新一代水性木工构件用丙烯酸乳液耐候性

BMA004

Lilyane Morino(Rohm and Haas EL-AFC Coating)

译 / 吴俊 ( 罗门哈斯（中国）投资有限公司，上海 201203)  

    摘要：介绍了木工构件涂料用水性丙烯酸优越条件，系统阐述了第四代产品即水性丙烯酸本身最优化的聚合过程和合成，体现了自身的耐候性特点，最终实现罗门哈斯第四代丙烯酸乳液完全达到建筑构件市场的要求。

    关键词：木工构件；户外耐候性；曝晒试验；丙烯酸乳液；光泽
    0 前 言
    作为木工构件用基料，其室外耐久性的要求是严苛的。过去的数十年间，罗门哈斯在其位于法国南部的曝晒场中，评估了 4 代水基木工构件用基料。这个区域的曝晒结果已经被证实是模拟了真实环境的，并且在一定程度上是加速了 1.5 倍甚至 2 倍的。
    最初 3 代水性丙烯酸乳液的室外曝晒经验累积，帮助我们开发了最新一代的水性丙烯酸木工乳液。新一代产品的清漆和色漆在不同木材底板上的应用，也已有近 4 a 的曝晒实验结果。实验结果显示：相比其他商业化的水性木工基料，我们最新的产品技术能提供更好的耐曝晒效果。
    1 曝晒条件概述
    室外耐久性是显示一支木工乳液的适用性的最重要途径。
    自 20 世纪 80 年代起，罗门哈斯在欧洲曝晒场就持续开展支持墙面涂料和室外工业涂料的经验累积。公司位于法国南部的曝晒场高踞阿尔卑斯山，有着温暖的夏天，潮湿的春秋季和寒冷的冬天，提供频繁的冻 - 融循环。紫外线、温差和湿度因素的影响，以及朝南 45 °仰角的曝晒实验都加速了测试。记录确认了此地的曝晒系数是全欧正常的曝晒条件的 2.5 倍。
    2 目 的
    我们的目的是开发出适合欧洲木建筑构件市场需求的性能超群的纯丙烯酸聚合物。这个目标通过逐步改进聚合合成及优化配方来达成。
    在每个发展阶段，作为木制建筑材料涂料，需评估清漆和色漆的以下几个主要性能：
    (1) 理想的透明度，能展示木材美观的表面或美化木材；
    (2) 罐内稳定性，黏度及 pH 值等参数稳定；
    (3) 施工便利性。包括喷涂施工性，以及在不同温度和湿度条件下成膜的稳定性 ;
    (4) 各种耐受性能：耐磨抗划伤，早期抗粘连抗压；
    (5) 耐化学品（如：水泥、家用窗户清洁剂）。
    即便已被证实 QUV （人工加速老化）和室外曝晒结果没有很好的相关性，涂料体系在这种模拟的“干 - 湿”循环时的表现，在评估时仍被作为一种重要预见性因素。
    要达到 10 a 或更长的室外耐久性目标，以新一代聚合物为基料的涂料配方已在进行优化和测试以满足以上的关键性能。
    有一些曝晒测试是在全球不同地区同时做评估，其中包括费城主曝晒场。气象数据 ( 温度、湿度和光照 ) 详见图 1 。
    3 聚合物及配方的历史评估记录
    作为纯丙烯酸聚合物家族，单体聚合和合成工艺对木工产品产生性能上的影响。针对欧洲木工涂料市场，罗门哈斯已连续地开发了共 4 代纯丙烯酸乳液，它们的区别仅在于单体聚合和合成工艺。这些产品都不含甲醛和 APEO 表面活性剂。
    外观： 琥珀色乳液
    固含量： 44% ～ 45%
    pH 值：～ 9
    M F F T ：－ 5 ℃
    在清漆和色漆的配方开发时，分别就成膜助剂（如醇醚类）的特性和用量，以及助剂优化做了研究。
    具体配方见表 1 ～表 4 。

图 1 Puget Theniers 的气象数据

    ( 年日照时间 2 000 h 左右 , 光照强度约 140 W/m 2 )
    表 1 室外构件用清面漆参考配方

表 2 室外构件用白面漆参考配方

    表 3 室外构件用清封闭底漆参考配方

   

    表 4 室外构件用白封闭底漆参考配方

    表 5 总结了涂料的性能表现（清漆和色漆） , 测试是在各代产品间做的相互比较 , 每一代都进行了合成改进及配方优化
  经过对发现的问题进行鉴别处理，我们在解决问题的同时，确保不对聚合物其他得到认可的特性和性能 ( 作为木工面漆的基本要求 ) 产生影响。
    4 室外曝晒流程及结果
    4.1 流程
    为确保评价的客观性，避免任何偏见，我们执行严格的规程，所有测试对象都依从相同的流程。
    (1) 底材处理
    首先打磨板材，通常预先淋或浸涂底漆。在后面可以看到底漆的特性对结果的阐述起至关重要的作用。再喷涂 2 道面漆。面漆分别是透明的、半透明的或有色的。施工和干燥养护条件决定了涂膜性能的真实反映，避免任何泡、成膜和流平问题的可能影响。所有测试板都在室温干燥 7 d 后进行曝晒实验。
    表 5 基于各代聚合物的涂料的性能表现 ( 清漆和色漆 ) 。

    (2) 测量
    一般测量保色性和光泽。标准板是用于与木板在天气中退化建立在外观上可见的可靠联系。图 2 ～图 4 是分光光度计和光泽计测试，所包含数据可评价 物理退化的趋势。图 2 显示 , 与市场产品相比，第三和第四代产品相对初始测量时的光泽下降数值 , 所有测试体系在 60 ° , 初始光泽调整在 15 ～ 20, 曝晒实验后实际光泽降至 8 ～ 5 。

    图 3 显示 , 与市场产品相比，第三和第四代产品相对初始测量时的 L 值下降（白色漆喷涂于松木）。沾污、起皮、开裂、附着力下降和霉点的趋势需要依靠视觉做客观的评级。所有测试在第一年中每 3 ～ 6 个月一次，此后 12 个月一次，除非有特殊要求做更多的测定。

    图 4 描述了基于第一代乳液的两种白漆的抗腐朽和生物侵害特性。此系列曝晒于 Spring House ，其湿度、温差和污染与 Puget Theniers 不同。以上所有数据反映了涂层曝晒于自然气候条件下的表现，为改善性能研发下一代产品提供依据。
    4.2 结果
    4.2.1 第一代聚合物的曝晒结果及木材特性对结果的影响
    涂层的耐候特性和稳定性受所选木材——软木或硬木的影响。木材软硬由细胞结构所决定。通常松类被当作软木材。文中的结果显示木材的特性对木建筑构件的长期稳定性有至关重要的作用。对约束力没影响的硬木在此应用中较适合。照片 1 、照片 2 和照片 3 展示了“松木”这种软材相比柳安所受的影响。

* 照片 1

    展示的 2 块板都涂有基于第一代聚合物的白漆配方，自 1998 年 7 月曝晒至今。板“ 98VIIa16 ”依然美观，甚至在凹槽处也没有显示有水渗透。而板“ 98VIIIa15 ”已渗水开裂，但漆膜未失去附着力。

* 照片 2   

    在这个系列中，比较了市场的水性丙烯酸乳液木构件配方和第一代聚合物，所用底板都是松木。涂有市场产品的“ 98VIIIb5 ”出现严重开裂时，而 2 块第一代聚合物样板“ 98VIIIb6 ”和“ 98VIIIb7 ”都还是 100% 完好无损。

* 照片 3   

    在硬板上的表现，三者相同。以上结果显示，曝晒数据的分析依靠于所选木材基质，不过高性能的基料还是能对木材构件涂料的稳定性产生积极影响。
    4.2.2 底漆的影响
    尽管耐久性不作为底漆的主要指标，但曝晒结果显示，一个适合的底漆选择将极大地提升面漆的性能。
    底漆的功能是提供底面与面漆的附着力。底漆还会决定对底面物质的封闭性能，以及在清漆体系中的美观性。在这个实验中我们评估了第三代和第四代产品的丙烯酸技术相对于市场产品的耐久性表现。然后，又比较了“醇酸 - 丙烯酸混拼”与纯丙烯酸这两类技术的构件底漆的效果。涂了“醇酸 - 丙烯酸”底漆的板子因水渗透而产生了严重的起皮现象。由于底漆失去附着力和柔韧性，所有面漆都表现失败。全丙烯酸系统则保持了完整性。如照片 4 和照片 5 展示了失败的情况。

＊照片 4

    最上方 2 块板的底漆是基于“醇酸 - 丙烯酸” , 渗水的深色区域显示了这种技术的弱点。照片４最下方的 3 块板涂刷了不同的丙烯酸底漆体系。第 3 ～ 6 板依旧显示令人满意的外观，包括对渗水，失光和附着力下降的防止。

＊照片 5   

    这个试验是为了确认第四代产品的清漆和色漆的良好性能。所有的板材涂刷了不同新技术的丙烯酸底漆。
    在 15 个月的曝晒后 ( 向南仰角 45 ° , 严酷的曝晒条件），全丙烯酸系统 ( 底漆和面漆 ) 保持了完整性。总之，从这些结果中我们注意到，底漆在评估面漆的耐久性中间起了决定性的作用。纯丙烯酸底漆配合纯丙烯酸面漆可以提供最好效果。
  4.2.3 小 结
    所有出自于 Puget Theniers 的关于建筑构件的基料系统的曝晒数据，证实了第四代产品户外性能的改进。

    图 5 反应了第四代构件乳液相比初期测试结果的每阶段的 L 值下降。基于第四代聚合物的白色面漆的耐久性是真实的（其他数据可被引作证明。所有体系初始白度为 95 ）。
    5 结 论
    综上所述 , 第四代产品本身最优化的聚合过程和合成，提供了户外耐久性的主要优点。这些优点包括耐沾污、耐水和机械性能。配合基于第四代产品的面漆、合适的底漆选择以及木材的天然特性都将为成功做出贡献，达到户外耐久性能的最大化。过去 10 年中，通过有计划的室外曝晒实验安排，由此所掌握的专有技术和以上实验结果表明 , 罗门哈斯第四代丙烯酸乳液完全可以达到建筑构件市场要求。

老虎

不错的产品