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双组分水性木器玩具涂料的应用研究

http://www.pf.hc360.com2011年09月22日09:38涂料涂装资讯网

    蔡健奋谢健陈爱东

    (力美(福州)涂料有限公司350017)

    摘要:介绍了玩具涂料的市场及其发展趋势,分析双组分水性玩具涂料的性能要求、特点,包括齐聚物高分子多元醇的选择、成膜机理的分析,探讨其施工特点、漆膜弊病、干燥方式等机理。

    关键词:玩具涂料;水性聚氨酯涂料;木器涂料

    前言

    随着世界经济的稳步增长,玩具产品的消费需求日渐扩大。作为全球最大的玩具生产基地,中国拥有国际玩具产品70%以上的市场份额,年出口玩具总额超过170亿美元,毋庸置疑地成为世界上最大的玩具制造国和出口国。我国的玩具出口市场集中在美国(49.0%)、欧盟(20.2%)、日本(6.0%)和中国香港(11.4%)等地,广东、浙江、上海、山东、江苏和福建是中国玩具最重要的生产和出口基地,占中国玩具年销售额的95%以上,其中广东为最主要产地。在当前严峻的全球经济形势下,欧美政府设置重重出口壁垒,玩具行业正在承受出口市场低迷与生产成本和技术门槛提高的双重压力。与此同时,本着健康、环保、安全与经济可持续发展的初衷,世界各国或地区建立了严格的玩具管制标准与法规,并且不断加以更新、细化。玩具行业引发的诉讼事件此起彼伏,相关法规的制裁也日趋严厉,特别是VOC(挥发性有机化合物)的限制,给制造商、进口商和零售商带来了巨大挑战。目前市场上使用的木器玩具涂料大部分以硝基漆为主,因硝基漆有其自身的优点:干燥快、施工方便、无使用时间限制、价格低廉等。但硝基漆也有其缺点:固体分低、丰满度差、耐溶剂性、耐化学品性差等,环境污染大是其最主要的缺点,因此,硝基漆终究会被环保型涂料所代替。而水性涂料具有无毒、无污染、难燃、贮存运输方便、节能等优点,随着各国环保法律、法规逐渐健全,水性涂料替代传统溶剂型涂料是大势所趋,也必将成为未来涂料的发展方向。

    1 水性木器玩具涂料的性能要求

    由于水性乳液或分散体大多为热塑性,其较高的相对分子质量不能形成良好而稳定的水分散体,因此其硬度、耐水、耐溶剂等性能达不到溶剂型涂料的水平,为改进、提高水性涂料的性能,本文研究通过加入多异氰酸酯固化剂来提高交联密度,从而改善漆膜性能。本公司经过大量的市场考察总结,目前市场上客户对水性玩具涂料的性能要求如下:

    (1)首先必须无毒,能够提供进口商认可的独立第三方检验机构的检测报告,检测结果一般要通过以下几项标准:ASTMF963-07、ASTMD-3421-75、EN71-part3-part9、CHAT-3和RoHS等,具体视客户而定。

    (2)要求无气味,客户在打开玩具包装盒时要求不能闻到有明显的刺激性气味。

    (3)抗刮伤、硬度、柔韧性、耐温变、抗回粘、手感等性能要符合要求。尤其是耐回粘、耐温变性要好,否则产品会有粘附在一起或开裂等情况发生,因有的产品须经过海上长途运输,经过赤道地区时集装箱里的温度高达70~80℃,而有些地方的温度会在0℃以下。

    (4)漆膜耐光性要好、不能变色、能封得住油脂、不能有批次色差等,还必须满足玩具多种色彩的需求。

    2 水性高分子多元醇的选择与成膜机理

    双组分水性木器玩具涂料中高分子多元醇的选择因不同产品的性能要求而定,根据化学结构可将高分子多元醇分为:聚酯多元醇、聚氨酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇及杂合多元醇等,聚丙烯酸酯多元醇具有较低的相对分子质量,较高的羟基官能度,形成涂膜后涂膜交联密度高、耐溶剂、耐化学品、耐温变、抗回粘、耐候性等效果好,因其对颜料的润湿性、性价比高,尤其适用于色漆。对水性高分子多元醇的选择一般应符合以下要求:(1)粒径越小越好,这对于分散体的透明性和涂膜的透明性都有利,对颜料、填料和多异氰酸酯的分散能力也会越好,但粒径太小会造成体系的粘度过高,所以粒径的大小与分散体的粘度最好能达到平衡点。(2)相对分子质量的高低应适中,分子链中应具有一定的刚性链段等。BAYER的XP2427是不错的聚丙烯酸多元醇。双组分水性涂料的成膜不同于一般单组分水性涂料,所谓的双组分水性涂料是由A组分多羟基齐聚物和B组分多异氰酸酯混合组成,其成膜过程包含了有机溶剂挥发和交联固化反应,当A、B两组分充分混合搅拌后才能使多异氰酸酯分散在水体系中,此时多异氰酸酯粒子与齐聚物粒子开始融合,A组分的羟基与B组分的异氰酸酯基就会发生交联反应,成膜速度的快慢由—NCO与—OH的比例及溶剂的挥发速度决定,其会影响体系的活化期和涂膜起泡等性能,成膜速度应控制适当,以避免CO2的逃逸而使涂层形成气泡,一般在15~30min后水基本挥发完,分散体粒子开始堆积,分子链扩散越过粒子边界产生融合,最后完全固化形成完整涂膜,而活化期的长短会影响到涂料的使用时间,根据笔者多年的经验,水性双组分涂料活化期长短的判定,不应只从体系粘度的变化来判定,而应从体系的粘度变化和涂膜的光泽变化两方面综合来判定。如果表干太快的话,来不及挥发的有机溶剂被包裹在涂层里面,从而影响涂膜的综合性能。

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