水性木器涂料:戶外門窗應用與研究

導讀:
目前國內戶外門窗涂裝年用漆量在1億L甚至以上,但國外品牌的水性涂料占了70%以上。而且戶外門窗是國內最先水性化的行業,希望通過我們的研究能幫到同行們共同進入這一領域,使我們水性涂料快速成長,跟上甚至趕超國際水性涂料行業步伐。

隨著人們環保意識的提高和對健康的高度關注,以及水性木器涂料技術的進步,水性木器涂料已經成為木器涂料發展的趨勢之一。水性木器涂料正因其所具有的低危害、低污染特性,將來必定會在家庭裝飾和家具涂料市場占據很重要的地位。戶外水性木器涂料的主要功能有:裝飾性、耐水性、耐候性、韌性、環境友好安全,木器涂料能夠保護木材,有效延長木器的使用壽命。

1 研究目的和背景

戶外門窗并不是傳統意義上的普通平板門,而是和型材,如塑鋼、鋁合金鑲嵌而成的,俗稱鋁包木門窗的產品(見圖1)。目前國內多家專業生產門窗的廠家許多已經在應用水性涂料涂裝,有些會遇到由于工藝不當造成產品的涂層脫落、顏色褪色、產品上色不均等情況,而本研究的目的就是通過一些特殊的工藝使水性涂料更容易滲到木材里層從而保護木材不會因長期泡水造成霉變而脫落,通過工藝和顏色體系使產品不再褪色,光亮如新。同時它只是個框架,傳統操作手法會浪費很多涂料,而傳統產品則會增加操作時間,從而增加人力、時間財力等諸多費用。我們也將通過特殊的方式對這個領域的產品進行涂裝,從而節能降耗。

水性木器涂料:戶外門窗應用與研究

2 應用素材

應用素材:松木、橡木、柞木等純實木,見圖2。

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3 傳統工藝涂裝方法及工藝缺點

傳統的水性涂料涂裝方法中橡木、柞木等在門窗中多為半開放涂裝,通常工藝方式為封閉→擦底色→上底漆→修面色→上面漆。而像松木基本上只有封閉涂裝,通常工藝為噴底色→上底漆→修面色→上面漆。

然而傳統的方法有以下幾方面的缺點:(1)浪費。因為大框架噴涂時,涂料的實際利用不到20%,從而造成浪費。(2)戶外耐候性欠佳。普通修色采用的都是色精修色,而色精通常耐曬持久性比較低,從而褪色。(3)松木等軟材質漲筋嚴重。在噴涂底色時效果可以,但一旦上底漆則木紋突起,打磨磨平則肯定會造成木筋掉色,那么產品就會發花。傳統水性涂料膜厚度都普遍偏低,而用于戶外要達到濕膜240 μm以上。

4 綜合各項需求解決的問題

木材在室外的破壞及腐敗包括細菌、蟲蟻、真菌、病毒對木材的侵害,故而木材在擁有某一方面的使用價值之時,可以通過人工的努力彌補其缺陷,正確的使用及防護是木材在室外使用的關鍵所在。還有自然條件下的損壞,主要包括紫外線、風霜雨雪等的侵害。其中水分的破壞體現在纖維吸收水分后物理性能的改變及為蟲、病菌等提供更好的滋生環境。而紫外線的破壞最為嚴重,主要是分解木材天然色澤及破壞木纖維細胞分子結構。這種情況下水性戶外涂料就以它的戶外耐久性而被廣泛應用。而應用水性涂料則必須解決木材漲筋問題,而用在戶外門窗的同時必須考慮木材著色、涂膜厚度以及顏色耐候性。

5 問題解決方案

5.1 乳 液

5.1.1 底漆用乳液

底漆雖然固含量可以達到較低,但乳液在粒徑以及打磨性上也必須綜合考慮,經過反復摸索,最后主要集中在以下兩方面研究。實驗選用滲透能力強且Tg適合(Tg通常在45 ℃左右)乳液,并且,承載色漿的能力要強。

5.1.2 面漆用乳液

由于用于戶外,且根據傳統中國人的喜好以及涂膜厚度的特殊性,并經過大量篩選和實驗,最后選用Tg在25 ℃左右并且是核殼結構、水分散性非常好,即通透性非常好的乳液。當然耐候、耐粉化性也都要在做實驗時進行針對性地曝曬、老化噴淋等,反復比較。

5.2 助劑、色漿選擇

5.2.1 消泡潤濕

消泡主要考慮高黏度、高剪切力體系的消泡能力;潤濕,則須考慮不能有穩泡性,滲透性要強,抗疏孔性強。

5.2.2 增稠體系

主要是面漆高黏度問題。首先噴涂黏度高,就得考慮做成假性增稠的效果,并且抗流掛性強。其次,由于濕膜厚度問題,則須選用不影響到通透性的增稠劑,即和樹脂的相溶性好、合適的聚氨酯增稠劑。

5.2.3 色漿的篩選

選用無機的氧化鐵系顏料制備色漿,并且要研磨到幾乎像色精一樣通透性強的水平。而有機顏料相對耐曬性要差很多,并且還會容易浮色和太艷等。另外要綜合考慮色漿和乳液的相溶性。

5.2.4 防霉劑

由于所應用的產品經常經歷日曬雨淋,而局部可能會浸在水中,雖然目前生產的水性乳液都有防腐防霉能力,但制備這款涂料時必須得添加能力強的防腐防霉助劑。

6 生產工藝的制定

6.1 底漆的研究方向

由于要做成滲透性好、承載色漿好的產品,因此在生產時消泡劑和潤濕劑一定要預先加到乳液中直接分散至無疏孔,再添加水和部分溶劑。要滲透性則無需增稠。另外要浸涂所以黏度和樹脂含量不能過高。

6.2 面漆的研究方向

面漆黏度體系和正常裝修水性涂料完全不同,并且許多大的工廠選用高壓噴涂,因此消泡性很重要。所以生產時,每一步都要監控刮板不能有疏孔出現,并且最后增稠前最好隔夜,這樣保證高黏度面漆無泡。

7 施工工藝

通過結合產品特性以及多種方法測試后總結出如下最適合的工藝組合:素材打磨平整→浸涂底漆→底漆上色→面漆噴涂→第二遍面漆噴涂。具體施工工藝如下:

7.1 底漆工藝

第一遍浸涂是為了使乳液顆粒進入棕眼和木筋鼓脹,待干后打磨平整,因此此遍選用浸涂操作。第二遍選用同樣的底漆加上調好的透明色漿,浸涂或擦涂即可。

浸涂底漆因其極小的分子結構,為所含的樹脂及油性物質提供了特殊的滲透效果。

如圖3所示,一般的底漆不能將木料中的縫隙或小孔連接起來。而使用浸涂底漆通過兩步滲入到木料深處。這個滲入使得后面的涂層附著力更好從而保護框扇邊角不被過度打磨,使得面漆在框扇邊角的附著性能更好。

水性木器涂料:戶外門窗應用與研究

戶外門窗專用面漆慢慢流入小孔,空氣擠開面漆涂膜散出,使得面漆出現不平整縫隙,涂膜表層已凝結,不可流動空氣散出時所產生的裂縫會保留下來,避免涂膜中的氣泡及不平整痕跡的出現。

水性木器涂料:戶外門窗應用與研究

解決方法:使用帶有浸漬料的水性浸涂底漆。

結果:浸涂底漆滲入小孔,小孔的孔壁被浸漬料覆蓋,同時小孔中的空氣直接排出,從而門窗面漆立刻流入小孔,同時殘余的空氣也立刻排出,避免了氣泡和縫隙的形成,見圖5。

水性木器涂料:戶外門窗應用與研究

7.2 面漆施工

面漆由于噴涂厚度的要求,所以在操作時,只能添加5%左右的水,并且要選用大口徑的噴槍噴涂。為了層次感更強,可以在面漆中加入少量的透明色漆,噴涂兩遍,每遍濕膜厚度達到240 μm左右。浸涂底漆在端面型材和V-槽中有極佳的浸漬效果。盡管如此,面漆可能還會被木料過多地吸納,由于涂膜過薄而產生裂紋。第二層面漆在“不再被吸納的區域”中,如果面漆彈性好,它會封住裂紋,見圖6。

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8 結 語

目前國內戶外門窗涂裝年用漆量在1億L甚至以上,但國外品牌的水性涂料占了70%以上。而且戶外門窗是國內最先水性化的行業,希望通過我們的研究能幫到同行們共同進入這一領域,使我們水性涂料快速成長,跟上甚至趕超國際水性涂料行業步伐。

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