。此外，木材被认为是一种“活基质”，因为它的尺寸会随着温度和湿度的变化而变化，收缩或膨胀的量也取决于物种。

维护甲板的一种常见方法是使用“柚木油”，这是一种天然油与添加剂(杀菌剂，杀菌剂等)混合的溶液，并使用大量的溶剂(如白酒)稀释，这是一种挥发性有机化合物，会产生CO₂排放。虽然这些常规油能穿透木材，但它们不会用保护膜将其密封。因为柚木油中的天然油不是聚合的，它们暴露在紫外线辐射下降解相对较快。因此，这种解决方案主要提供了美学效果，但没有提供太多的木材保护。事实上，在高紫外线暴露率的气候条件下，通常建议每年使用两次柚木油，以保持良好的颜色，特别是对于水平表面。

一层保护涂层使木材内部的口袋和细胞充满油基产品，以产生疏水效果(拒水)，防止水攻击任何木质素(木材的主要成分)，这些木质素可能由于紫外线辐射而降解为水溶性成分。理想情况下，保护涂层应该使木材饱和。需要涂两层低固体含量的污渍以使木材饱和。传统的涂料是溶剂型的。

下一代水性粘合剂分散体

为了应对减少VOCs的需求，涂料配方商引入了水基系统。然而，这些涂层通常表现出有限的耐久性，不适合富含单宁酸的木材。通常，这些水性污渍是通过修改最初用于垂直表面的丙烯酸乳胶配方而产生的。虽然它们会在木材表面留下一层保护膜，但它们不会像油或密封剂那样穿透木材表面，因此不能很好地粘附在一起。为了克服这一问题，人们开发了特殊的粘附机制，但由于乳胶膜没有融入木结构，经常会观察到涂层的开裂、剥落和剥落。

氰特公司的下一代水性粘结剂分散体专为木甲板和家具设计，既耐用又易于使用，减少了所需维护的频率。此外，这些新型树脂平衡了涂层寿命与失效模式之间的需求，显示出一种积极的侵蚀模式，表明何时需要应用一层新涂层，而不是开裂和剥落，这是当前系统经常出现的情况，需要剥离甲板并重新涂多层涂层。

新型水性醇酸分散体含有渗透和填充木材基材所必需的天然油脂，以及丙烯酸和/或聚氨酯聚合物骨架，为甲板或家具的保护提供一系列必要的特性。图1显示了将醇酸与丙烯酸和/或聚氨酯化学物质结合的优点。

由于其极低的粒径(90nm)，新型改性核壳醇酸树脂很容易渗透到木材纤维中。聚合物在木材基质中氧化固化，使其成为木材结构的组成部分。这种薄膜的形成有助于克服和加强木材的尺寸不稳定的性质。

有了这些特性，由混合醇酸丙烯酸和/或聚氨酯改性树脂系统制备的新型水性醇酸分散体允许配方商和涂抹者开发和应用新的甲板着色产品:

•适用于所有类型的木材，具有统一的外观，包括那些高孔隙率;

•高度耐用，持续时间几乎是常规时间的两倍(取决于配方)，缓慢侵蚀而不是破坏性剥落，在需要时可以轻松翻新，而无需打磨或剥离所有先前的污渍;

•可以开发不同的颜色，以匹配木材的原始阴影;

•可以快速应用，允许在一个周末甚至一天内涂满整个甲板，这取决于它的大小，但也有一个足够好的开放时间，以实现一个漂亮的外观，没有重叠的痕迹;

•VOC含量低至< 50 g/L(与柚木油的400g/L相比);

•用水和肥皂即可清洁，无需溶剂，减少VOC排放，延长工具使用寿命;而且

•渗透到100微米的木材中，与木材结合。

实验

为了证明这些新型醇酸分散体的性能，制备了含有不同醇酸分散体的代表性水性染色剂并对其进行了评价。表1显示了使用的基本公式。每项研究都用不同的醇酸分散体代替。对于所有评估，决定使用一个简单的公式，以便更好地可视化新粘合剂的好处。该系统包括干燥装置、消泡剂、流平剂和防止所使用的红铁氧化铁颜料沉淀的增稠剂。对于室外测试，我们还包括了蜡乳液的混合物，通常由油漆供应商完成，但没有紫外线使用了吸收剂/稳定剂，以便能够清楚地评估粘合剂的耐久性。因此，通过选择合适的紫外线吸收剂包装，可以提高测试配方的耐久性。

对其无粘滞时间、残余粘滞、耐水点、干燥时间和打开时间等性能进行了评价。耐久性测试还在实验室中使用氙天气计进行，并在世界各地的四个不同室外地点进行，将样品配方与市售木材污渍进行比较。

在一项脱粘时间的研究中，我们发现基于新型改性核壳醇酸分散体的染色剂在各种单宁含量非常丰富的木材(包括牛脂、拉明、桦木和松树)上的脱粘时间比传统的核壳醇酸分散体减少了(图2)。这一结果表明，新开发的产品在干燥时间和打开时间之间表现出独特的平衡。值得注意的是，它们能够提高干燥时间，同时保持合理的开放时间，以便快速简便地应用，而无需担心重叠痕迹。此外，与常规核壳醇酸体系相比，新改性核壳醇酸树脂在涂第二层涂层后8小时几乎没有残留粘性，并且具有更好的耐水性。

考察了助溶剂的加入对干燥时间的影响。研究发现，配方中使用的助溶剂的种类和数量对体系的适用性有影响，也可以提高涂料对木材的渗透力，从而减少第二层涂料的干燥时间(图3)。

广泛的耐久性测试表明，新的改性核壳醇酸树脂提供了在各种条件下表现良好的染色配方。在实验室中，样品使用ASTM G155曝光条件和0.35W/m进行测试²照射时，黑色面板温度为63 +3°C，喷水循环1000小时或直至失效。薄膜的完整性和保色性是视觉上确定的，同时测量耐水性。

基准醇酸分散树脂表现出较强的深色变色，同时膜层完整性存在较强的缺陷，导致一些微裂纹和木纹攻击，一滴水浸泡1小时后，清水敏感性可以观察到这一点。涂一层后，所有污渍都消失了，涂两层后，剩余的膜层完全没有疏水性。

新树脂的变色很轻，但更重要的是，薄膜的完整性是完美的，包括保持拒水性。此外，即使在50%的曝光时间，基于新树脂的染色提供了良好的结果。

此外，基于新一代改性核壳醇酸分散体的染色配方暴露在一系列自然风化条件下(表2)。新体系确实在所有气候和所有类型的不同木材中表现出统一的优异抗腐蚀性，超过之前醇酸分散体基准耐久性50%至100%，这取决于它们是由哪种改性材料制成的。

此外，在澳大利亚Allunga，不同类型的异国木材面板涂上两层不含任何紫外线吸收剂的浅色系统后，在耐久性方面有了很大的改善(图4)。与目前的醇酸分散系统和商用水性甲板污渍相比，其保色性和耐蚀性都得到了增强。

涂有新一代树脂的面板显示出极好的均匀色度，非常有限的颜色侵蚀和没有剥落，尽管配方中没有加入紫外线防护。在全球其他地点也观察到这些非常好的结果。

在美国南部佛罗里达州暴露的面板的结果可以在图5中看到。涂有丙烯酸染色剂的面板清楚地显示出开裂和剥落(A)，而涂有醇酸分散剂的面板仅显示出适度的颜色侵蚀，对木结构没有损坏。