水性木器擦涂着色剂的研制及其应用

data-full-width-responsive="true"> 在家具、木器( 门窗、地板、玩具、工艺品等) 和家居装饰等领域，每年要消耗大量涂料及其辅助材料，由此而产生大量挥发性有机化合物，严重污染了环境，并危及人类生存环境和身体健康。近年来，我国水性涂料的发展引起了人们高度重视，在此期间我国政府推出了一系列政策、法规和标准，进一步推动了水性木器涂料的发展，并取得长足的进步。但是，受到了某些核心技术、配套产品和施工应用等因素的制约，水性木器涂料的发展不尽人意。在我国水性木器涂料的发展过程中，研究人员集中致力于合成树脂的研发，而未兼顾相应配套材料及施工等方面的研究，其中作为辅助材料的木材着色材料成为水性木器涂料发展瓶颈之一。1 目前主要的木材着色材料及工艺目前，在家具生产和室内装饰中使用的木材着色剂主要有溶剂型的擦色宝又称格瑞斯( Glaze) 、水老粉和树脂色浆这3 种木材着色剂。1 1 水老粉着色剂及其施工水老粉着色剂是一种传统的木材着色材料，即在容器内将水、老粉( 碳酸钙) 和氧化铁类颜料按一定比例混合均匀，然后用棉纤维将其均匀擦涂木材表面进行木材着色与填孔，也就是所谓基础着色。然后再将酸性染料用水溶解配成水色( 现称为色精) 进行修色，从而使木材表面色泽达到样板要求的色泽。着色材料在施工现场现配现用，其优点是方便，没有任何有机物排放，缺点是这种着色剂分散不充分，没有流变性，干燥很快，可擦涂时间短，擦涂时很费力，且不易均匀着色，对施工人员的技能要求很高，在施工现场布满粉尘，对生产环境污染严重，施工完毕后剩余材料随即丢弃。因此水老粉着色材料不能成为水性木器涂料的辅助材料。1 2 Glaze与树脂色浆木材着色剂Glaze与树脂色浆着色剂的成分对比见表1。表1 Glaze与树脂色浆着色剂的成分对比由表1 可知，除树脂色浆组成物中没有应用涂料助剂外，两者的组成基本相同。而Glaze配方组成更为科学合理，延时干燥时间等性能明显优于树脂色浆着色剂，同时Glaze的分散状态、流变特性和稳定性等也都优于树脂色浆木材着色剂，因而能成为一种真正的商品。由表1 还可以看出，①这2 种着色剂均为溶剂型; ②两者的组成物均含有邻苯类的增塑剂，此类物质在环保标准中被视为有害物质，被禁止使用，特别是在玩具和儿童居所等领域是严禁使用的，因此这2 种着色剂都不是环保产品。两者的制造工艺都是先制成单色色浆，然后再按样板配成所需色泽、色浆，都要求操作人员具备一定的操作技能，使用不便，无法满足DIY 涂装需求。Glaze 着色剂与树脂色浆在相似的环境条件( 20 ℃、相对湿度60%) 下，可擦涂时间分别为5 ～ 6min 和3 ～ 4 min，均不能满足工业化生产需求，因此Glaze和树脂色浆这2 种木材着色剂也不是水性木器涂料理想的着色辅助材料。综上所述，研制一种新的环保型水性木器涂料的辅助材料水性木材擦涂着色剂很有必要。2 水性木材擦涂着色剂的研制2 1 水性木材擦涂着色剂的要求水性木材擦涂着色剂是水性木器涂料涂装工艺中的一种配套产品，是一种辅助材料。首先，它应保障水性木器涂料涂装的终端产品符合一系列标准: GB/T 239992009《水性木器涂料》，GB/T 246132009《室内装饰装修材料: 水性木器涂料中有害物质限量》，GB/T 246132009《玩具用涂料中有害物质限量》; 为适应产品的出口，还应满足国外相应标准: 欧盟EN － 71 第三部分，美国ASTM F963，美国消费者改善法案CPSIA。其次，这种着色剂在保障得到高质量装饰效果的终端产品的同时，还要求能简化操作工序，使木材着色、木材填孔和底材封闭这3 种操作工序能一次完成，提高涂装效率和减轻劳动强度。最后，要求它能适合多种产品的涂装，如木器、家具、地板、门窗、室内装饰、儿童家居和玩具等，不仅适合室内涂装，而且适合户外用品的涂装。2 2 水性木材着色剂的组成及其作用2 2 1 水性树脂水性树脂是水性着色剂中的主要成膜物质，将着色剂中的颜( 染) 料粒子和体质颜料粒子粘结起来，随着擦涂作用，着色剂能均匀涂布于底材表面或压入木孔内，使底材着色。水性涂料如聚醋酸乙烯聚合物、乙烯－ 醋酸乙烯共聚物、EVA 乳液、水性醇酸乳液、水性环氧乳液、水性聚氨酯乳液、水性丙烯酸乳液以及其他各种改性水性聚合物等，均可作为水性着色剂的成膜物质。在配方中，不仅需要考虑木材表面的着色，更要考虑着色的效果，同时还要考虑底材的封闭与填孔问题。在水性木器涂料中，通常以丙烯酸乳液作为水性底漆和水性固封底漆使用，同时丙烯酸乳液可以制得粒径为60 ～100 nm 的微乳液。这种细小粒子将能携带颜( 填) 料深入木孔内，在木孔内成膜对底材深处进行封闭和着色，这样着色就有深度的层次，能体现出鲜与活的着色效果。水性木材着色剂配方见表2。在配方中，以水性丙烯酸乳液用量占配方总量的5% ～6%比较适中。如少于5%，就会产生水老粉工艺的相同缺陷如擦涂困难、颜色不易涂擦均匀、易起粉、对涂擦技艺要求高等; 如多于6%，则可涂擦时间就会缩短，或需增加延时干燥高聚物的用量。综合考虑认为水性丙烯酸乳液用量在5% ～6%比较恰当。2 2 2 延时干燥物质延时干燥物质的作用是延缓着色剂的干燥速度，延长干燥时间，增加可擦涂时间，便于操作，满足大面积涂饰或工厂化涂装要求。延时干燥物质一般由慢干性树脂与沸点高的溶剂组成。如在溶剂型着色剂中，慢干性树脂可选择长油度醇酸树脂，高沸点溶剂可选择邻苯二甲酸二辛酯类，两者结合即可作为延时干燥物质。在水性木材着色剂中，可采用EVA 乳液与水性醇酸相拼合作为延时干燥物质，或采用长碳氢链的水溶性亚麻油树脂与高沸点醇醚助溶剂相结合作为延时干燥物质。