0 引言
我国是全球玩具制造大国,约70%的玩具市场销售量由中国提供,其中木制玩具的生产主要集中在浙江及广东地区。以往的木制玩具涂料主要以传统的溶剂型硝基漆为主,但随着全球环保意识的增强及不断严苛的玩具无毒化检测标准的出台,如欧盟EN71-Part3 玩具安全标准和美国ASTM F963玩具安全标准,越来越多的玩具生产厂商开始使用水性玩具漆,且厂商对水性玩具漆提出的具体性能要求也越来越高。由于玩具的出口运输大部分是集装箱式海上运输,玩具塑封后直接叠加码放,并且海上运输为高温环境,因此对水性木制玩具漆的高温抗回黏性提出了更高要求。本文探讨了如何通过选择合适的树脂、助剂等制备高抗回黏性水性木制玩具漆及各种助剂的添加对漆膜抗回黏性的影响。
1 实验部分
1.1 主体成膜物的选择
选用丙烯酸乳液体系作为水性木制玩具漆的主体成膜物质。热塑性丙烯酸树脂本身具有高温易回黏的缺点,因此为了得到高温抗回黏木制玩具漆,理论上我们应该选择玻璃化温度较高的乳液。但玻璃化温度高的乳液往往成膜性差,需要较多的助溶剂降低其低成膜温度,且施工环境较为苛刻,不适宜工厂复杂的施工环境。在此情况下可适当选择玻璃化温度稍低的自交联型丙烯酸乳液和核壳结构的丙烯酸乳液来提高漆膜的抗回黏性,或两者与玻璃化温度较高的硬乳液复配来提高漆膜的抗回黏性。根据要求,考察了市场上比较有特点的几种丙烯酸乳液产品,其性能比较见表1。
根据表1 综合性能比较,初选BASF 公司的J1915(核壳结构乳液)和欧宝迪公司的AC2514(自交联乳液),复配用硬乳液选用DSM 公司的A639。
1.2 助剂的选择
1.2.1 成膜助剂的选择
为制备高抗回黏性水性木制玩具漆,本文选择了玻璃化温度Tg 较高的乳液为主体成膜物质。但高Tg 乳液的MFFT(低成膜温度)也较高,较低温度下难以成膜。为了降低高Tg 乳液的MFFT,我们需要加入临时增塑剂即所谓的成膜助剂,它可以使聚合物颗粒软化,使之在低于Tg 的温度下成膜,而成膜后成膜助剂又会从涂料中挥发掉,不会影响漆膜的硬度等性能。各类成膜助剂的特点见表2。
由表2 可见:酯酮类成膜助剂具有较好的增塑效果且大多沸点较高,易长时间留在漆膜中,挥发慢,只能较少量使用。醇醚类成膜助剂增塑效果好,沸点较酯酮类成膜助剂低,能较快挥发。我们选用酯酮类助溶剂醇酯十二(Texnol)与醇醚类助溶剂丙二醇丁醚(PnB)、二丙二醇甲醚(DPM)、二丙二醇丁醚(DPnB)搭配使用。
1.2.2 底材润湿剂的选择
各种基材的表面张力见表3。由表3 可见:各种木材的表面张力均低于水,因此必须对水性涂料的表面张力进行调整,否则涂料就无法均匀、完整地涂覆于木材表面。目前市场上比较成熟的基材润湿剂主要分为有机硅类、碳氢化合物类及氟碳化合物类。氟碳化合物类润湿剂在降低表面张力方面具有极大优势,由于全氟烷基官能团之间的结合力比较低,因而表面张力也相应较低,但其在水性体系中稳泡严重。有机硅类润湿剂在降低静态表面张力的能力方面比碳氢化合物类润湿剂强,比氟碳类润湿剂弱,但其对于难于润湿的和被污染的基材几乎是通用的,在多孔基材,如木材上,它们能大大改善涂料对木孔的润湿性,在一系列特性,如相容性、低泡和防缩孔方面效果良好。所以本文选择有机硅类润湿剂。市场上比较常用的几种有机硅类润湿剂的性能比较见表4。
表4 基材润湿剂的性能比较
通过比较,决定选用毕克公司的BYK-345 作为基材润湿流平剂。
1.2.3 消泡剂的选择
消泡对涂料的生产、施工过程,以及开罐效果都十分重要。为了消除气泡的影响,选择合适的消泡剂至关重要。消泡剂的选用上应考虑良好的消泡效果及与体系的相容性,要求透明度好、副作用小、使用方便、容易控制,可在生产及实验的任何阶段加入而不会出现剪切力不足引起的漆膜弊病,且涂料产品长时间贮存消泡剂效率亦不会降低。目前水性木器涂料用消泡剂主要有矿物油类、有机硅类、无硅消泡剂3 种类型。矿物油类消泡剂由于对生理和生态的危害及在水性体系中相容性较差而限制了其应用。无硅消泡剂的通用性低及价格较高等因素也限制了其应用。本文选择通用性较广的有机硅类消泡剂。常用有机硅类消泡剂与所选树脂的匹配性比较见表5。
通过比较,决定选用毕克公司的BYK-024 作为该体系的消泡剂。
1.2.4 增稠剂的选择