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戶外木器用水性防護涂料制備及性能研究,從樹脂、蠟乳液、光穩定劑、防霉防藻劑等的選擇,討論影響水性木器涂料戶外耐候性的因素,并制備了性能優良的產品,用于戶外木器防護持久有效
2019年10月21日    閱讀量:1486    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 前 言

由于木材本身的多孔性及吸濕性,在戶外日曬雨淋、冷熱變換及微生物侵蝕等環境下,易出現開裂、發霉、粉化等腐化現象,對木材的性能和美觀有極大的影響,其最簡單有效的防護手段就是涂覆涂料[1]。


而在我國,用于戶外木器防護的傳統溶劑型涂料含有大量有機揮發物,會對環境及人體健康造成較大的危害,因此本研究開發出一種性能卓越、環境友好、低毒的戶外用水性木器涂料,通過與市售不同類型的競品進行對比,討論影響戶外耐候的主要因素。

 

1 現有戶外防護涂料及作用原理

現用于戶外木器涂裝的涂料主要有以下幾類:

(1)傳統溶劑型涂料中國建材網cnprofit.com。此類涂料主要為硝基類、醇酸類、雙組分聚氨酯類等,通過在木材表面成膜對木材提供防護,成膜物質的性能決定戶外耐候防腐的效果,干燥速度快、耐水性好,但VOC含量高,對環境污染較大。

(2)木蠟油。主要以梓油、亞麻油、蘇子油、松油、棕櫚蠟、植物樹脂及天然色素融合而成,是純天然木器涂料。木蠟油中的油能滲透進木材內部,給予木材深層滋潤養護;蠟能與木材纖維緊密結合,增強表面硬度,防水防污,耐磨耐擦,給木材提供較好的養護和裝飾作用,但干燥速度慢,氣味持久。

(3)水性木蠟油。一般是在油性木蠟油的基礎上改進的化工合成產品,可加水稀釋,也有使用防腐液滲透進木材并緩慢揮發為木材提供防腐效果,或添加色漿吸收紫外光,進一步提高耐候性。

(4)戶外用水性木器涂料。由于丙烯酸乳液具有良好的耐候性、耐化性及柔韌性等優點,此類涂料一般采用丙烯酸乳液作為主體樹脂制作配方,與傳統溶劑型涂料作用原理類似,但具有低味環保、性能優異的特點。

 

2 戶外水性木器涂料的制備

2.1 乳液篩選

不同類型的丙烯酸乳液性能差異較大,本實驗選用綜合性能較好的純丙乳液進行測試[3],乳液樣品由國內知名供應商推薦并提供,基本指標見表1。

乳液基本信息

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將以上3款乳液按表2配方進行制樣測試,涂膜基本性能測試結果見表3。

水性清漆配方

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涂膜基本性能測試結果

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根據表3中測試結果,3款配方基本性能差異不大,將以上3款配方刷涂松木板兩道,置于戶外自然曝曬1個月(5月至6月),測試結果如圖1所示。

戶外測試1個月結果

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根據圖1,配方1和配方2在戶外自然條件下經過1個月后涂膜出現開裂,涂膜手感降低,光澤明顯下降,木板出現發霉老化等不良現象,而配方3表現較好,基材色澤如新。

綜合以上測試結果,乳液C硬度較好,抗沖擊佳,戶外耐候性佳,因此選用乳液C作為戶外木器涂料的成膜物質。



2.2 關鍵助劑的搭配

為進一步提高涂膜對木材的保護性及持久性,需要在表1基礎配方中加入一些功能助劑,各助劑主要作用如下。

(1)干膜防霉劑。在戶外潮濕條件下木板基材及涂料干膜易出現長霉情況,導致涂膜出現開裂、強度下降、附著力變差等不良現象,干膜防霉劑可以阻礙微生物代謝和遺傳、破壞細胞壁和細胞膜、阻斷光合作用等,與殺菌劑搭配能有效地起到罐內殺菌防腐,干膜防霉防藻的效果[3]。本實驗采用異噻唑啉酮類干膜防霉劑,具有廣譜高效、持久低毒的特點,添加量占總配方量為0.5%(分數質量,后同)。

(2)蠟乳液。本實驗采用非離子改性的石蠟乳液,能明顯地提高涂膜憎水性、涂膜手感及耐磨性能,并有一定的消光作用,配方中添加量為2%。

(3)光穩定劑。導致聚合物材料老化的諸因素中,紫外線是極其重要的一個[4]。本實驗采用苯并三唑類紫外吸收劑(UVA)和堿性受阻胺(HALS)復合型光穩定劑,預先溶于成膜助劑后加入,具有極佳的性價比與耐久性,配方中添加量為2%。

2.3 與市售不同類型戶外木器涂料耐候性對比

從市面上收集到3款不同類型的戶外木器用防護涂料,基本信息見表4所示。

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競品信息

為更好地與競品作對比,在清漆配方中加入一定量的鈦白色漿(市售,70%鈦白粉含量)進行調色,清漆與白漆配方見表5所示。

測試配方

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將配方4、配方5與競品三平行測試原漆及涂膜基本性能(競品一涂膜慢干、競品二不成膜,均無法參與測試),測試結果見表6所示。

基本性能測試結果

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不同的基材在戶外環境下的腐化趨勢和速度不同,用于戶外景觀、木棧道或木質柵欄等的主要木材有俄羅斯樟子松、北歐赤松、西部紅雪松、黃松及碳化木等。本實驗采用性價比和市場占有率較高的樟子松防腐木、樟子松碳化木和普通松木作為基材,進行戶外實驗測試,3種木材的特性如表7所示。

實驗用基材特性

戶外木器用水性防護涂料制備及性能研究,從樹脂、蠟乳液、光穩定劑、防霉防藻劑等的選擇,討論影響水性木器涂料戶外耐候性的因素,并制備了性能優良的產品,用于戶外木器防護持久有效 中國建材網,cnprofit.com

將表7所示3種基材經打磨后刷涂配方4、配方5及競品各兩遍,置于戶外自然環境下12個月觀察不同樣品對木材的防護效果。測試結果見表8,具體效果如圖2、圖3、圖4所示。

戶外木器涂料防護效果

松木基材上戶外防護性能測試

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樟子松防腐木基材上戶外防護性能測試

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樟子松碳化木基材上戶外防護性能測試

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3 應用案例

以上配方經調色后在上海崇明島某自然保護區試用,該保護區地理位置靠近海邊,紫外光照射強,有海水及鹽霧侵蝕,濕地內有大量鳥類棲息,且漲潮期時水面會淹沒木棧道,本產品在此環境下經過近1 a的時間,涂膜完整,無剝落、粉化及開裂現象,各項性能良好,見圖5所示。

戶外木棧道/長椅測試

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4 結 語

本實驗研究開發出一種以純丙乳液為成膜物的可用于戶外木器防護的水性木器涂料,耐候性優異,能對木材提供長久有效地保護,可替代現有的溶劑型涂料。同時,根據實驗結果能看出,在清漆中添加色漿能提升其防護性能,原因是顏料能吸收和反射紫外光,更有效地防止紫外光透過涂膜對木材造成破壞;樟子松防腐木和碳化木相對于普通木材,具有更好的耐候性和防腐性,在此基材上能更好地發揮涂料的防護性能,因此用于戶外的木制品,以此類木材為佳。


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