配制木器涂料面臨的問題是現有樹脂的多樣性及其在行業(yè)上的不同應用。找到最佳的木器涂料用單組分(1K)水性聚氨酯樹脂的關鍵是要徹底了解兩個要素:樹脂本身的性能和特定終端市場的評價標準。這兩個要素是有密切聯系的,因此為了更好地解決這種進退兩難的局面,它們必須一起考慮,不能單獨考慮。
拜耳材料科學公司的研究人員將公司的單組分(1K)水性聚氨酯技術和不同用途的重要性能進行歸類,以便配方設計師對樹脂及其在特殊用途的木器涂料方面的適用性有總體了解。本文給出了總的研究結果,以使木器涂料的樹脂篩選過程更流暢。
聚氨酯分散體(PUDs)的類型
聚氨酯分散體具有的主要成分或構建基團:聚醚、聚酯和聚碳酸酯。有時,用兩種類型的主要成分一起制備聚氨酯分散體。它可能包含每一種成分的優(yōu)點和缺點(表1)。
有一些自交聯的聚氨酯分散體。這些分散體含有引發(fā)后就能交聯的鏈段。某些類型的自交聯材料含有脂肪酸鏈段,這使它們會隨著時間的推移而氧化固化。
木器涂料市場的重要測試
在初步了解了不同類型聚氨酯分散體通常顯示的性能組合后,需要了解進行哪些重要測試來判定樹脂是否最適合不同的終端木器涂料市場。通常進行的試驗如下:
●干燥時間;
●表面硬度(擺桿硬度);
●Taber耐磨試驗來測定耐劃傷和磨耗性能(CS-10砂輪、1000轉/1000g的砝碼);
●耐化學介質(乙醇/水、丙酮、配方409和水);
●耐黑色鞋跟印痕(BHMR);
●戶外耐久性。
不含溶劑的聚氨酯分散體
在決定哪些試驗對于木器涂料市場來說非常重要后,研究人員對各種不含溶劑的聚氨酯分散體進行了這些試驗。表2是研究人員研究出的矩陣,列出了這些聚氨酯分散體如何進行上面給出的試驗。
盡管這些都是不含溶劑的聚氨酯分散體,但需要重視助溶劑,它們可幫助在室溫下成膜。其中樹脂UHXP4是一種獨特的材料,它不需要助溶劑。因此,用它配制成的產品VOC含量很低(低于50g/L),這對于某些終端市場來說這點非常吸引人。然而,需要記住的是UHXP4是一種氧化固化材料,因此需要催干劑或催化劑來促進氧化固化機理。這種催化劑通常含有一種特定金屬,如鈷,當然更新更環(huán)保的材料,如含鐵材料,也可使用。
終端用途
表2很好地概述了木器涂料生產商使用的不同聚氨酯分散體的性能。然而,需要評價的另一個重要方面是終端用途。例如耐磨損性-可能對于地板來說非常重要,但對于櫥柜可能就不是這樣??紤]到這一點,研究人員也開始考慮幾種不同應用領域的要求:地板、櫥柜、家具、室內窗戶和門以及戶外木器,以努力幫助配方設計師選擇最合適的樹脂。
木地板
研究人員進行了耐黑色鞋跟印痕(BHMR)試驗,該試驗是用來評價鞋印能否被除去,這對木地板來說是一項重要的試驗。對于這種用途,涂層耐磨損也很重要(Taber耐磨試驗)。它們也應足夠硬(擺桿硬度),因為如果涂層軟的話,灰塵會吸進去,從而導致不受歡迎的臟的印跡。基于這些與用途有關的特殊性能要求,研究人員再次參考了表2中的矩陣,得出的結論是UH3是該市場最佳的產品。
廚柜
該市場的一個重要性能是耐化學介質(染色劑)。廚柜生產商協會(KCMA)制定的該市場需要進行的主要試驗是將涂層暴露于這些介質如芥末、咖啡和醋。經過一段時間后,將介質除去來看是否會出現染色。對于廚柜來說同樣重要的是優(yōu)異的耐磨性(Taber耐磨試驗)和優(yōu)異的耐污染性(擺桿硬度)。
家具
優(yōu)異的耐污染性(擺桿硬度)、耐磨性(Taber耐磨試驗)和耐水性(水滴)是家具涂層的最重要性能。此外,優(yōu)異的耐化學介質性(染色劑)如耐鞋油、指甲油、軟飲料、其他在辦公環(huán)境經常會看到的介質也要識別出來作為重要的辦公家具涂層評判標準。
室內窗戶和門
除了優(yōu)異的耐水性和耐化學介質性,好的抗粘連時間也是室內窗戶和門用的涂層需要重要考慮的方面。
戶外木器
正如所期望的,優(yōu)異的耐候性 - 包括好的保光性、不碎裂、不粉化、不爆裂或黃變--對于戶外木器涂料市場來說是最重要的。
不同市場用途需要的最佳聚氨酯分散體
研究人員了解了與重要應用領域最相關的性能,并將其與不含溶劑的聚氨酯分散體的性能矩陣(表2)相結合而創(chuàng)造了一個圖表(表3),該圖表指出了與特定用途可能最為匹配的樹脂。研究人員強調該圖是配方設計師工作的起點,因為最佳的材料可能不是單一材料,而是一種混合材料。
添加交聯劑的作用
盡管單組分水性分散體提供了一些所要求的性能,通過添加交聯劑,耐化學介質性、附著力或其他性能可能會進一步提高。有幾種化學品可供選擇 - 聚氮雜環(huán)丙烷、聚碳化二亞胺和水可分散的多異氰酸酯。
聚氮雜環(huán)丙烷和聚碳化二亞胺提供了易分散和低黏度的性能,但對pH值很敏感,對它們來說必須分別與酸性官能團交聯。
第一代多異氰酸酯經過了親水改性,因而能提供易分散性。這種選項通常異氰酸酯含量較低,因而黏度較高。
第二代多異氰酸酯是無溶劑的和經過離子改性,是另一種享有專利的技術。該技術的一個優(yōu)點是異氰酸酯含量高(23%)且黏度非常低,使其能配制具有超低VOC的涂料。
記住這一點非常重要,這有助于確保最佳涂料配方,在選擇交聯劑時應同時考慮所用的聚氨酯分散體和最終用途。
結論
對于木器涂料有多種單組分水性聚氨酯樹脂可供選擇。找到最佳技術不僅需要對樹脂性能有徹底了解,而且也要對木器涂料最終用途有了解,例如是地板、廚柜、家具、室內窗戶和門以及戶外木器等用途。
盡管單組分水性樹脂提供了好的所要求的性能之間的平衡,通過在配方中添加交聯劑能提高水性涂料的性能,記住這一點也很重要。合適交聯劑的選擇取決于聚氨酯分散體的用途。
進行的研究和試驗能使樹脂選擇過程順利。對于配方設計師,這意味著節(jié)約了大量時間、金錢和資源。而且,它也會使選擇最佳樹脂的過程變得容易,這種最佳樹脂能使特定用途的木器涂料獲得所要求的性能。
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