張興橋 （上海緣禾化工有限公司 ，上海 201210）

0 引言

在當前環(huán)保要求如此嚴峻的形勢之下，發(fā)展綠色、環(huán)保、高效的水性涂料已成為涂料行業(yè)發(fā)展的主要方向之一，木器涂料行業(yè)的發(fā)展亦然。尤其是將水性木器漆應用于翻新重涂領(lǐng)域，如：居家環(huán)境、賓館、酒店、店鋪等需快速涂裝并即刻投入使用的場所備受青睞。基于翻新涂裝中的各種應用面的涂刷與最終使用對漆膜性能的要求，很難以一款水性木器漆滿足各類裝飾家具，如：地板、餐桌、臥房家具、護墻板等的使用要求。特別是水性木器漆漆膜的實干時間較長，使其快速投入使用的高效性大打折扣。

紫外光固化水性涂料結(jié)合了水性涂料和光固化涂料的優(yōu)點，近年來得到迅速發(fā)展。它不僅有利于環(huán)境保護，而且具有固化速度快的特點，縮短施工周期，提高涂裝效率，符合當今資本市場快速運作的需求。但對于具有多個面且結(jié)構(gòu)復雜的涂裝工件表面的輻射固化，因受限于光的直線傳播特性，即便使用便攜式光源恐怕也很難達到其要求。因此設計一種既能紫外光固化又能單獨交聯(lián)反應固化的雙重固化的水性木器清漆顯得尤為重要，可以作為單一紫外光固化涂料因曝光不足而導致漆膜性能降低的弊端的補充和控制。

1 試驗部分

1.1 原材料

成膜物質(zhì)：不飽和丙烯酸聚氨酯乳液、自交聯(lián)型丙烯酸乳液、氮丙啶固化劑；成膜助劑：二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚；其他助劑：潤濕劑、消泡劑、殺菌劑、消光粉、蠟漿等。

1.2 儀器設備

砂磨分散多用機、電子秤、噴槍、鉛筆硬度計、百格刀、光澤儀。

1.3 樣板制備

按表1配方制備涂料后制板。樣板制備條件：舊涂層用320#砂紙打磨→將涂料施工黏度調(diào)節(jié)至25～35 s（涂-4#杯，25 ℃）→噴涂施工，涂布量為90～100 g/m2→常溫流平2～3 min→干燥：（50±2）℃，15 min→紫外光固化：能量為300 mJ/m2，照射時間3～5 s。

表1 雙重固化清漆配方實例Table 1 An example of dual curing varnish formulation

2 結(jié)果與討論

2.1 水性UV樹脂的篩選

本研究首先對自行研發(fā)合成的5支不飽和丙烯酸乳液設計基礎配方并進行基本性能評估測試。測試項目包括：漆膜的機械性能、耐化學品性、干燥時間、表干狀態(tài)等。同時在各類舊涂層，如溶劑型雙組分聚氨酯、硝基漆、水性涂層、UV涂層上的附著力也是本次基礎評估測試的關(guān)注重點。

測試樣板1制備條件：舊涂層用320#砂紙打磨→將施工黏度調(diào)節(jié)至25～35 s（涂-4#杯/25 ℃）→噴涂施工，涂布量為90～100 g/m2，干燥條件：室溫，7 d。

測試樣板2制備條件：舊涂層用320#砂紙打磨→將施工黏度調(diào)節(jié)至25～35 s（涂-4#杯/25 ℃）→噴涂施工，涂布量為90～100 g/m2→常溫流平2～3 min→干燥：（50±2）℃，15 min→紫外光固化：能量為300 mJ/m2，照射時間3～5 s。

水性UV丙烯酸乳液基本性能評估測試結(jié)果如表2所示。由表2可見，4#乳液在室溫干燥條件下漆膜基礎性能相對于其他乳液良好，且紫外光照射固化條件下仍表現(xiàn)出良好的漆膜綜合性能，但漆膜的柔韌性及附著力還有待進一步提升，后期自交聯(lián)固化乳液混拼篩選時，需考慮混拼乳液對其性能的影響。

表2 水性UV丙烯酸乳液基本性能評估測試結(jié)果Table 2 The basic performance evaluation test results of aqueous UV acrylic emulsion

2.2 混拼自交聯(lián)乳液的篩選與評價

自交聯(lián)乳液的干燥速度、漆膜的耐化學品性、機械性能、早期耐水性、漆膜外觀以及與UV乳液的相容性等性能，都是其與水性UV乳液混拼篩選的考量要素。本研究選用了市售的A、B、C、D、E 5支乳液，分別與4#水性UV丙烯酸乳液按照質(zhì)量比1∶1進行混拼，氮丙啶交聯(lián)劑的用量為配方總量的1%，分別對UV固化、室溫自干交聯(lián)固化及UV固化+自交聯(lián)固化3個條件下的漆膜性能進行測試，所有測試均基于混拼乳液熱貯存穩(wěn)定性良好的前提下，測試結(jié)果見表3。

由表3可見，自交聯(lián)乳液C與4#水性UV乳液混拼后，漆膜具有良好的耐化學品性及機械性能。在3種固化條件下，雙重固化因素對漆膜性能的促進作用均大于單一固化因素；單一因素條件下漆膜的性能主要受紫外光固化影響，交聯(lián)固化其次，即漆膜性能的影響因素為：雙重固化＞紫外光固化＞交聯(lián)固化。同時不管漆膜以何種方式交聯(lián)固化，最終的漆膜均能滿足使用的基本性能要求。后續(xù)將針對其不同的應用領(lǐng)域進行完整的漆膜全性能評估測試。

表3 混拼乳液漆膜基本性能測試結(jié)果Table 3 The basic performance test results of the mixed emulsion film

2.3 交聯(lián)劑——氮丙啶的用量確定

氮丙啶交聯(lián)劑分子中含有2個或2個以上的氮丙啶三元環(huán)，可與羧基—COOH、氨基等發(fā)生交聯(lián)反應，其反應過程如下：

氮丙啶交聯(lián)劑使用于水性涂料配方中具有以下優(yōu)點：（1）提高漆膜的耐化學品性；（2）少量的添加對涂料配方成本影響較小；（3）施工調(diào)漆時交聯(lián)劑的加入不會影響涂料的流變特性；（4）不影響漆膜的表干性能，可避免因黏連的漆膜長期暴露在環(huán)境中附著塵埃與顆粒雜質(zhì)，影響漆膜的表觀效果。

本研究采用單一的自交聯(lián)乳液C設計基礎漆配方，采用市售的氮丙啶產(chǎn)品CX-100為交聯(lián)劑，考察氮丙啶的用量對漆膜機械性能的影響，試驗結(jié)果見表4。表4結(jié)果表明：氮丙啶用量從0.2%增加到1.0%時，漆膜的機械性能隨之增強，當其用量為2.0%時，漆膜的機械性能上升顯著；氮丙啶用量增加至2.5%時，漆膜的機械性能反而出現(xiàn)明顯下降；而后隨其用量增加至3%時，漆膜的機械性能又逐漸回升，綜合考慮，氮丙啶用量以2.0%為宜。

表4 氮丙啶用量對漆膜機械性能的影響Table 4 The effect of aziridine content on the film mechanical behavior

2.4 光引發(fā)劑的篩選

光引發(fā)劑是光固化涂料的關(guān)鍵組分，它是一種能吸收輻射能，經(jīng)激光發(fā)生化學變化，產(chǎn)生具有引發(fā)聚合能力的活性中間體（自由基或陽離子）的物質(zhì)。在光固化涂料中，光引發(fā)劑的添加比例一般占整個涂料配方的3%～10%（質(zhì)量比）。大部分光固化體系以自由基聚合為主。

本研究在篩選光引發(fā)劑的過程中，采用單一的水性UV丙烯酸乳液制備基礎漆進行試驗，因考慮最終主要應用于家裝翻新重涂，故將漆膜厚度、曝光距離、曝光時間作為3個關(guān)鍵的影響因素，以它們?yōu)樽兞靠疾炱崮さ哪痛夹浴⒏街?、耐沖擊性、彎曲性、鉛筆硬度和耐黃變性，對4種不同的光引發(fā)劑進行了正交試驗，試驗結(jié)果如表5所示。

針對此次正交試驗，進一步對耐醇性、耐沖擊性、彎曲性做了直觀數(shù)據(jù)分析，結(jié)果如表6～8所示。

表5 光引發(fā)劑的篩選試驗Table 5 Photoinitiator screening test

表6 漆膜耐醇性直觀數(shù)據(jù)分析Table 6 Alcohol resistance of film visual data analysis

表7 漆膜耐沖擊性直觀數(shù)據(jù)分析Table 7 Film impact resistance visual data analysis

表8 漆膜彎曲性直觀數(shù)據(jù)分析Table 8 Film bending properties visual data analysis

表6～8表明：影響漆膜耐醇性的主要因素依次為：曝光距離＞漆膜厚度=曝光時間＞光引發(fā)劑；其中優(yōu)化因素為：引發(fā)劑，TPO-L；漆膜厚度，300 μm；曝光時間，2 s；曝光距離，5 cm。影響漆膜耐沖擊性的主要因素依次為：曝光距離＞漆膜厚度=曝光時間＞光引發(fā)劑；優(yōu)化因素為：光引發(fā)劑，BP；漆膜厚度，200 μm；曝光距離，10 cm；曝光時間，2 s。各因素對漆膜彎曲性無明顯影響；優(yōu)化因素為：光引發(fā)劑，BP；漆膜厚度，200 μm；曝光距離，15 cm；曝光時間，4 s。試驗結(jié)果表明，TPO-L是基于正交試驗篩選下的最佳因素，故我們在配方中選用TPO-L作為光引發(fā)劑。

2.5 性能指標

按表1配方制備的雙重固化清漆漆膜的性能檢測結(jié)果見表9。

表9 雙重固化清漆漆膜的性能測試結(jié)果Table 9 The performance test results of the film withUV-curing and crosslinking curing

由表9可見，水性UV清漆涂布在經(jīng)打磨處理后的舊涂層基材（硝基底漆、溶劑型2KPU底漆、溶劑型UV底漆、水性單組分底漆、水性UV底漆）上經(jīng)表干UV固化后，黏附力較強、各項物理機械性能較好、耐污性優(yōu)異。另外，該雙重固化漆膜在室溫環(huán)境中自干也能夠交聯(lián)固化，其固化后的漆膜性能也能滿足家庭裝飾漆使用國標的基本性能要求，即該產(chǎn)品在用于翻新重涂領(lǐng)域施工中，針對結(jié)構(gòu)復雜不易紫外光輻射固化的表面經(jīng)交聯(lián)固化后漆膜性能同樣能滿足GB/T 23999—2009中C類涂料的標準要求；針對地板平面的翻新，經(jīng)紫外光輻射固化的漆膜性能可滿足GB/T 23999—2009中A類涂料的標準要求。

采用美國櫥柜生產(chǎn)協(xié)會（KCMA）的測試標準對紫外光固化漆膜進行了耐沾污性測試，測試結(jié)果如表10所示。采用了平面朝上測試，而標準中是模擬櫥柜門板直立測試，故測試過程嚴于標準，具體過程如下：在待測漆膜表面上放上以下測試物質(zhì)3 mL：紅酒、醋、桔子汁、葡萄汁、蕃茄醬、咖啡、橄欖油、純酒精、50%酒精和純水，測試24 h，芥末測試1 h。保持測試物質(zhì)到規(guī)定時間，然后用水沖洗樣板并用干凈抹布擦干。按照測試標準，漆膜不應有顯著的變色、斑點、發(fā)白，且通過普通拋光后不能擴散開。KCMA耐沾污測試結(jié)果見表10。由表10可見，雙重固化清漆通過了KCMA的測試要求和木地板標準要求。

表10 KCMA耐沾污性測試結(jié)果Table 10 KCMA stain test results

3 結(jié)語

本研究分別從不飽和乳液、自交聯(lián)乳液、氮丙啶交聯(lián)劑用量以及光引發(fā)劑的篩選等方面論述了可參與紫外光固化和自交聯(lián)固化的雙重固化水性清漆的研發(fā)過程，通過設計基礎漆配方制備漆膜，以及對漆膜基本性能的對比測試，最終確定了可雙重固化水性木器清漆的配方。以4#不飽和水性乳液和自交聯(lián)丙烯酸乳液C為基礎的樹脂體系，采用市售常規(guī)的CX-100氮丙啶作為交聯(lián)劑，通過漆膜機械性能表征確定其在配方中的最佳添加量為自交聯(lián)乳液的2.0%。通過正交試驗考察了光引發(fā)劑、漆膜厚度、曝光距離、曝光時間對漆膜耐醇性、耐沖擊性、彎曲性、鉛筆硬度等性能的影響，結(jié)果表明：不同因素對漆膜性能的影響程度不同，如漆膜的耐醇性主要受曝光距離影響，而漆膜的耐沖擊性主要受漆膜厚度影響。通過對漆膜的性能測試發(fā)現(xiàn)：單一的紫外光固化后的漆膜的物理機械性能和耐化學品性能已能滿足大部分木制品表面應用的需求。氮丙啶固化劑的交聯(lián)固化只是對未輻射固化漆膜的性能的提升與補充，用來解決復雜結(jié)構(gòu)家具表面的翻新涂裝問題。

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Abstract：The preparation process of waterborne wood varnis h that can s imultaneously participate in UV curing and crosslink curing of acrylate-aziridine was introduced. The comprehensive design of the formula was carried out from the key raw material type，main emulsion proportion，UV curing conditions，curing agent addition amount，physical drying conditions and other factors. The comprehensive performance of film was characterized from the aspects of mechanical properties，chemical resistance，old coating adhesion and so on under single curing/dual curing conditions. Furthermore，in the practical application of the UV curable waterborne wood coatings，to solve that due to the abnormal structure led to the coating surface ultraviolet radiation does not fully influence the film performance and other disadvantages.

Key Words：waterborne wood coatings；crosslinking agent；dual curing

“2018涂料行業(yè)榮格技術(shù)創(chuàng)新獎”評選圓滿落幕

5月16日，備受業(yè)界關(guān)注的“2018涂料行業(yè)榮格技術(shù)創(chuàng)新獎”評選結(jié)果在上海寶華萬豪酒店正式揭曉。經(jīng)過來自涂料行業(yè)專家組成的資深評委團的獨立評審決議，并參考報名產(chǎn)品的在線投票結(jié)果（微信和網(wǎng)絡），最終將本年度技術(shù)創(chuàng)新大獎授予26家國內(nèi)外知名企業(yè)，其中，阿克蘇諾貝爾“Bord”團隊憑借其研發(fā)的“Interpon超耐久型3D高閃粉末涂料”奪得“年度創(chuàng)新團隊”獎。

作為一個評選創(chuàng)新技術(shù)的獎項，榮格技術(shù)創(chuàng)新獎本身也在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新中?！?018涂料行業(yè)榮格技術(shù)創(chuàng)新獎”有3大亮點：第一，今年的涂料創(chuàng)新獎全新設置了“環(huán)境友好涂料”這一類別，該類別旨在鼓勵涂料行業(yè)在開發(fā)涂料產(chǎn)品的創(chuàng)新過程中，除了關(guān)注涂料產(chǎn)品本身的性能指標以外，還需花更多的精力在產(chǎn)品對環(huán)境發(fā)展的積極影響方面；第二，在評選方式上更為開放，除了采納專家評審團的意見，更多地參考了來自微信和網(wǎng)站的投票，這一環(huán)節(jié)得到了超過5 000名用戶的關(guān)注；第三，客戶在提交資料時更加注重第三方證明材料，除了產(chǎn)品基本性能及創(chuàng)新點的描述外，還需提供專利證明及實驗數(shù)據(jù)，這也是評委團判斷產(chǎn)品創(chuàng)新與否最重要的標準。

今年是榮格進入中國20周年，總裁馬國熙先生現(xiàn)場為與榮格合作20周年的客戶頒發(fā)了“20年忠城合作伙伴”獎杯，感謝他們一直以來的支持。