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新国标聚氨酯清漆的配方设计探讨,探讨了聚氨酯清漆主漆、固化剂和稀释剂配方选择与材料搭配,使之符合强制性新国标
2019年10月14日    阅读量:1337     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

0 前 言

强制性国家标准GB18581-2009《室内装饰装修材料 溶剂型木器涂料中有害物质限量》已于2010年6月1日开始实施,修订后的GB18581标准的内容对室内用溶剂型木器涂料和木器用溶剂型腻子中的有害物质规定的限量值更加严格规范。新标准实施后,对减少对室内外环境的污染、保护人的身体健康起着更积极的意义。


新标准的实施,对涂料生产制造厂家和原材料生产供应厂商产品和原料提出了新的技术标准和要求,尤其是聚氨酯类涂料中明确规定了固化剂中游离单体、溶剂中的三苯含量、可溶性重金属含量和挥发性有机化合物等有毒有害物质的限量中国机械网okmao.com。新标准强制规范了企业必须选用技术指标达到GB18581-2009标准要求的原材料,这对国内的一些原料生产厂家是一个冲击,也是对涂料生产厂家的一种鞭策。


而聚氨酯涂料中的清漆(包括清底漆与清面漆),由于树脂、溶剂含量高,更难达到新国标要求,本文基于此着重探讨了聚氨酯清漆主漆、固化剂和稀释剂配方选择与材料搭配,使之符合强制性新国标。


1 试验部分

1.1 原料及配方(见表1)

原材料及配方

新国标聚氨酯清漆的配方设计探讨,探讨了聚氨酯清漆主漆、固化剂和稀释剂配方选择与材料搭配,使之符合强制性新国标 中国机械网,okmao.com

原材料及配方

1.2 测试

环保测试依据GB18581-2009《室内装饰装修材料 溶剂型木器涂料中有害物质限量》进行,性能测试依据GB/T23997-2009《室内装饰装修用溶剂型聚氨酯木器涂料》规定的测试方法进行。

1.2.1 试验仪器及设备

分析天平;锥形瓶,容量50 mL,配有磨口玻璃塞,或容量为50 mL配有隔垫瓶盖密封的样品瓶;单刻度移液管,容量10 mL;量筒,容量25 mL;单刻度容量瓶1 000 mL;样品注射器,容量2 μL或10 μL;气相色谱仪,具有可更换的玻璃材质的衬管、氢火焰离子检测器和积分仪。

1.2.2 测试方法

挥发性有机化合物(VOC)含量的测试按GB18581-2009附录A规定进行;苯、甲苯、乙苯、二甲苯的测试按GB18581-2009附录B规定进行;游离二异氰酸酯(TDI、HDI)含量的测试按照GB/T18446-

2009的规定进行;卤代烃含量的测试按GB18581-2009附录C规定进行。


2 结果与讨论

2.1 新老标准的主要差异[1]

新执行的GB18581-2009标准在原标准基础上更加严格了有害物质的控制要求,进一步扩大了标准的适用范围、增添了有害物质的控制种类,使新标准整体水平要求达到国际先进行列。

2.1.1 适用范围方面的差异

新国标在原标准只适用于聚氨酯类、硝基类和醇酸类溶剂型木器涂料基础上,增添了聚氨酯类涂料底漆及溶剂型腻子的有害物质限量要求,还规定不适用于辐射固化涂料和不饱和聚酯腻子。

2.1.2 术语和定义的差异

在术语方面,新国标较原国标更加规范,给出了“挥发性有机化合物(VOC)”、“挥发性三苯含量”、“聚氨酯类涂料”、“硝基类涂料”和“醇酸类涂料”5个术语的标准英译及定义。

2.1.3 挥发性有机化合物(VOC)含量

由于国际上对挥发性有机物(VOC)的定义没有统一规范,原国标没有作出具体定义解释,而新国标则定义了挥发性有机物(VOC)是指“在101.3 kPa标准大气压下,任何初沸点低于或等于250 ℃的有机化合物”。而在限量值方面均比原国标更加严格,同比限量值均降低了3%~10%。

2.1.4 苯、甲苯、二甲苯、乙苯和甲醇含量

在测试方面针对原国标在实施中发现的不足,新国标更改为先分别测定主漆、固化剂、稀释剂中的有害物质含量,再按产品说明书上的施工配比计算混合后的总量,而且测试增加了重复性,再线性的规定。测试仪器气相色谱分离柱改为了毛细管柱,是分离效果更加优化。在硝基类涂料中增添了甲醇的限量值规定。

2.1.5 游离二异氰酸酯(HDI、TDI)含量

新国标游离甲苯二异氰酸酯(TDI)的测试采用《色漆和清漆用漆基—— 多异氰酸酯树脂中单体二异氰酸酯的测定》方法标准已从原国标的GB/T18446-2001更新为GB/T18446-2009,更新后的测试标准测试适用范围更宽,可以适用于多种二异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯以及其他类型的二异氰酸酯)单体含量的测定,而且把原有的填充色谱柱测试换为毛细管色谱柱测试,使分离效果更好。新测试标准更换了气相色谱仪的内标物,有原有的1,2,4-三氯代苯作为内标物更换为使用十四烷或蒽作为内标物,而且增加了测试精密度与重复性。

2.1.6 卤代烃含量和可溶性重金属含量

新国标参考了HJ/T201-2005附录G水性涂料中卤代烃的测定——气相色谱分析法,增加了卤代烃含量测试项目。而可溶性重金属的测试方法则直接引用了新颁布的GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》中附录D可溶性重金属的测试方法。该方法是国内外通行的方法,在修订GB18582标准时对原测试方法进行了补充和完善。



2.2 聚氨酯涂料配方的设计

严格按照国家强制性标准GB18581-2009《室内装饰装修材料 溶剂型木器涂料中有害物质限量》和GB/T23997-2009《室内装饰装修用溶剂型聚氨酯木器涂料》中的标准和性能要求而设计配方。根据溶剂型木器涂料高固低黏的发展方向,设计时应选用高固体分低黏度的树脂作为基料,提高涂料的不挥发分和施工性。

2.2.1 聚氨酯透明底漆配方设计

2.2.1.1 树脂的选择[2]

底漆树脂的选择,从环保方面着手,首先要选择树脂的溶剂体系,由于新国标中有苯及苯系物含量的限定,所以选择树脂溶剂体系时最好选用无苯或高沸点芳烃溶剂体系。试验中选取了表2所示5种不同品牌的树脂做了测试。对不同品牌树脂用参考配方进行了打磨性与抗塌陷性测试,试验结果如表3所示。

聚氨酯底漆及哑光清漆用树脂

树脂打磨性与抗塌陷性测试结果

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在双组分聚氨酯底漆中,常用的树脂主要有脂肪酸短油度的大豆油醇酸树脂或椰子油醇酸树脂,设计高耐候性底漆时也会使用羟基丙烯酸树脂。同时还要求满足底漆涂膜的各项性能,如干燥速度、打磨时间、抗塌陷性和打磨性等。

2.2.1.2 填料的选择

底漆填料中重金属等有害物质含量极微小,故新国标GB18581-2009中对聚氨酯透明底漆中的填料环保性未作要求。从性能方面考虑,填料选用了滑石粉与硬脂酸锌搭配,选用了滑石粉增加了底漆的透明性和填充性,降低了配方成本,硬脂酸锌的加入会明显改善底漆的消泡性和打磨性,但添加量过多会影响涂层间的附着力,提高配方成本。

2.2.1.3 助剂的选择

助剂在体系中含量极少,对环境影响小,且如果选用正规厂家的助剂都已达到环保要求。底漆的助剂除了加入消泡剂、流平剂润湿分散剂外,还可以考虑加入0.01%~2%的催干剂,使得涂膜表面在短时间内达到可负荷性,如早期的耐溶剂性,更高的涂层硬度和打磨性提前等。但要注意的是,有机锡催干剂在国际标准中禁止加入,所以最好选用无锡的金属羧酸盐。

2.2.2 聚氨酯哑光清面漆配方设计

2.2.2.1 树脂的选择

环保方面,与聚氨酯底漆相似,首先要关注树脂的溶剂体系。一般来说,聚氨酯清面漆与清底漆的树脂是可以通用的,所以试验中选用了表2所列树脂用参考配方进行了测试,结果如图1所示。

聚氨酯哑光清面漆树脂一般选用豆油酸短油度醇酸树脂、椰子油短油度醇酸树脂、饱和聚氨酯树脂。改性树脂主要是硝化棉、氯醋树脂、醛酮树脂、醋酸丁酸纤维素(CAB)等。设计时还应考虑到哑光清漆的消光性、丰满度、耐冲击性等各项性能。

聚氨酯哑光面漆光泽测试结果

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2.2.2.2 消光粉的选择

消光粉选择时应考虑以下几点:①易于分散;②消光性能好,低加入量就可以产生强消光性能;③对涂膜的透明性干扰小;④对涂膜的力学性能和化学性能影响小;⑤在液体涂料中悬浮性好,长时间贮存不会产生硬沉淀;⑥对涂料流变性影响小;⑦化学惰性高。

2.2.2.3 助剂的选择

除了常规助剂外,聚氨酯哑光清面漆在助剂选择时还可以选用亚粉排列助剂,使消光剂得到最佳定向。可以在难以消光的高固聚氨酯涂料体系中,杜绝“耀光”现象发生。常用的亚粉排列助剂有

BYK323、EFKA3299等。

2.2.3 聚氨酯亮光清面漆配方设计

2.2.3.1 树脂的选择

聚氨酯亮光清面漆的树脂选择,试验中选取了表4所示5种不同品牌的树脂做了测试。

聚氨酯亮光清漆用树脂

新国标聚氨酯清漆的配方设计探讨,探讨了聚氨酯清漆主漆、固化剂和稀释剂配方选择与材料搭配,使之符合强制性新国标 中国机械网,okmao.com

对不同型号树脂用参考配方进行了光泽与测试,试验结果如图2所示;48 h后硬度测试结果如表5所示。

聚氨酯亮光面漆树脂光泽测试结果

新国标聚氨酯清漆的配方设计探讨,探讨了聚氨酯清漆主漆、固化剂和稀释剂配方选择与材料搭配,使之符合强制性新国标 中国机械网,okmao.com

聚氨酯亮光清面漆48 h后硬度测试结果

聚氨酯亮光清面漆选用的树脂通常为C8~C9的合成脂肪酸醇酸树脂、丙烯酸树脂的单独使用或搭配使用,也有选用蓖麻油或蓖麻油醇酸树脂、豆油酸短油度树脂、椰子油短油度醇酸树脂等。设计时应主要考虑亮光清面漆光泽与丰满度。

2.2.3.2 助剂的选择[3]

在聚氨酯亮光清面漆助剂的选择方面,应小心谨慎,因为助剂搭配不当而使聚氨酯亮光清面漆出现暗泡、缩孔等涂膜弊病时有发生,本配方选用了有机硅流平剂BYK333和有机硅消泡剂BYK141,它们共同的优点是混溶性好,而BYK333可以增进表面滑爽和改进底材润湿,还可以防缩孔。

2.2.4 固化剂配方设计[4]

双组分聚氨酯底漆的干速和耐候性除了与树脂本身性能有关外,还取决于固化剂的种类,底漆固化剂选择主要是选用韩国AKNATE公司的AK75和意大利SAPICI公司的HRB,其优点是游离TDI含量低,—NCO基团含量高,实干性能好,AK75和HRB拼用,不仅游离TDI优于国家标准,成膜性能好,而且有利于涂膜的连续施工。面漆固化剂选用德国Bayer N-3390和SAPICI公司的OK﹒D﹒S混拼,因其游离单体含量低,可明显提高涂膜的消光性、耐冲击、耐黄变等性能,给予涂膜持久亮丽提供有力保证。

2.2.5 通用稀释剂配方设计

通用稀释剂原料主要是芳烃类、酯类、酮类,此三类溶剂对聚氨酯漆的溶解力好,而且不影响涂膜的物化性能,从保护人的身心健康和环境因素方面考虑,主要选择酯类的醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯,酮类的甲基异丁基酮和环己酮等,此二类溶剂混溶使用不仅满足了聚氨酯涂料施工性及涂膜的各项物化性能,而且满足了国标规定的环保要求。

2.3 各项因子理论值计算与实际测量值比较

聚氨酯透明底漆与固化剂、稀释剂的配比按1∶0.5∶0.5进行测试;聚氨酯哑光清面漆与固化剂、稀释剂的配比按1∶0.5∶0.5进行测试;聚氨酯亮光清面漆与固化剂、稀释剂的配比按1∶0.7∶0.5进行测试。理论值计算根据原材料供应商提供的SGS检测报告用参考配方进行计算;实际测量值由国家涂料检测中心进行测试。结果见表6。

各项因子理论值计算与实际测量值比较结果

新国标聚氨酯清漆的配方设计探讨,探讨了聚氨酯清漆主漆、固化剂和稀释剂配方选择与材料搭配,使之符合强制性新国标 中国机械网,okmao.com

3 结 语

本文探讨了室内装饰涂料新国标实施后,对聚氨酯涂料主漆、固化剂、稀释剂所用原材料的选择和使用,使之在性能最优的前提下更加环保健康。随着人们的物质生活水平不断提高,人们对健康的日益重视,国家对环境保护的法律法规的不断推动规范,木器涂料必将向环境友好型发展,前景非常广阔。


新国标聚氨酯清漆的配方设计探讨

□ 谭学峰1,陈炳耀1、2,张 熠1、2,陈明毅1、2, 易志华2

(1.广东三和化工科技有限公司,广东中山 528429; 2.佛山夫田涂料化工有限公司,广东佛山 528325)


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