水性木器漆涂料的低温施工问题和解决方法

水性木器涂料的低温施工问题和解决方法杜磊1，徐发龙2，陈玉芳3(1.中国石油天然气工程设计西南分公司应用技术研究所，成都610017；2.中国石油天然气集团公司四川管理局，成都610017；3.江苏晨光涂料有限公司，常州213154) 摘要：对水性木器涂料在低温条件下施工遇到的问题进行分析，通过与施工人员沟通协调对产品和施工进行调整，解决了企业水性木器涂料产品的低温施工问题。关键词：水性木器涂料；低温；施工；助剂0.前言有关国产水性木器涂料发展所存在的种种问题经常见诸报道，普遍认为障碍集中在技术、成本和市场3个方面。虽然国内水性木器涂料树脂乳液的合成技术有了长足进步，但在性能特别是成本上仍无法与溶剂型涂料相匹敌。而在市场开拓方面，尽管国家近期不断出台各类严格的环保法规和相关强制性行业产品标准，同时广大消费者的环保意识也在与时俱进，但国内民用涂料市场的特点决定了施工人员对最终用户拥有巨大的影响力，而他们对水性木器涂料却缺乏必要的了解和施工经验。由于受其自身性能特点的限制，水性木器涂料产品一般要求施工环境温度不得低于5，相对湿度不得高于80%，产品的季节性非常明显，在我国南方地区也仅为每年4月到11月。本文所讨论的案例中，企业生产的水性木器涂料为一种单组分聚氨酯/丙烯酸混拼型水性木器涂料，最适施工温度为1530。尽管产品包装上已注明，厂家也在交货时向用户强调产品应在10月底以前完成施工，但用户却拖至12月才开始涂涂装。施工时发现产品在低温下开罐黏度增大，涂刷流平性能下降，涂膜干燥时间延长，成膜效果变差，并出现流挂和发白现象，严重影响了施工质量。针对上述情况，厂家本着维护品牌形象和为用户着想的发展方针，与用户积极沟通，主动回收产品并采取措施为用户解决低温施工问题。1.设备与原料设备：高速搅拌机、反应釜、三辊磨、球磨机、砂磨机、拉缸、过滤器、实验分散砂磨机、实验多功能分散机、涂4杯黏度计、湿膜刮制器、电子天平、涂膜测厚仪、烘箱、恒温水浴箱。原料：水性木器涂料；去离子水；成膜助剂：Texanol(伊斯曼化工)、DPnB、TXIB(陶氏化学)、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚(海川化工)；防冻剂：乙二醇、丙二醇(海川化工)；消泡剂：FoamasterNXZ(海川化工)；润湿剂：AG401(广州慧欣)、BYK194(德国毕克)、H140(海川化工)、SN126(圣大诺象)；流平剂：BYK380N(德国毕克)、L100(美国天然气化工)、RM2020(罗门哈斯)、W467(德谦化工)。2.操作和检测方法涂膜涂刷：按涂膜一般制备法(GB1727-79)；涂膜厚度：按GB1764涂膜厚度测定法；样品取样：按GB3816涂料产品的取样；黏度测定：参照GB/T1723-93涂料黏度测定法中的涂-4杯法测定；干燥时间：涂膜实干时间参照GB/T1728-79(89)表干中乙法和实干中甲法规定进行。制板为玻璃板，尺寸150mm100mm3mm，刮涂1道，刷涂量为(0.80.1)g/dm2；样板制备：白榉贴面胶合板符合GB/T15104-1994，尺寸为150mm70mm，使用前应在GB9278的规定环境条件下放置7d以上。刷涂两道。第1道刷涂量为(0.80.1)g/dm2，间隔24h后刷涂第2道；第2道刷涂量为(1.00.1)g/dm2，放置7d后测试。白榉贴面胶合板在刷涂第2道前用400#水砂纸轻轻打磨一遍并擦去表面的浮灰；涂膜外观：样板在散射日光下目视观察，如果涂膜均匀，无流挂、发花、针孔、开裂和剥落等涂膜病态，则为“正常”。3.结果与讨论企业生产的水性木器涂料是根据产品在5以上进行施工和贮存设计的，其最低成膜温度为5，而用户施工时当地的最低气温已达-50。由于低温条件下涂膜中水的挥发速率降低，导致成膜时水的表面张力改变，影响成膜质量，故需补加成膜助剂以降低产品的最低成膜温度。在理论上，增加成膜助剂用量不仅可以降低最低成膜温度，也有助于体系的低温抗冻性能，但在实际使用中添加成膜助剂过量也会导致体系黏度发生变化。尤其是低温时产品开罐黏度增大的情况下，需尽量避免成膜助剂的增稠效应发生。在25时，将5种成膜助剂添加到产品中，其对水性木器涂料黏度(以涂4杯法计)的影响如图1所示，图中A为Texanol，B为DPNB，C为TXIB，D为乙二醇丁醚醋酸酯，E为丙二醇丁醚。结果表明，在常温下随着成膜助剂用量增加，产品黏度会显著上升，相比之下其中Texanol对体系黏度影响最小。 图1成膜助剂添加量对水性木器涂料黏度的影响 经现场考察用户的施工环境，其水性木器涂料为建筑室内施工，平均气温为05，相对湿度60%75%。综合权衡成膜质量、速率和成本等因素后，决定将产品的最低成膜温度调整为2。由于产品系双乳液混拼型水性木器涂料，不同成膜助剂的作用效果也略有差异，在2条件下测得几种不同的成膜助剂的最低添加量(W)如图2所示，其中A为Texanol，B为DPNB，C为TXIB，D为乙二醇丁醚醋酸酯，E为丙二醇丁醚。与此同时，为了改善产品在低温下开罐黏度增大而使涂膜流平变差的状况，需向产品中补加流平剂。但考虑到部分水性木器涂料用的流平剂自身也具有增稠作用，选取了4种不同的流平剂均以0.2%(W)补加时，水性木器涂料产品在不同温度下的黏度(参照涂4杯法测)变化如图3所示，经对比发现BYK380N对产品的黏度影响最小。 图2水性木器涂料产品的成膜助剂添加量对比(最低成膜温度-2) 图3不同温度下流平剂对水性木器涂料黏度的影响 由于当地夜间最低温度达到了-5，产品贮放时会出现冻结现象，尽管产品的耐冻融性良好，重复解冻后使用无影响，但加热解冻不仅会降低施工效率，还易因解冻不完全造成产品质量的改变。为此，采取添加防冻剂以降低产品冻结温度，但其副作用是体系黏度的上升和成膜干燥时间延长，因此需与成膜助剂和流平剂相配合。另一方面，用户施工人员根据其施工经验提出要求，在立面涂刷时，将凹角处的流挂时间控制在23min，以利在表干前进行回刷细修，使涂膜在凹角处能充分流平紧贴。为此，在产品中添加了不同质量分数的防冻剂，到施工现场(测试时平均气温为2，相对湿度70%)选取了几处典型的立面凹角，进行流挂和成膜实干时间的实地测量，如图4，其中F为立面涂刷时凹角处的流挂时间，FE和FP分别对应乙二醇和丙二醇；D为成膜实干时间，DE和DP分别对应乙二醇和丙二醇。结果表明，添加1%(W)的丙二醇时，立面凹角处的平均流挂时间为2.5min，成膜实干时间为7.5h，另外还测得产品冰点也低于-5，综合效果最佳。据此结果，要求用户施工时刷两道涂料之间的时间间隔不得低于8h，以防止流挂和发白现象。此外，尽管产品中原含有抑泡和消泡剂，但因低温条件下黏度增大，补加助剂时搅拌产生的气泡不易消除，还需补加少量消泡剂。采用NXZ消泡剂进行补加，其添加量和添加搅拌速率对产品消泡效果的影响如表1所示。结果表明，NXZ添加量为0.2%(W)，搅拌速率为700r/min时，消泡效果最佳。 表1水性木器涂料中加消泡剂NXZ的消泡效果 注：“消泡不足”指漆液中仍有大量气泡存在，“消泡过量”指涂膜表面出现消泡凹陷，“较差”指涂膜中气泡较多，“一般”指涂膜中有少量气泡，“较好”指涂膜中无气泡或极少但膜面不平整，“优”指涂膜中无气泡或极少且膜面平整。 图4防冻剂对水性木器涂料涂刷流挂(F)和成膜干燥时间(D)的影响 根据上述结果，针对用户意见和施工人员的要求，结合企业实际，对包括原料成本和库存、产品工艺的调整程度，加工成本和时间效率、施工性能和效率等多方因素进行了综合评估，提出了对水性木器涂料低温条件下施工问题的5套解决方案。对5套方案分别进行了测试评估，其结果对比见表2。经企业综合评估权衡后，最后选取了方案5，即在原水性木器涂料产品中按质量分数添加：2.0%成膜助剂Texanol、0.2%流平剂W467、1.0%防冻剂丙二醇、0.1%润湿剂AG401、0.2%消泡剂NXZ。 表2水性木器涂料低温条件下施工解决方案对比 其添加工艺为：将成膜助剂Texanol、防冻剂丙二醇和润湿剂AG401先行混合，600r/min搅拌10min混匀后，一次性加入到900r/min搅拌的水性木器涂料中，搅拌分散10min后加入流平剂W467，再搅5min，然后降低搅速至700r/min加入消泡剂NXZ续搅25min，静置12h，过滤分装。施工工艺为：基材打磨底漆封闭打磨去刺透明腻子嵌缝补孔细磨涂底漆(立面涂一道，平面涂两道)-精磨头道面漆点磨二道面漆。每道涂料实干后再进行打磨，间隔时间不得低于8h(在室内采取加热催干时可视情况减少)。该方案成本低廉，加工调整方便，改良后的产品现场施工效果良好，基本解决了厂家生产的水性木器涂料在低温条件下施工的问题，提高了产品施工质量，受到生产企业和施工用户的一致好评。4.结论在水性木器涂料市场发展的初级阶段，很多用户和施工人员对产品有一定的误解和偏见，以致用户不按产品说明和企业建议，在冬季低温条件下进行施工而出现质量问题。在这种情况下，企业如果仅从单一经济利益角度出发，可以完全合理地拒绝承担责任，但其代价很可能就是丧失一个来之不易的客户资源。有鉴于此，厂家主动承担了责任，并回收产品进行再加工调整，羸得了用户的理解和感激。并通过与施工人员协作，成功解决了水性木器涂料低温施工的难题，获得了对方高度好评。通过努力，企业不仅培育了一个忠诚用户，并在当地市场树立起了品牌形象和口碑。这对于积极探索水性木器涂料发展道路的国内同行厂家，也提供了一个很好的参考实例。