为例,目前占主导地位的技术用于北美solventborne硝基漆的木家具,和催化alkyd-aminoplast转换为厨房和浴柜清漆。(1)再形成这些solventborne涂料VOC,也许不久水平较低使得他们在这些市场的继续使用,但更低VOC技术的使用应该在未来预期增长。特别是,uv固化技术已经明显在橱柜市场,在平坦的股票可以在组装之前完成。(1)水性技术也可以和水性系统基于丙烯酸乳液、聚氨酯分散体和其他聚合物技术已经越来越多地利用监管压力铅涂料制造商和木桌子上寻找更多的环保先进涂料。
木材涂料最终用户,如家具和橱柜制造商也正在寻找解决法规和规范,限制排放的化学物种从成品。监管压力在一定程度上是由于消费者需求和更好的空气质量,为生活和工作空间,部分是基于知识完成木材等建筑材料和产品会影响室内空气质量的排放挥发组分在他们的生产。188金宝搏bet官网
例子包括限制个别物种如甲醛或某些其他醛,以及总挥发性有机化合物(TVOC),估计总挥发性有机的内容发出一个木制涂布后,一部分已经干了一段时间,然后打包装运。制造商不希望消费者受到不稳定排放项目打开时,或对其产品排放挥发性有机化合物的仪器在使用过程中,造成室内空气质量恶化。有几个限制挥发排放认证和规范的程序进行,比如从Greenguard(2)和BIFMA(业务和机构家具制造商协会)。(3)Greenguard和BIFMA测量挥发排放标准使用动态室方法旨在模拟排放发生在一个模型的环境中,如业务办公室或住宅卧室。(3、4)
本文的目的是描述一个新的水性木器涂料技术,将影响挥发性有机化合物含量和发射率从木材成品。丙烯酸橡胶和聚氨酯分散的独特组合(手)聚合物导致低VOC涂料需求并提供一个机制来加速释放合并溶剂相比,水性丙烯酸本身。性能改进的硬度发展是重要的,以及相关的属性等硬度块,印刷、划痕和mar阻力。技术的影响不稳定排放的测量将被描述。比较新的丙烯酸/手把的水性丙烯酸树脂和水性和solventborne木材涂料商业系统将使用测试协议为木制家具和橱柜应用而设计的。
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实验
丙烯酸/聚氨酯粘结剂的基础上,评估中使用的新技术,是被指定为PUA-1。这是一个混合的硬丙烯酸胶乳和软聚氨酯分散,并且包含self-crosslinking功能治疗通过氧化和光解的机制在环境温度。PUA-1制备固体重量和pH值7.6 39.0%,并且有一个最低成膜温度(MFFT)小于0°C。PUA-1包含一些溶剂(二丙二醇二甲醚、数字),来自生产过程的手。PUA-1包含大约2.9%的价值总量,计算VOC含量约84 g / L。数字作为合并和艾滋病在丙烯酸/聚氨酯混合膜的形成。
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商业涂料系统设计用于在木制家具和内阁应用程序获得从他们的制造商和简要描述在表3。系统由封口机和轻便外套。商业水运系统(COM-1)由封口机(WB-1)和丙烯酸面漆(WB-2)配方。WB-1粘结剂化学没有披露,但被认为是丙烯酸乳胶。Solventborne系统COM-2由快干,vinyl-modified硝基涂料(SB-1)和醋酸丁酸纤维素(出租车)/丙烯酸面漆(SB-2)。第二个solventborne系统(COM-3)使用二度底漆和基于硝基漆技术。封口机和轻便外套组合是基于生产系统的建议。
小组准备
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对于大多数测试,涂层系统被应用到枫木面板(10厘米x 30厘米),传统的空气喷涂。涂料应用在大约1毫升(25毫米)干膜厚度/外套,外套之一封口机和两层夹大衣。枫木面板与220年在暴风雪毅力砂纸使用前,用砂纸打磨粉尘被压缩空气喷雾和擦拭干净、不起毛的布。对于每个涂层应用,涂层干在环境温度为10分钟,然后放在一个60°C烤箱额外10分钟。与280年封口机是沙地的毅力砂纸前夹大衣的应用。封口机和面漆后,枫木面板将被放置在一个恒温恒湿室(75°F和50% RH)前2周测试。
硬度,划痕/ mar,块和印刷电阻测试,涂料应用通过撤军栏处理铝面板(Q面板类型al - 412铬酸铝预处理,10厘米x 30厘米),收益率大约1.5密耳(40毫米)干膜厚度。板被放置在一个恒定的温度和湿度的房间(75°F和50% RH)下面列出的时间为每个测试前测试。
测试程序
涂料进行评估根据厨房的测试方法和虚荣内阁涂料中橱柜制造商协会(KCMA)标准。(5)
)洗涤剂和水阻力(边泡)——这个测试,枫木面板的六个面都涂如前所述。# 8纤维素海绵棕榄洗涤剂溶液浸泡在0.5%,和面板边缘放置在海绵24 h。面板被评为分层、肿胀、变色,检查和其他形式的电影失败。没有变化的报告通过电影和面板。
B)冷热检查阻力——这个测试循环热之间的面板(49°C),环境(25°C)和冷(-21°C)的温度,并使用Thermotron KCMA标准中描述运行S-8S-SL环境室模型。没有变化的报告通过面板或涂层。
C)收缩和耐热性,这个测试将面板49°C和70%相对湿度24 h和417532年使用Hotpak环境室模型。报告一个通过涂层的状况没有改变。
D)抗化学腐蚀,涂层受到各种家用化学品来确定其抗染色和褪色。化学物质包括柠檬、橘子和葡萄果汁、醋、番茄酱、咖啡、橄榄油、50%乙醇、0.5%的棕榄洗涤剂,和芥末。化学物质被应用到面板垂直位置,并允许站之前24小时清洁和面板的评级。的芥末,清洁后进行1 h曝光。接触涂层变色评估,染色和其他明显变化,和规模1到10级,10等于没有变化。
其他测试枫基质评估系统可行的涂料木制家具和木材的应用程序。这些包括以下几点:
E)清晰的视觉观察涂层清晰。
F)粘附——一个“X”文士被切成使用刀片涂层。附着力测试胶带拉方法(ASTM D 3359)使用Permacel 99磁带。评级用0到5 a和5没有附着力损失。
G)化学现货阻力抵抗常见的化学物质是评估通过应用斑点的化学涂层面板上指定的时间,然后用干净的水清洗面板和海绵,评级之前和干燥。化学物质被应用于表面饱和2.3厘米,三年级绘画纸过滤和覆盖watchglass防止蒸发。一小时现场测试是通过使用乙醇、异丙醇、乙酸丁酯、丙酮。隔夜敞口16 h与水,是热咖啡,50%乙醇,409清洁配方,异丙醇,7%氨、Scheaffer品牌红墨水,和葡萄汁。电影评级损伤和变色/染色完成规模1到10,10是没有变化。
几个测试进行的面漆,包括硬度、划痕/ mar,块和打印阻力,光泽和颜色保留。这些测试评估了面漆铝面板应用于治疗。
H) Koenig硬度-评估根据ASTM D 4366用TQC SP0500摆硬度计,在秒。以不同的时间间隔测量的两周。
我)块电阻-面板干1或7天,然后两个4厘米宽的条削减从铝面板,面对面,形成一个十字架。8 #橡胶塞放在条的横截面,和一个1公斤重量放在橡胶塞。块电阻被评为在两个条件下,1)在室温下24小时后,和2)30分钟后60°C。使用以下0到10规模评价策略的涂料和电影伤害:10,没有策略/完美的;9日,跟踪策略/优秀;8日,轻微的策略/非常好;7,轻微的策略/好;6、温和的策略/好;5、温和的策略/公平;4、严重的策略,没有密封/公平; 3, 5-25% seal/ poor; 2, 25-50% seal/ poor; 1, 50-75% seal/ poor; 0, complete seal/ very poor.
J) / Mar阻力-嘁喳和Mar阻力可以通过几种方法来衡量。采用一种新的方法在这项研究中,电影结合的侮辱,mar和影响损害。涂料是应用于治疗铝面板和干了12天前测试。面板的一部分被放在一夸脱容器的底部朝上的电影。各种类型的影响媒体放在电影上面,容器密封,放在油漆搅拌器。容器被激动了两分钟,然后样本被视觉评估。不同类型的媒体影响会导致不同类型的损伤,对应于不同的现实世界的侮辱。本研究使用了三个不同的媒体影响,10)光滑,球形,1/4英寸直径钢丸珠子,b)两个1/2英寸直径钢六角螺母、或c)一个金属盖子两盎司油漆罐。一般来说,影响媒体更多的角落,角落里有小曲率半径在大多数电影带来更多的伤害。更大规模的媒体也会产生更大的破坏。 The type of damage also changes with media shape – for example, ball bearings create mainly impacting-type damage, metal lids create mainly marring-type of damage, and sharper objects (such as screws) can create mainly gouging-type damage.
光泽K) -面漆应用在一个外套大约1.5密耳(40毫米)干膜厚度的白色部分金属T12-10 Leneta图表。前面板干了2周测试。板(7.5 cm x 12.5 cm)暴露在QUV加速风化内阁使用- a灯泡(340海里)组成的一个循环8 h光和4 h凝结。光泽(20°/ 60°)和颜色(L * a * b *)测量最初接触期间和在不同的时间间隔。
结果与讨论
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一旦发生膜的形成,合并和助溶剂是不再需要在影片中,和他们离开干燥涂层是最理想的电影来加强硬度等性质。一些缓慢接合的(如。,2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate (IBT)] remain in acrylic coating films for many weeks or longer. Acrylic/urethane blends based on the new technology offer a novel mechanism for the faster release of volatiles, such as coalescents and co-solvents, from the drying film. The result is a dry film that offers faster hardness development and improvement in other film properties that rely on hardness such as block, print and mar resistance, and dirt pickup resistance. The mechanistic details of the new acrylic/urethane blend technology have been described previously,(6) but a short description will be given here to aid the reader in understanding the results of the current study.
这项技术依赖于两个聚合物相的存在。主要的还是占主导地位的阶段是疏水性,硬丙烯酸聚合物。硬度快速发展最有效的丙烯酸在玻璃化转变温度(Tg)大于25°C。第二,小阶段软聚氨酯,在湿状态比的亲水性丙烯酸由于其肿胀,hydroplasticized状态。在湿的状态制定混合聚合物,合并分区主要更疏水性丙烯酸阶段,最需要的地方,在降低MFFT和艾滋病。这个分区的合并已经证明通过计算机建模使用核磁共振技术研究和实验。(6)涂层的应用程序后,水蒸发和聚合物粒子开始变形膜形成收益(图1)。
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当大部分的水已经离开了电影,聚氨酯相变的亲水疏水,和这种转变作为触发的扩散接合的丙烯酸聚氨酯阶段阶段。小分子聚合物之间的分区方式的变化阶段的不同组合成膜后之前在相关丙烯酸胶乳系统,小分子的非易失性,低分子量丙烯酸低聚物。(7)在目前的研究中,小分子挥发性合并。众所周知,小分子,如合并,将扩散更快通过软聚合物阶段由于更大的自由体积的影响;因此电影的合并将扩散通过软聚氨酯相速度高于如果硬丙烯酸阶段本身。
机制如图1所示的一个要求是聚氨酯阶段必须构成一个连续的神经网络通过合并可以分散。所需的聚氨酯形成这个“渗流网络”取决于相对分散聚氨酯和丙烯酸胶乳的粒径和颗粒的几何包装。一般约20 - 30%的最低总需要聚氨酯聚合物的重量。
描述机制导致更快的从干燥联合发布电影,和影响性能如硬度早期发育、块和印刷电阻和划痕/ mar阻力。合并的版本还礼物的可能性降低越快的TVOC factory-applied木材涂料。早期水阻力可以提高通过移除吸湿材料,如亲水性合并和co-solvents干膜前的干膜与水接触。188金宝搏bet官网聚氨酯相的存在也会提高韧性,以铅笔硬度和划痕/ mar阻力,而all-acrylic组成。
改善硬度发展是显示在图2中,这个情节Koenig摆硬度与在室温下干燥时间为丙烯酸/聚氨酯丙烯酸AC-1 PUA-1和困难。对于这个实验,明确公式是相当简单的,只包括粘结剂,水,联合20%聚合物固体润湿援助和增稠剂。一个联合使用在每种情况下,包括缓慢接合的应付托福考试,一缩二丙二醇丁醚(DPnB)和快速接合的乙二醇丁醚(EB)。为特定的合并,可以看出PUA-1 Koenig硬度更快发展。例如,Koenig硬度PUA-1公式包含应付托福考试大约是70年代后7天内干燥,而丙烯酸AC-1只是大约在50年代。显然没有达到他们的最终硬度是衡量烘焙后面板击退所有的挥发物,和接近130年代。这演示了一个重要的点这里介绍的新技术。
聚氨酯聚合物相的存在在干膜只提供了一个途径来迅速的扩散接合的电影比通过丙烯酸阶段。系统的最终硬度(即。,hardness achieved after all volatile materials have been driven off) relies mainly on the hardness (and Tg) of the acrylic phase. The rate of release is also dependent on the volatility of the coalescent. Thus, when a non-volatile coalescent or plasticizer is used, such as dibutylphthalate, the polyurethane-based pathway is ineffective at improving hardness development or related properties, because the plasticizer never leaves the film. However, when a more volatile coalescent such as EB is utilized, hardness development can be greatly accelerated. In Figure 2, the PUA-1 film containing EB has reached its ultimate hardness in less than 3 days, compared to the acrylic AC-1, which is still not there after seven days. Figure 2 shows significant acceleration is also observed with a coalescent of more moderate volatility, such as DPnB.
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加速合并的版本也提高了块电阻的丙烯酸/丙烯酸聚氨酯混合而困难。表4显示了清晰的配方块电阻测试结果基于丙烯酸/聚氨酯丙烯酸AC-1 PUA-1和困难。公式只包含粘结剂、水、合并,润湿援助和增稠剂。没有包括蜡或3月/滑艾滋病为了看到聚合物影响块阻力。涂料结合了一个缓慢的合并(IBT)或快速接合的聚合物固体(EB) 20%。涂料在室温下干了1或7天运行24小时室温和前30分钟烤箱(60°C)块测试。数据显示了丙烯酸/聚氨酯混合技术的优势,特别是在早期的干燥时间。块电阻factory-applied涂料的一个重要属性是它应该开发之前涂物品堆积或包装,防止损坏新电影。
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划痕和mar阻力也提高了联合释放越快。图3显示了伤害了清晰的涂料基于丙烯酸/聚氨酯PUA-1和硬丙烯酸AC-1根据上述新方法和测试。公式在这种情况下是那些表1和2所示,测试也在3月援助和蜡配方没有运行。图3展示了增强的机械耐久性PUA-1 AC-1使用这个划痕/ mar试验。使用金属盖子作为影响媒体导致破坏类型的损伤,在越来越深的划痕和结果all-acrylic AC-1比在PUA-1(照片左)。
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配方见左边的图3是用没有3月或滑添加剂树脂的固有属性。如果3月和滑动添加剂配方中包括他们都执行更好,但PUA-1仍然创造了一个更有弹性的电影。使用钢六角螺帽作为影响媒体导致小,约球沟,但3月和滑动添加剂可以很大程度上减轻这些诈骗。即使mar和艾滋病,然而,这些碰撞的影响导致片电影丙烯酸聚合物AC-1芯片在一些地方,而这些缺陷的电影由PUA-1是免费的(照片)。类似的测试是用球形钢丸。钢丸会导致不太明显的损害,但仍然是一个明显的优势使用PUA-1 AC-1。
释放的挥发物的电影也是衡量使用GC分析静态室顶部空间的方法。铝面板被减少涂层用同样的两个基于AC-1涂料和PUA-1。干燥后7天在环境室23°C和50%相对湿度,提供的面板将被放置在一个室的表面积与体积比1 m2 / m3。面板在一夜之间坐在室,顶部空间被GC然后取样和分析。结果如表5所示。涂料是21的TVOC测量硬丙烯酸AC-1 mg / m3,和显著降低值2 mg / m3的丙烯酸/聚氨酯为。
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的主要好处丙烯酸/聚氨酯混合技术在联合发布的相关属性,如硬度、块,划痕/ mar和烘焙。等其他属性重要工业木器涂料、耐化学性和灵活性,依旧是不变的聚氨酯阶段。水的阻力通常是提高了合并的快速释放混合的电影。PUA-1的另一个关键特性是能够self-crosslink在环境温度下,仍然保持真正的一揽子稳定。聚合物的官能团存在将通过氧化和光解的固化交联机制。
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基于树脂的配方将开始交联就应用,并且可能需要大约2到4周,直到一些属性已达到最大的性能水平。交联提供增强的属性,如污垢皮卡阻力,化学和耐溶剂性和耐久性。因为PUA-1结合硬丙烯酸和聚氨酯软阶段,和柔软的手阶段有助于降低MFFT混合,也可以制定在合并的需求低于相应的丙烯酸阶段本身。这体现在制定低VOC的能力,同时给一个涂层,具有较好的硬度发展结合,追求在各种应用程序。
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| 图5点击放大 |
基于丙烯酸涂料/聚氨酯混合技术也评估根据测试方法在木材用于厨房和浴柜、木家具。表6显示的测试结果在密封涂层系统根据KCMA枫标准。(5)为代表的新技术PUA-1 AC-1相比,商业硬丙烯酸胶乳,展品在木器涂料性能优良。绑定是制定到清晰的配方表1和2中给出。还包括在测试是两个solventborne商用系统,基于硝基密封材料,丙烯酸(COM-2)或硝基(COM-3)面漆。商用水运系统(COM-1)使用一种丙烯酸面漆也被用于比较。
总的来说,PUA-1表现很好和更高的VOC的商业系统,只显示一些染色芥末点阻力。类似的测试典型家具涂料也做密封系统在枫衬底。比较与AC-1 solventborne和水源性商业系统都包含在表7。总的来说,PUA-1表现很好,具有优良的耐溶剂性相比,行业标准。
图5显示了面漆的保光性结果,应用于金属板,光在QUV暴露于紫外线a加速风化内阁。还包括在测试一个明确的涂层是基于使用的聚酯前脚PUA-1。虽然手没有优异的保光性本身,混合与丙烯酸形成PUA-1不伤害的保光性混合。
事实上,所有acrylic-based材料如图5所示表现良好在紫外线188金宝搏bet官网a曝光,包括AC-1和商业水性和solventborne丙烯酸面漆用于商业系统COM-1 COM-2。五木系统测试,在对紫外线a COM-3的硝基夹大衣才不佳曝光,显示一个巨大的光泽下降后只有300 h。硝基夹大衣也泛黄明显暴露。相比之下,丙烯酸系统保持其光泽和颜色甚至超过900小时后。这个结果或许并不太令人吃惊了众所周知的紫外线稳定的丙烯酸聚合物,但是演示了一个主要的好处,一个丙烯酸木材涂装可以提供。
结论
独特的丙烯酸/聚氨酯技术被描述,提供了一个新的更快的释放机制的联合工业木器涂料。硬丙烯酸阶段和软的结合导致聚合物提供更快的硬度聚氨酯阶段发展相比硬丙烯酸本身。此外,与硬度的其他属性,如块,打印和mar阻力,改善。关键是形成“渗流网络”在干燥的软聚氨酯涂层。挥发性合并扩散更快通过软聚氨酯阶段由于自由体积效应,和连续的网络提供了一个途径来更快地接合的逃避。除了属性的改进,更快的联合发布显示了木材涂料配方保证较低的TVOC排放,特点等木制品制造商寻求家具、橱柜和建筑材料,以及他们的涂料供应商。188金宝搏bet官网例如,涂层的能力释放的大部分挥发性材料的包装和使用前的家具应该最终导致更好的室内空气质量对消费者和家具制造商的竞争优势。188金宝搏bet官网这里描述的新丙烯酸/聚氨酯技术提供了这些品质在一个环保先进、单组份水性涂料、低voc,为涂料行业提供了一个强大的工具为工业木材涂料。188BET竞彩
确认
作者要感谢劳伦斯貂博士和魏谢从道琼斯指数分析科学组的协助残余的GC / MS分析合并和静态室TVOC测量。
本文提出了在第38届水性研讨会,2011年2月在新奥尔良。
