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超高光水性2KPU在木器漆应用的痛点分析及解决方案
2020年07月15日    阅读量:2079    新闻来源:巴斯夫  |  投稿

水性工业涂料在中国经历了前后20多年的荒蛮生长之后,随着国家对VOC消费税的征收和落实,真正迎来了市场份额大跃进的曙光。2017年,集装箱涂料的油转水率先破局,2018年开始延伸至工程机械领域,而轨道交通领域的水性化也提上了议事日程,再加上之前多年来在家具行业和低端防腐领域的积累,工业漆水性化已成星火燎原之势。


水性双组份聚氨酯(2KPU)技术,由于其物理性能可以媲美溶剂型2KPU,且优于水性单组份自交联丙烯酸,因此被很多人视为木器涂料的终极解决方案涂料在线coatingol.com。尤其在办公家具、酒店家具、厨卫家具等高端应用领域,水性2KPU往往是面漆的首选。但是,到目前为止,水性2KPU也仅仅在半光/哑光体系获得成功应用,占有一小部分市场份额,而超高光体系的应用仍未实现大规模量产。


超高光水性2KPU的痛点分析


01、高昂的原料成本

从水性2KPU超高光清漆的成本拆解来看,熟悉配方的工程师都清楚了解,原料成本主要来源于水性固化剂。虽然用量只有约15%,但按80元/kg的单价保守估算,固化剂就花费了12元/kg,相当于单组份丙烯酸的市场报价。


另一方面,含羟基的组分(一般以羟基丙烯酸乳液为主)也占据约30%的原料成本。而为了达到超高光的丰满效果,工程师不得不采用相对昂贵的高羟乳液,尤其在采用二级分散体作为主体树脂时,水性2KPU涂料的原料成本可达到单组份丙烯酸涂料的2倍甚至更高。


02、施工适应性差

为了单方面追求高光、高丰满度,配方工程师往往按照惯性思维采用二级分散体搭配成方。但二级分散体大多含有助溶剂,而且考虑到其相对慢干的属性,再加上和固化剂反应时间比较长,硬度建立起来就会非常缓慢,所以早期耐堆叠性能差,跟不上流水线生产节拍,严重影响生产效率,容易被应用端诟病。


03、返修率高

超高光体系的水性2KPU,为了达到极致完美的外观,实际生产往往需要精准地控制应用的工艺流程(包括涂布量、待干时间和温湿度条件等)。这都间接地增加了人力成本或者设备成本。但家具行业的生产条件确实比较粗犷,技师手工操作水平也参差不齐,在缺乏必要的设备改造和标准操作流程的情况下,经常会出现厚膜起泡等漆膜缺陷(如图1-2所示),而且超高光更容易让人觉察到瑕疵,返修率自然升高。由此而引发的商务赔款和人力耗费,令涂料厂家得不偿失,使得配方工程师不敢轻易将超高光体系产业化。


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图1 » 厚膜起泡的外观


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图2 » 厚膜起泡的放大镜图片(放大50倍)


仔细总结以上痛点会发现,这或多或少都跟二级分散体的特点相关(如表1所示)。但是反过来看初级分散体,它能一定程度上弥补二级分散体的不足,如果能把光泽和丰满度做得更好,这也就有可能给我们提供解决方案。

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表1 » 初级分散体和二级分散体的比较


实验部分

巴斯夫在中国本土研发并生产的初级分散体Joncryl®  OH8770 ap,正是基于以上思路,为超高光水性2KPU配方而专门设计的产品。我们将Joncryl®  OH 8770 ap和市面常用的一款二级分散体进行对比,选择搭配双方相容性都好的原料,配制成高光清漆,依据以下测试方法来对比考察高光清漆的性能。


实验原料

Joncryl® OH 8770 ap、Hydropalat® WE 3221、FoamStar® SI 2280、Rheovis® PU 1191、Dispex Ultra PX 4575:巴斯夫新材料有限公司;对标产品:其它外资公司;二乙二醇丁醚(BDG)、DMEA、丙二醇、乙醇:国药集团化学试剂有限公司;Tioxide® R 706:Chemours公司。所有原料均为工业级。


01、测试设备

便携式光泽仪、摆杆硬度测试仪、线棒-100微米:BYK公司;铅笔硬度测试仪:现代环境有限公司。


02、涂料配制

水性清漆配制:A组份按表2乳液在600rpm搅拌状态下,依次按配方缓慢加入各原料,所有A组份原料加入完毕后,再均匀充分搅拌15分钟完毕。


水性白漆配制:按表3配方将各组分研磨分散至15微米,得白色水性白浆。制作白漆时,将表2清漆与表3白浆按质量比5:1混合均匀,获得白色水性涂料。

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表2 » Joncryl® OH 8770 ap和对标产品的测试配方


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表3 » 白色水性色浆配方


03、样品漆膜制备

涂料漆膜:采用黑白卡纸、玻璃板或PET薄膜上,参考GB/T9271-1988制备涂料漆膜试板,使用100微米线棒进行涂膜,漆膜干膜厚度25~30微米。室温养护7天后用于测试涂料漆膜的光泽、透明度、硬度、耐污渍性能。


04、性能测试

· 漆膜光泽:按GB/T9754-2007测定;

· 漆膜丰满度:按涂布率120g/m2喷涂施工4道清漆(视为2道底漆加2道面漆),目视对比评估;

· 漆膜透明度:在PET薄膜上制备漆膜,干燥后通过雾影仪测取雾影值;

· 乳液透明度:按目视法对比评估;

· 漆膜铅笔硬度:按GB/T6379-2006测定;

· 耐刮擦保光率:在Leneta卡纸上刮涂100微米湿膜,常温干燥4小时后,50℃干燥16小时,测量原始光泽(60°);负载5 0 0g砝码,砝码下面贴有3M标准砂纸(型号3M2 8 1QWETORDRY,直径3.5cm),来回摩擦20次,测量刮擦后的光泽(60°),计算保光率。保光率=刮擦后光泽/原始光泽;

· 漆膜耐化学品性能:按ISO-MAT-0066-R2测定。


实验结果与讨论


01、漆膜光泽及丰满度

从图3的测试结果可以看出,Joncryl® OH 8770 ap的光泽度表现非常优异,尤其是在20度角的光泽度能够维持在85GU以上,明显优于市场上的对标产品。而图4的漆膜外观对比可得知:虽然Joncryl® OH 8770 ap漆膜立体感没那么强,但整体来说丰满度可满足要求,完全符合初级分散体的设计预期。究其原因,主要是获益于合成乳液所用单体的种类及比例优化,但由于乳液本身的快干特性,使得漆膜的流平时间缩短,光泽和丰满度会有所牺牲。

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图3 » 超高光清漆的光泽度对比

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图4 » 超高光清漆的漆膜外观对比


02、漆膜及乳液的透明性

通过雾影仪测取的透光率以及雾影值发现,Joncryl® OH8770 ap和对标产品的干膜透性都非常接近,而乳液本身的透性却略有区别(如图5所示)。乳液的外观,可以通过控制羟丙乳液的粒径加以改善,平均粒径在80~100微米左右可以实现半透明效果。而涂料的湿膜透性,除了乳液粒径的影响之外,还会受到干燥条件、成膜情况,以及组分相容性的影响,原因相对要复杂一些。

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图5 » 羟丙乳液清透性的对比

03、物理抗性

通过表4对不同NCO/OH比例下两支2KPU配方的物理性能进行对比发现,虽然铅笔硬度没有特别明显的差异,但Joncryl® OH 8770 ap的早期摆杆硬度和耐刮擦后的保光率,比对标产品的都要高,尤其是在NCO/OH>1.2的条件下,差异会更加明显。实际应用中用相同的配方,客户端也反馈Joncryl® OH 8770 ap的耐堆叠性能确实比对标产品要好。这主要得益于羟丙乳液的玻璃化温度提升,有助于乳液自身变得更加快干,有效迅速地建立漆膜硬度,并提升漆膜的耐堆叠性。

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表4 » Joncryl® OH 8770 ap和对标产品在不同NCO/OH比例下的物理性能对比


04、化学抗性

测试干膜的化学抗性发现,Joncryl® OH 8770 ap与对标产品在高光清漆的差异不大,这是因为配方中的主体树脂用量大,确保化学抗性的实现。而在色漆的耐污性测试中,我们选择了黄芥末作为测试介质,测试后发现Joncryl® OH 8770 ap的残留痕迹明显要浅很多(如图6所示)。这可能是因为,Joncryl® OH 8770 ap除了使用羟基和异氰酸酯固化剂交联之外,还引入了自交联基团,使得性能有所提升。

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图6 » 色漆耐黄芥末的对比


从以上应用测试结果可知,Joncryl® OH 8770 ap除了丰满度稍有差距之外,其他性能均表现优异(如图7所示)。而在实际应用当中,水性2KPU配方可用Joncryl® OH 8770 ap混拼慢干的二级分散体进行性能调整,就像传统的溶剂型2KPU涂料一样,透过多支树脂搭配多支固化剂,实现性能的优势互补。但请注意,必须要筛选混拼树脂的相容性。

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图7 » Joncryl®  OH 8770 ap和对标产品的主要性能对比



结语

工业涂料的水性化已是大趋势,乘着“蓝天保卫战”的东风,水性工业涂料必然会得到长足地发展,而溶剂型木器涂料在中国的市场份额也会逐步被UV涂料和水性2KPU涂料所取代。本文介绍的Joncryl® OH 8770 ap,拥有快速干燥、硬度发展快、耐堆叠好的特点,是一款超高光高丰满度2KPU涂料的突破性产品,同时其固化剂需求量低,可以有效降低暗泡的风险,更适合生产线上使用,同时还拥有优异的耐化学品性能,各位配方工程师不妨一试。



标签:家装家具涂料涂装应用技术中心水性木器漆
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