推动涂料市场创新的关键因素之一是减少涂料系统对环境的影响。改善环境状况的压力来自政府法规和消费者的担忧。对于工业木器涂料而言，减少HAPs、VOCs和有害化学物质(如甲醛)推动了重新配方的努力，以及紫外线固化涂料和水性涂料等新技术的使用。目前，北美使用的主要技术是用于木制家具的溶剂基硝化纤维和用于厨房和浴室橱柜的酸催化醇酸氨基体转换清漆。1对这些溶剂型涂料进行重新配方，以降低VOC和HAP的排放水平，使其能够继续在这些市场上使用，但更低VOC技术的使用应该有望在未来增长。

几种水性丙烯酸技术正在成功地应用于木器涂料市场，包括热塑性和自交联丙烯酸。当单组份涂料需要优异的耐化学和耐溶剂性能时，首选自交联丙烯酸树脂。本文介绍了一种新型自交联水性丙烯酸树脂ROSHIELD™4000，用于木材涂料应用，并将其与目前一些水性丙烯酸树脂和传统溶剂型体系的性能进行了比较。2具体来说，报告的结果用于木质家具和厨柜应用的测试。重点介绍了新型环境温度自交联水性丙烯酸粘合剂的性能，表明其可配制成单组份、高性能、低VOC的木材饰面。这种新的自交联技术的一个关键特点是它不会在含甲醛的基材和底漆上变黄，这使得它比目前的自交联丙烯酸树脂在木材应用中使用范围更广。ROSHIELD 4000丙烯酸树脂使涂料具有优异的耐久性，耐化学性和表面性能，如抗块和打印性和硬度，所有这些都是工厂成品木制品的重要特征。

此外，当丙烯酸与专门设计的聚氨酯分散体(PUD)混合时，由于聚合溶剂的加速释放，硬度发展会进一步增强。更快的硬度发展转化为改进的块和印刷阻力，即使在配方中降低VOC。比较了新的丙烯酸和丙烯酸/PUD粘合剂彼此和目前的水性和溶剂型木器涂料体系的详细。

实验

在各种测试中，将实验性水性丙烯酸透明配方与商业涂料配方进行了比较，以评估木质家具和橱柜的涂料。水性涂料的实验研究表1（所有表请参见幻灯片）;每种涂层都是基于不同的丙烯酸乳胶聚合物。涂料WB-1和WB-2基于单组份热塑性丙烯酸粘合剂，设计用于一般木材应用的封口剂和面漆。WB-1和WB-2中的聚合物在成膜后不进行交联，因此电阻性能依赖于它们最初的高分子量。WB-3是基于目前可用的单组分环境温度自交联丙烯酸粘合剂(AC-3)。AC-3中的自交联功能依赖于氧化固化机制，当使用在释放甲醛的基材或涂层上时，已知会导致发黄。WB-4基于新开发的单组分环境温度自交联聚合物ROSHIELD 4000，可提供更快的成膜后交联，且甲醛存在时不会变黄。它被设计成自密封的，因此，在各种木材涂层应用中，它既可以用作封口剂，也可以用作面漆。

ROSHIELD 4000丙烯酸树脂还与软脂肪族聚酯聚氨酯分散体混合，形成丙烯酸/PUD共混物，命名为PUA-1，并用于涂层WB-5的配方。此前有报道称，将丙烯酸与这里使用的独特PUD混合可以更快地从干燥膜中释放聚合溶剂。3.该共混物具有较低的VOC、良好的成膜性和提高的硬度等性能的平衡。

实验系统与商业上设计用于木质家具和橱柜应用的系统进行了比较。中描述了商用涂料表2．商用水性涂料采用密封涂料(WB-6)和面漆(WB-7)配方。WB-6的粘合剂化学性质假定为丙烯酸乳胶，尽管在产品文献中没有明确说明。溶剂型密封剂包括SB-1，以硝化纤维为基础，比传统的硝化纤维密封剂具有更低的VOC，以及SB-2，基于乙烯基改性硝化纤维体系，可在有或没有催化剂的情况下使用。溶剂型面漆包括硝化纤维漆(SB-3)、醇酸/氨基质体催化转化漆(SB-4)和CAB(醋酸丁酸纤维素)/丙烯酸漆(SB-5)。密封剂和面漆组合的选择是基于制造商的系统推荐。

小组准备

在大多数测试中，涂层应用于枫木面板(4英寸)。x12英寸)采用常规空气喷涂，每层约1.0密耳(25毫米)干膜厚度，一层密封层和两层面漆。枫木面板在使用前用220砂纸打磨;用干净的、不起毛的布去除砂尘。每一层涂层都在室温下干燥2小时。在涂面漆之前，用280粒砂纸打磨密封剂。在涂上密封剂和面漆后，枫木面板被放置在恒温恒湿的房间(75°F和50% RH) 2周后进行测试。

在一些测试中，表面涂层本身被评估(硬度，块状和耐打印性)，通过拉杆将表面涂层涂在处理过的铝板上(Q面板型AL-412铬酸盐预处理铝，4英寸)。x12英寸)，以产生约1.5密(38毫米)干膜厚度。面板被放置在恒温恒湿的房间(75°F和50% RH)，测试前列出的指定时间。

测试程序

涂料根据KCMA标准中概述的厨房和梳妆台涂料的测试方法进行评估。4

  • 洗涤剂和耐水性(边缘浸泡):在这个测试中，枫木面板的所有六面都如上所述进行了涂层。将8号纤维素海绵浸泡在0.5%的Palmolive洗刷液中，将面板边缘放在海绵上24小时。评估面板的剥离、肿胀、颜色变化、检查和其他形式的薄膜失效。通过报告在电影和面板的外观没有变化。
  • 冷热检查电阻:涂层枫木板在热(49°C)、环境(25°C)和冷(-21°C)温度之间循环，并使用Thermotron环境室模型S-8S-SL按照KCMA标准进行运行。面板或涂层没有变化，报告通过。
  • 收缩和耐热性:使用型号为417532的Hotpack环境箱，在49°C和70%相对湿度下测试涂层枫板24小时。涂层状态无变化，报告通过。
  • 抗化学腐蚀:涂层经受了各种家用化学品，以确定耐染色和变色。这些化学物质包括柠檬汁、橙汁和葡萄汁、醋、番茄酱、咖啡、橄榄油、50%乙醇、0.5% Palmolive洗洁精和芥末。将化学物质垂直涂抹在涂有涂层的枫木面板上，静置24小时，然后清洗和评定面板。对于芥菜，在暴露1小时后进行清洗。对暴露的涂层进行变色、染色和其他明显变化的评估，并以1到10的等级进行评分，10等于没有变化。在枫基材上进行了其他测试，以评估木结构家具和一般木结构涂料的涂层系统的使用。其中包括:
  • 清晰:对涂层清晰度的直观观察。
  • 3月的阻力用一个木制压舌器在涂层上来回摩擦。漆面的损坏程度评分从1到10分，10分表示没有损坏，1分表示非常严重。
  • 附着力:在涂层上划了一个十字划线，形成了100个正方形。使用Permacel 99胶带，采用ASTM 3359的胶带拉法测试附着力。评级使用0B到5B的刻度，其中5B表示没有附着损失。
  • 化学斑点抗性:对常见化学品的耐受性进行评估，方法是在指定时间内将化学品点涂在涂有涂层的面板上，然后用清水和海绵清洗面板，并在评定前烘干。通过饱和2.3厘米的3级Whatman过滤器，在水平表面施用化学物质，并用表盘覆盖以防止蒸发。用乙醇、异丙醇、乙酸丁酯和丙酮进行了1小时现场试验。用水、热咖啡、50%乙醇、409式清洁剂、异丙醇、7%氨、Scheaffer牌红墨水和葡萄汁浸泡16小时。胶片损坏和变色/染色的评分范围为1到10,10表示没有变化。

仅对面漆进行了几项测试，包括硬度、耐块印性、光泽度和保色性。这些测试是对应用于处理过的铝板的面漆进行评估的。

  • 康尼锡的硬度:在3周的时间内以不同的时间间隔进行测量，并使用TQC SP0500摆硬度计根据ASTM D4366进行评估，并以秒为单位报告。
  • 铅笔硬度:在3周的时间内，以不同的时间间隔进行测量，并根据ASTM D3363进行评估，并报告为没有划伤涂层的最高铅笔。
  • 块电阻:面板晾干7天，然后从铝板上切下两条1.5英寸宽的条状物，面对面放置成十字。一个8号橡胶塞子被放置在条带的横截面上，并在橡胶塞子的顶部放置一个1公斤的重物。块阻评定为两种条件，(1)在60°C下30 min后，(2)在室温下16 h后。使用以下0到10的等级来评价涂料的粘性和薄膜损伤:10，无粘性/完美;9、trace tack/优;8、轻微粘性/很好;7、轻微粘性/好;6、稳健/好;5、稳健/公平;4、粘性强，无密封/平顺; 3, 5-25% seal/poor; 2, 25-50% seal/poor; 1, 50-75% seal/poor; 0, complete seal/very poor.
  • 打印的阻力:面板干燥7天，然后1.5英寸。X 1.5英寸。从铝板上切下正方形。在正方形上放一块粗棉布，在粗棉布上放一个8号橡胶塞子，在橡胶塞子上放一个1公斤的重物。在两种条件下，(1)在60℃下30分钟后，(2)在室温下16小时后，对打印电阻进行了评定。使用以下0到10的等级来评估涂层的打印和薄膜损伤:10，完美/无;9日,优秀/跟踪;8、very good/非常轻微;7、good-very good/轻微的-非常轻微;6、良好的/轻微; 5, fair-good/moderate-slight; 4, fair/moderate; 3, poor-fair/considerable-moderate; 2, poor/considerable; 1, very poor/severe; 0, complete failure.
  • 光泽和保色性:在金属Leneta图T12-10的白色部分以约1.5密米干膜厚度涂上一层面漆。测试前，面板干燥1周。面板(3英寸。x 5英寸)暴露在QUV加速风化柜中，使用UV-A灯泡(340 nm)，周期包括8小时光照和4小时冷凝。光泽度(20°/60°)和颜色(L*a*b*)在初始和曝光期间的不同时间间隔进行测量。

结果与讨论

本研究评估的用于家具和橱柜应用的实验性透明水性涂料系统包括基于两种热塑性丙烯酸聚合物(EXP-A)的封口剂/面漆组合，以及基于目前可用的自交联丙烯酸的封口剂/面漆的自密封系统(EXP-B)。将这些现有体系的性能与ROSHIELD 4000丙烯酸树脂在自密封系统中的性能进行了比较，该系统被指定为EXP-C。expa中使用的热塑性丙烯酸聚合物设计用于一般木材应用，包括木质家具和厨房橱柜，但由于聚合物在成膜后不能交联，因此缺乏一些化学和耐污性能。对于简单的热塑性丙烯酸，如用于密封WB-1和面漆WB-2，耐化学和溶剂性和耐久性等性能主要是由于聚合物的初始高分子量和在乳胶膜形成过程中发生的最终链纠缠。乳胶聚合物成膜后交联是改善这些性能的有效方法。

新型自交联丙烯酸粘合剂ROSHIELD 4000用于expc体系的密封/面漆WB-4，采用专利交联技术，可在成膜后快速交联，并防止在湿状态下提前交联。这导致了快速的性能发展，预计在几天内完成，同时在交联发生之前保持良好的薄膜形成。相比之下，在EXP-B体系的WB-3密封剂/面漆中使用的自交联技术相对较慢，发生在氧化固化机制中，固化时间长达数周。ROSHIELD 4000的另一个重要特点是它不会在含甲醛的基材和底漆上变黄，这一优点在图1．透明配方WB-3和WB-4应用于基于溶剂基酸催化醇酸/尿素体系的底漆(密封剂)上。如所述图1，基于WB-3的透明面漆在与含甲醛密封剂接触时泛黄，而基于WB-4的面漆没有泛黄。这种不发黄的优点允许ROSHIELD 4000丙烯酸树脂在更广泛的木器涂料应用中使用，包括在底漆上释放甲醛，如转换清漆，以及在工程木材基材上，由于粘合剂可能释放甲醛，如中密度纤维板(MDF)。

使用由厨柜制造商协会(KCMA)为厨柜涂料设计的测试方法，对水性热塑性塑料和自交联丙烯酸系统与几种商业系统进行了比较表3．在测试的四种商用系统中，有三种是制造商推荐用于厨房橱柜的。其中包括水性系统(COM-A)，使用溶剂型转换漆面漆(COM-C)的系统和使用溶剂型CAB/丙烯酸面漆的COM-D。第四种商用系统，COM-B，是基于溶剂型硝化纤维密封剂和面漆，不推荐用于厨房橱柜，尽管它在我们的测试中表现相当好。在KCMA标准评估中，该系统在大多数测试中表现良好。除COM-D (CAB/丙烯酸)出现轻微开裂和变白外，其余均通过了边缘浸泡测试，即将面板边缘浸泡在洗涤水溶液中。所有系统都通过了收缩和耐热测试，以及冷热检查测试，没有膜失效的证据。水性系统在耐化学性测试中表现非常好，除了暴露在芥末中，在薄膜上留下了适度的染色。溶剂载体系统在抗芥子气方面表现稍好，但也有轻微的染色。总的来说，水性系统在KCMA测试中表现良好。

中给出了类似的比较表4使用适用于木质家具和一般木质涂层应用的测试方法。当喷在枫木面板上时，所有的系统都有很好的清晰度。在大多数情况下，在枫木上喷涂的光洁度值低于平滑表面上的拉压，但与溶剂型体系相比，水性体系具有良好的光洁度，水性丙烯酸/PUD体系expd的光洁度最高。所有系统的粘附性都很好，没有观察到故障。所有的商业溶剂型体系都具有非常差的抗损坏性，这可能是配方添加剂对涂层最终性能影响的证据。用硅酮添加剂配制了水性实验涂料。尽管不同体系的抗破坏能力有所不同，表5结果表明，干燥2周后，所有面漆的硬度基本相同。用knig硬度和铅笔硬度测量，溶剂型体系甚至比水性体系的硬度更有优势。对于水性面漆，丙烯酸/PUD涂层WB-5显示出更快硬度发展的明显优势，详见表5在图2，它描绘了k硬度随时间的变化。与基于ROSHIELD 4000的WB-4相比，WB-5的硬度发展大大加快。ROSHIELD 4000是WB-5丙烯酸/PUD涂层的丙烯酸组分。快速的硬度发展是由于粘结剂更快地从薄膜中释放的结果，并且由于粘结剂通过软聚氨酯聚合物相比通过丙烯酸相更快地扩散出涂层的能力。提出的机制的证据已经在其他地方更详细地描述过。3.

化学现场测试结果(表4)证明了新型自交联丙烯酸粘合剂的优势。系统EXP-C(基于ROSHIELD 4000)在暴露1小时后，被观察到对几种溶剂，包括乙醇，异丙醇，乙酸丁酯和丙酮，具有优异的耐受性。总的来说，其他系统在这些化学物质的1小时现场测试中表现不佳。通过比较EXP-A和EXP-C，可以明显看出ROSHIELD 4000 (EXP-C)的自交联机制在干燥一周后提供了良好的交联，构建了聚合物的分子量，并提供了更好的耐溶剂性。ROSHIELD 4000良好的耐化学性在与其他试剂的16小时现场测试中也很明显。ROSHIELD 4000的耐化学性也优于EXP-B，表明与EXP-B使用的氧化固化机制相比，新的自交联技术具有更高的性能。水性木材漆中优异的耐化学性已在双组分水性聚氨酯涂料中实现，其中水性多元醇与水分散性多异氰酸酯交联可提供高交联密度。5本文所述的新型自交联丙烯酸酯可在单组份体系中获得优异的性能，这是涂料易于使用的重要因素。

中描述了透明面漆的阻隔性和耐印染性表5．水性面漆WB-4和WB-5以含新型自交联技术的丙烯酸和丙烯酸/PUD聚合物为基础，在水性涂料中表现出最佳的防块和防印性能。基于ROSHIELD 4000的WB-4面漆的抗阻塞和耐打印性能，特别是在高温下，与本研究中使用的较硬的溶剂性涂料相当。只有酸催化转换清漆(SB-4)的耐热印性能略好。抗阻塞和抗打印是工业木制品涂料的重要性能，在成品的制造和堆叠过程中，抗阻塞是一个关键性能，而抗打印是一个关键性能，例如，一旦涂层木制品投入使用，就会将物体放在其表面，例如家具上。

表6显示了在本研究中使用的各种面漆的光泽和保色性的比较。在这项测试中，透明面漆被涂在涂有白色表面的金属面板上，以便直观地观察暴露在紫外线下可能发生的任何发黄。所有含有水性和溶剂型丙烯酸聚合物的面漆在光泽和保色性方面都表现良好。硝化纤维漆(SB-3)和醇酸/氨基质体转换漆(SB-4)在暴露几天后都有明显的变黄。相比之下，亚克力系统在超过600小时后仍保持其光泽和颜色。考虑到亚克力聚合物众所周知的紫外线稳定性，这可能并不太令人惊讶，并证明了亚克力木材饰面的主要好处。

结论

本研究表明，与传统的溶剂型表面处理相比，设计用于木制品表面处理的水性丙烯酸涂层系统具有更好的性能。本研究评估的商用水载系统(COM-A)表明，市场上已经存在性能良好的水载系统。新型自交联丙烯酸聚合物ROSHIELD 4000的开发为配方商提供了将水性体系性能扩展到更高水平的可能性。特别是，快速交联提供了优异的耐化学和耐溶剂性能，这在木质家具和厨房和浴室橱柜行业中都非常重要。此外，当该技术与独特的PUD相结合时，可以在更低的VOC水平下形成良好的薄膜，并具有优异的表面性能，如硬度、抗阻塞性和耐印刷性。与传统的溶剂基技术相比，丙烯酸骨架的紫外线稳定性以及环境温度自交联机制提供了出色的光泽和保色性。此外，ROSHIELD 4000不会与基板或其他涂层释放的甲醛相互作用，也不会显示薄膜变黄，这可能是目前一些自交联丙烯酸的问题。结合适当的配方技术，ROSHIELD 4000丙烯酸树脂为木材整理行业提供了一种单组份，低voc和高性能的传统溶剂型系统的替代品。

参考文献

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本文基于2012年5月在印第安纳波利斯举行的美国涂料展上发表的一篇论文。