一種具有較高耐化學性的新型單組分涂料

Dow Coating Materials，Jerome Caron，Guy Clamen，Thom Hermens

水性單組分丙烯酸家具面漆的性能得到不斷的改善。目前的產品具有快干性和抗粘連性，但耐溶劑性和抗沾污性有限。 一種水性自交聯丙烯酸聚合物可提高清漆 的各種耐性，經過改性后，還可提高彩色 面漆的性能。

近年來，水性單組分丙烯酸體系由于 使用方便且成本較低，越來越受到 家具涂料涂裝工的青睞。關鍵原因在于水 性丙烯酸體系的性能得到了提高，特別是 硬度增強以及早期抗粘連性。

一個需要進一步改善的性能是耐化學 性，特別是耐溶劑性和抗沾污性。長期以 來，這只能通過雙組分或UV交聯體系才能 實現。

現在，用一種新型單組分樹脂精心 設計的涂料配方，能使涂層對酒精和咖啡 具有良好的耐化學性，還可以在色漆中使 用。即使用在工業涂裝線，也能兼具良好 的硬度增強和早期抗粘連性。

新樹脂與市售產品進行對比測試

測試的所有聚合物都是特別推薦用 于工業家具涂裝的高性能單組分水性丙烯 酸對比基料。分別使用新型樹脂和市售對 比樹脂和相同的其他原材料并用同一配方 設計配方。所有配方均使用推薦的成膜助 劑，確保充分聚結成膜，成膜溫度可達到 5 °C。

丙二醇正丁醚／二丙二醇正丁醚（1／ 1）混合溶劑用于所有內部基料和，R1市 售丙烯酸樹脂對比樣。根據產品說明書推 薦，丙二醇正丁醚／二丙二醇甲醚（1／ 1）混合溶劑用于對比樣R2。

耐化學性和抗粘連性檢測程序

根據EN 12720標準規定的內部程序進 行耐化學性測試，采用1（較差）～5（極 好）進行評級。通過刮涂或空氣輔助噴涂 的方式制備測試板，直接在云杉木板上連 續涂裝2道，濕膜厚度約200 μm（總干膜 厚度為70～80 μm）。測試前，測試板在 23 °C ／50%的相對濕度下干燥2 w。

采用堆疊性試驗，測定一定壓力下堆 疊碼放時，相互接觸的涂層表面的粘連程 度。在鋁板上刮涂厚度為150 μm的濕膜， 室溫干燥30 s，然后放置在40 °C烘箱中干 燥6 min。

干燥結束后，從烘箱中取出測試板， 室溫下放置30 s后，將測試板層疊在一起 （面對面平放），并在上面放置200 g/cm2 的重物，過夜。手動分開測試板，評估粘 連程度。表1所示的評級表是根據分開兩塊 測試板所需要的力以及表面損壞情況而確 定的。

交聯及提高耐機械性和耐化學性的其他方式

傳統上，可通過各類交聯機制（包括無 機或有機）來增強基料的耐機械性和耐化 學性。

傳統交聯機制只能有限度地提高耐化 學性，且在聚合物乳液的長期穩定性、涂料 中的VOC含量或美觀性方面也是有局限性 的。

開發了一些其他聚合物，試圖通過改變 穩定聚合物乳液的傳統方式（本文所述的 市售聚丙烯酸酯參照樣R1和R2），在不用任 何表面活性劑/乳化劑的情況下，降低涂料 對污漬的敏感性。

開發了一種采用新型交聯機制的水性自 交聯丙烯酸聚合物（EXA1），進一步改善耐 化學性，特別是耐溶劑性和耐沾污性。

在深色底漆上涂裝用新型聚合物制備 的透明面漆，與市售單組份水性丙烯酸參照 樣R1和R2進行對比。表2列出了自交聯丙烯 酸聚合物的物理性能。

透明面漆配方中的初始測試

采用典型的清漆配方制備新聚合物的 清漆（表3列出了參考配方）。結果證明（表 4）：在較低VOC含量的情況下，只有采用新 交聯機制的水性自交聯丙烯酸聚合物才能 兼顧所需的耐水性、耐乙醇性和抗早期粘連 性。其性能要比特別推薦作為極佳的耐化學 性基料的市售參照樣還要優異。

在開發出特別適于此項新技術的消光 劑后，在低光澤清漆配方中（表5）檢測了在 有光面漆配方中采用新基料獲得的耐化學 性。此類低光澤面漆代表了家具面漆的主 流。

用相互作用的化學機理改善彩色面漆性能

采用類似方法，在色漆中評估聚合物 EXA1的耐化學性（耐乙醇）和耐污漬（耐咖 啡）。為此，使用了典型的低光澤色漆配方（表3，色漆參考配方）。

在本次評估中，丙烯酸聚合物EXA1經 證明仍具有良好的耐乙醇性和早期抗粘連 性，但耐沾污性有限，特別是耐咖啡污漬 性。這表明：即使在清漆中采用了具有良 好耐化學性的聚合物，但要同時具備良好 的耐乙醇性和耐咖啡性仍面臨巨大挑戰。

因此需要開發另一種丙烯酸基料 EXA2，使其在色漆中具有更好的耐咖啡性 （表6）。表2列出了EXA2的物理性能。

這種新型丙烯酸材料通過特定的聚合 物主鏈官能團，在聚合網絡（圖1）對無機 顏料具有強親和性的基礎上，引入了基料／ 顏料相互作用的化學機制。從而形成無機／ 有機復合物形式，與傳統聚合物（圖2）相 比，該復合物具有優化的涂膜完整性，耐沾 污性得到提高。通過適當的成膜工藝，能夠 形成防護性和耐沾污性更好的致密涂膜。然 而，只要成膜助劑稍有減少（從76g／l降低 到67 g／l），就會使成膜過程的效率降低， 同時耐咖啡污漬性也會從4級降至3級。

因此，需要正確選擇可能會影響成膜 過程和成膜效果的原材料，確保新型丙烯 酸樹脂的原料具有卓越的耐沾污性。

與新基料相關的配方要點

為了開發EXA2基料，并證明其在色漆 中具有更好的耐化學性，采用了典型的低 光澤色漆配方（表3）制備聚合物。表7中 的結果再次表明成膜質量對形成最佳性能 的重要性，同時還展示了具有不同吸油量 的兩種消光劑對耐化學性的影響（MATT1 和MATT2）。與MATT1相比，MATT2的吸油 量更高，但耐化學性更低。

填料廣泛用于此類涂料配方，可以降 低成本，并提高某些特定性能，如打磨性 和抗粘連性。眾所周知，使用填料會降低 耐沾污性，見表8。

然而，可以證明：由于新型丙烯酸 聚合物具有特定的成膜性，與市售商品相 比，在不同的顏料／填料組合時，新型丙 烯酸樹脂能使最終產品性能更穩定（見表 9）。

此外，還測試了用于微調表面性能的 某些其他助劑，評估其對性能的影響（表 10和11）。評估結果表明：在同類型助劑 存在時，應仔細進行篩選，才能保持聚合 物的最佳整體性能。

精心設計配方可獲得高性能產品

此研究表明：在低VOC含量的工業家具清漆中，采用恰當交 聯技術的水性單組分丙烯酸聚合物能提供極佳的耐化學性。

在色漆中，目前利用基料/顏料相互作用的技術能夠制備具有 高耐化學性（耐乙醇和咖啡）的涂料。該技術在保證耐化學性的 同時，還能制備具有良好耐污漬性和抗粘連性的高PVC產品。

還需要仔細篩選潤濕劑、表面助劑、流變改性劑等，以免對 本技術實現的耐化學性產生負面影響。

參考文獻

Hermens T., Caron J., Clamen G., One component waterborne coating system developments for industrial furniture applications, European Coating Conference, 2014.

結果一覽

 水性單組分丙烯酸家具涂料的性能 得到了持續改善，使其廣泛適用于 工業生產。

 盡管現代涂料具有快干性和早期抗 粘連性，但通常只能通過雙組分或 UV固化涂料才能達到良好的耐溶劑 性和耐強污漬材料（例如咖啡）的 性能。

 開發了一種水性自交聯丙烯酸聚合 物，在清漆中與標準參照產品相比， 該聚合物具有更好的耐溶劑性和耐 沾污性。然而，在色漆中的耐沾污 性有限，為此，開發了一種能與顏 料發生化學反應的改性基料。

 第二種基料性能更優異，但在選擇 消光劑和其他助劑時應格外小心， 才能實現最佳的耐化學性和耐機械 性能。