袁 哲，金 琳，卢金侨，刘树华
(科莱恩涂料(上海)有限公司，上海 200335)
0 前 言
由于近年环保政策的要求和市场趋势的发展，下游客户对各涂料生产企业的产品在环保方面提出了各种苛刻的要求，导致原来生产传统溶剂型涂料的客户纷纷转型发展环境友好型涂料，如：水性涂料、UV涂料和粉末涂料。由于粉末涂料在非金属基材上使用受限，其发展也遇到了瓶颈，所以在木器领域，水性涂料和UV涂料发展非常迅速，各大木器涂料公司在水性涂料和UV涂料的开发和推广方面投入了大量的人力和物力。目前常见的为水性底漆加水性面漆，或者UV底漆加水性面漆的配套和施工工艺，并逐渐发展为市场主流。
随着水性涂料和UV涂料在木器领域的不断发展，色彩也更加丰富多彩，由于染料的耐性不佳，染料正在逐渐被耐性更好的颜料制备物所替代。为顺应水性木器涂料的发展趋势和下游产业对木器着色剂应用的特点，科莱恩开发了一款适用于水性木器和水性UV体系的高性能超透色浆Hostafine。本文主要通过讨论超透色浆的产品设计，以及其在水性木器涂料中的着色方案，通过其在水性木器涂料中与常用渗透稀释剂相容性以及应用于水性UV固化与膜厚的研究，旨在了解超透色浆在水性木器擦色领域及UV固化领域应用更环境友好和耐性更好的颜料制备物以替代传统染料和色精，顺应国家环保要求和市场日益严苛的应用需求。
1 实验部分
1.1 实验原材料及水性超透色浆底擦色参考配方
水性木器涂料清漆着色涂装用水性超透色浆底擦色参考配方见表1。
1.2 超透色浆在水性UV木器涂料应用的参考配方
为了验证超透色浆在水性UV涂料中的适用性，特进行了验证性实验研究，其参考配方见表2，具体仪器设备见表3。
1.3 性能测试
1.3.1 超透色浆耐醇性测试
在GB/T 23999—2009中规定了用于室内木制基材表面装饰与保护的水性木器涂料的试验方法和检验方法，适用于聚氨酯、丙烯酸酯类、丙烯酸–聚氨酯类以及其他类型的常温干燥型单组分或双组分水性木器涂料。对于涂膜的耐醇性，试液为50%的乙醇溶液，试验时间为1 h，试验后放置1 h后观察。当然此方法是针对最终木器涂膜的测试性能，而对于色浆的耐醇性，则是要测试其擦色工艺添加醇类用来稀释情况，如果出现返粗、絮凝、增稠等严重状态变化，则表明色浆不能用该醇类稀释。
测试方法：首先用乳液和去离子水将超透色浆配制成2%～5%的溶液，然后分别与醇类溶剂丙二醇甲醚、乙醇按1︰1比例混合均匀，贮存两周后测试沉降和稳定性能。所用木器着色剂配方见表4。
1.3.2 超透色浆在水性UV木器涂料中的适用性测试
HG/T 3655—2012《紫外光(UV)固化木器涂料》，其中对于地板用面漆、家具等木器面漆等有相关固化性能和硬度及划格试验(间距2 mm)的测试，由于不同颜料在紫外波段和可见光波段有一定的吸收、反射或透射，所以在商定的固化条件下，涂膜按照GB/T 1728实干中甲法的规定，涂膜如果干燥，则固化性能通过。超透色浆在水性UV涂料中的适用性验证实验中，将超透色浆Hostafine按不同比例加入到水性UV涂料中，然后测试其固化行为，再通过硬度表征。
2 结果与讨论
2.1 粒径分布对透明性影响
有机颜料的粒径大小是影响其透明性的重要因素，欲使应用介质呈现非透明性，除了要求分散介质与颜料粒子之间的折射指数有明显差之外，还与颜料粒子对光线的散射作用有关。粒径大小与透明性关系如图1所示。
由图1可见，当颜料粒径大小为光线波长的一半，即颜料颗粒直径为0.2～0.5 μm时，对光的散射能力最强，可导致遮盖力高的非透明性；而当颜料分散体的平均粒径小于此数值时，如粒径为0.015～0.10 μm，则呈透明性，颜料的着色力也越高。
颜料的颗粒状态粒径大小不仅影响到着色强度、透明度、色光、耐气候牢度、耐溶剂性能，而且也对着色涂层膜的光泽度有一定的影响，当然也与应用介质的成膜光泽度有重要的关系。当颜料粒子呈球状，且粒径在0.01～1 μm范围，将可形成更为光滑的表面涂膜。
超透色浆选择优质超透颜料粉，经过特殊研磨工艺，制备出高透色浆，其分布曲线如图2所示，其透明性效果在PP膜展示如图3所示。
由图2可知，这3种色浆的粒径分布宽度不同，其中Hostafine Black T30 GP-CN的粒径分布宽度最窄。粒径分布宽度越窄，对应颜色的色光越鲜艳，色力越高。同时，由于Hostafine Black T30 GP-CN的颜料粒径大量集中在0.015～0.10 μm，因而呈现出很高的透明性。而粒径分布较宽的Colanyl Black PR 130则由于存在较多更大粒径的颜料粒子，因而整体呈现出遮盖性。图3则是超透色浆的涂膜在黑白卡纸上的表现，超透色浆因其超细粒径尺寸及很窄的粒径宽度，其对光的透过性优异，因此能清晰地展示出底材的黑白对比，并且涂膜平滑、光泽影响小。
2.2 超透色浆醇类适用性研究
因木器涂料涉及到酒精擦色问题，所以同时对超透色浆的耐醇性能进行了研究。根据1.3.1测试方法，按表4配制超透木器着色剂，然后分别与两种醇类溶剂丙二醇甲醚和甲醇按1︰1比例混匀，贮存两周后结果见表5。
由表5测试结果显示，Hostafine色浆与丙二醇甲醚和乙醇混合后，经过2周贮存，除了Hostafine YellowHR 30-CN与Hostafine Magenta E 31两款色浆在乙醇中1周无变化；其他Hostafine色浆对这两类稀释剂的适用性能良好，贮存2周均无变化。对于甲醇的表现，则情况很不一样，Hostafine Yellow HR 30-CN与Hostafine Magenta E 31以及Hostafine Yellow GR30-CN的甲醇耐受性均较好，而其他Hostafine则均发生改变而不适用。目前一般木器涂料主要应用乙醇作为稀释剂，通过上述试验，Hostafine使用合理的稀释工艺，可以达到良好的混合性；对于甲醇，不推荐用其稀释Hostafine。
2.3 超透色浆在水性UV木器涂料中的适用性研究
紫外光固化涂料主要依靠吸收紫外光，激发光引发剂形成自由基，从而引发自由基聚合，形成涂膜，但是颜料本身会吸收不同波段的入射光，色号不同，不同波段吸收强度不同，所以有些色号的颜料本身存在与UV涂料固化时对紫外光吸收的竞争行为，在某些情况下会干扰UV涂料的成膜反应，即固化行为。针对水性UV涂料色漆固化，如果实际过程中遇到固化问题，应考虑光源、引发剂、色浆用量、涂膜厚度等因素，综合考量和调整，从而达到最佳固化效果。
为了进一步验证超透色浆在水性UV涂料中的适用性，按表2配制水性UV木器涂料，将其按不同比例加入到水性UV涂料中，然后测试其固化行为，通过硬度表征。不同颜料含量时涂膜固化情况，实验结果见表6。
注：固化条件：湿膜厚度30 μm，5 m/min，Hg灯，160 W/cm
UV固化体系的关键部分吸收辐射能，引发单体、低聚物的不饱和双键聚合交联固化。看似简单，然而实际上操作时如选择的光源不合适，与反应物质不起作用；溶剂不合适，或者某些物质将大部分可用的光都吸收了等，均可造成固化困难。颜料在UV波段也吸收辐射能，测试超透色浆添加量逐渐加大，则固化难度逐渐变大，主要是在较低添加量时，颜料吸收的能量较少，涂膜有充分的能量固化，而随着浓度加大，即颜料的量变大，逐渐固化困难，其原因主要是颜料的窗口效应减弱，吸收了辐射能，导致涂膜固化所需要的辐射能不足进而影响固化。从表5实验结果显示，超透色浆在水性UV涂料使用时，干膜颜料含量可以高达7%而不影响固化性能和涂膜硬度，表现出良好的实用性和适用性，为水性色漆的UV固化提供了一个新的着色选择。
3 超透色浆在木器涂装中的应用
木器涂料的色彩调配是一项比较复杂的工作，特别是在木器的透明涂装中，需要通过对木材进行底着色或面修色来表现木材原有的木纹，增加美感和层次感，使家具增加艺术和文化的附加值。目前，水性木器涂料已由清漆和白色涂装发展到清漆着色涂装。由于水性木器涂料固含量一般都较低等原因，且涂膜薄，能凸现出木纹纹理，涂装效果自然而不失环保，因此非常流行。
着色过程按以下顺序进行：
首先将实木或贴面板有缺陷的地方用水性腻子填平，然后用240目砂纸沿木纹方向研磨平整，然后将底材半封闭处理，将木纹封闭约1/5～1/3部位，这样在板材着色时，着色剂不易浸入木材的木质部分，从而避免了发花现象的产生，采用酸性封底的主要目的是防止碱性对木筋进行溶胀，产生表面不平的效果，影响木纹的美观。
然后按表1配制出水性超透色浆底擦色，使用超透色浆进行底着色，然后复涂透明底漆，之后使用色精进行面修色，即在面漆中加入少量的色精，一般不大于2%，对底材着色不均匀部分进行修色。采用喷涂方式，根据颜色深浅，可进行不同厚度的喷涂，达到色彩均匀的目的。在修色完成后，进行面漆的施工。一般施工两道面漆即可，但是层与层之间需要打磨平整。着色完成后的板材，需要轻轻地打磨，不可将着色部分打穿。施工面漆时，建议采用800目或1 000目砂纸打磨。此工艺着色色彩鲜艳，木纹清晰美观，有较强立体感，效果样板图如图4所示。
4 结 语
本文主要介绍和探讨了超透色浆的制备及影响因素，以及粒径分布对透明性能的影响，同时探讨了水性超透色浆在木器涂料中的应用，部分涉及到对醇类溶剂的耐受性研究，以及超透色浆在水性UV涂料中的应用。
试验可以看出，超透色浆是一款符合可持续发展的环境友好型产品，依据水性木器涂料体系设计，适用于水性木器涂料和水性UV木器涂料着色，以色浆形式供应，使用方便，耐久性良好。并因其超透性能，是透明木器着色剂的良好选择。以其超细度分散、高着色强度和颜色饱和度、优异的颜料润湿分散性能，且不使用任何含APEO的添加剂，完全符合宜家技术规范IKEA:IOS-MAT-0066,V.11.，主要应用于木器着色，如家具、地板、细木和玩具等。
总之，水性木器涂料因其无污染、高性能、环境友好等突出优点，具有很强的生命力和无限的市场发展空间。目前，水性底漆加水性面漆，以及UV底漆加水性面漆的配套应用已深入到木器涂装的各个领域，并将积极推动涂料工业的绿色化和环境友好化，在装饰和美化城市生活以及保护人类的生存的环境方面发挥越来越大的作用。
文章发表于《中国涂料》2019年7月第34卷第7期
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