配制出恰當(dāng)光澤的面漆

Guido Vanmeulder，Marie-Astrid Goes，Allnex

降低消光劑含量，就能制備出具有良好流變性、透明度、耐污漬和抗劃傷性的面漆，可用于木器、彈性地板、塑料和紙質(zhì)基材表面。一種新型消光填料可用于制備通用性強(qiáng)、穩(wěn)定、易于配制的涂料體系。

近年來，啞光和超亞光面漆越來越受到高端電子產(chǎn)品、奢華包裝、化妝品包裝和家具等多個(gè)領(lǐng)域市場(chǎng)的青睞。為幫助工業(yè)產(chǎn)品制造商滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，特開發(fā)一種新型UV/EB固化聚酯丙烯酸酯基料，僅需少量的消光劑就能配制出耐久性優(yōu)異的啞光或超低啞光面漆，應(yīng)用于木器、彈性地板、塑料和紙質(zhì)基材。降低消光劑含量，可改善流變性、透明度、耐污漬性和抗劃傷性。更重要的是，這種新型消光劑是一種不含單體的無溶劑產(chǎn)品，無需任何稀釋劑便可達(dá)到優(yōu)異性能，可用于清漆和色漆，目標(biāo)用途是面漆和自修復(fù)涂料。

采用新基料配制的涂料也可使用全波段紫外光、發(fā)光二極管和電子束輻射進(jìn)行固化。

低光澤涂料所需的消光填料

從化妝品包裝到汽車、智能手機(jī)和快餐食品包裝，消費(fèi)者對(duì)啞光面漆的興趣與日俱增。特別是年輕的消費(fèi)者，對(duì)智能手機(jī)和平板電腦上的啞光面漆習(xí)以為常，也被具有相似外觀的其他產(chǎn)品所吸引。例如，在汽車行業(yè)，啞光面漆首次出現(xiàn)在內(nèi)飾件上，接著，定制服務(wù)商們開始提供全啞光外觀。最近，多款豪華車輛使用了此類涂料，現(xiàn)在，大多數(shù)汽車制造商正在探索使用啞光面漆更廣泛的可能性。消費(fèi)品(電子產(chǎn)品、汽車等)行業(yè)、混凝土防護(hù)和印刷行業(yè)中使用的木材(包括家具、木地板、櫥柜和結(jié)構(gòu)件)、塑料和金屬基材表面，對(duì)低光澤涂料的需求不斷增加。

輻射固化涂料在許多此類應(yīng)用領(lǐng)域

中，要比傳統(tǒng)涂料具有更多的優(yōu)點(diǎn)。除改善涂料性能(包括提高耐久性、抗刮傷性和耐污漬性以及透明性)外，輻射固化工藝能耗更低，產(chǎn)生的三廢更少。同時(shí)，涂料固化快，含有極少或幾乎不含揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和有害空氣污染物(HAP)。

傳統(tǒng)溶劑型和水性體系很容易配制成低光澤涂料，而100%固體分的UV固化涂料則難以進(jìn)行消光。這種體系不含可揮發(fā)的溶劑或其他稀釋劑，因此不能將消光劑帶至表面，因此，通常需要至少兩倍的消光劑用量。大量使用消光劑會(huì)大大影響涂料的流變性、外觀及各種耐性。此外，為了獲得超啞光(無光)體系，通常需要添加溶劑和單官能活性稀釋劑。

因此，100%固體分的輻射固化樹脂體系具有巨大的市場(chǎng)需求量，用這種樹脂體系很容易配制成超低光澤涂料和低光澤涂料，不會(huì)降低涂料性能。為了滿足上述需要，開發(fā)一種無溶劑的消光填料。在與少量消光劑同時(shí)使用時(shí)，該消光填料能配制出具有低光澤的100%固含量的輻射固化涂料，同時(shí)不會(huì)降低配方靈活性或涂料性能。

減少消光劑有助于提高涂料性能

這種新型消光填料以聚酯丙烯酸酯為基礎(chǔ)，并充當(dāng)潤(rùn)濕劑，將消光劑帶至表面，使其發(fā)揮最佳的消光效果。僅需要少量的消光劑就可降低光澤，甚至可以在不降低涂料性能前提下形成超啞光的外觀。

這種消光填料的物理性質(zhì)見表1。 100%固體分的輻射固化基料不含溶劑，不含單體(活性稀釋劑)，25°C時(shí)，黏度約為3 500 mPa·s，并呈現(xiàn)牛頓型特性。盡管外觀是乳白色的(圖1)，但是在完全固化后則是透明的。

消光填料的化學(xué)性質(zhì)使其能夠?qū)崿F(xiàn)各種低光澤的效果，包括60°光澤小于5的超低(無光)光澤，并且不需要添加任何溶劑或單官能活性稀釋劑。重要的是，獲得的光澤比較穩(wěn)定，不會(huì)隨時(shí)間而提高。樹脂也不會(huì)隨時(shí)間而產(chǎn)生黃變，并形成穩(wěn)定配方產(chǎn)品，消光劑不發(fā)生沉淀。

為滿足涂料配方設(shè)計(jì)者更靈活，更自由地設(shè)計(jì)配方，最大限度降低庫存和運(yùn)輸成本，設(shè)計(jì)了一種新型消光填料，可以作為摻混料廣泛用于多種涂料體系(見圖 2)：在紫外線的全波段范圍內(nèi)或在發(fā)光二極管和電子束輻射下固化的涂料及傳統(tǒng) UV。

> 含有許多其他100%固體分的輻射固化樹脂體系的涂料，有助于配制適用于各種基材(包括木材、彈性地板、塑料和紙張)的低光澤面漆，性能達(dá)到預(yù)期要求;

> 采用常規(guī)消光劑配制的涂料;

> 各種干膜厚度(6～120 μm)的超低光和低光面漆 ;

> 啞光清漆和啞光色漆配方;

> 使用噴涂、淋涂或輥涂涂裝的配方;

> 因?yàn)闊o需添加單體或溶劑，超低光和低光涂料能滿足最嚴(yán)格的法規(guī)要求。

涂料配方中使用新型消光填料時(shí)，僅需要極少的消光劑就能達(dá)到與傳統(tǒng)100%UV 固化涂料一樣的低光澤。因?yàn)樾枰南鈩┹^少，因此流變性、透明度、固化深度、耐污漬性和抗劃傷性均能達(dá)到與高光澤涂料一樣的水平。含新型基料的涂料具有更好的柔感性，專門用于木質(zhì)基材的基料透明度高。同時(shí)，新型基料不會(huì)降低涂料的柔韌性和硬度。因此，這種消光填料特別適合用于面漆和自修復(fù)涂料中。

配制方便

在本文上面提到的所有涂料體系中，都可方便地使用這種新型基料。由于黏度低，很容易加入到到涂料配方中。同時(shí)，這種樹脂體系可與100%固含量的輻射固化涂料中常用的聚合物和消光劑相容，是一種理想的參混料。

通過改變配方中的樹脂體系，再添加新型消光填料，調(diào)整消光劑用量，涂料制造商就可以研發(fā)出適用于木材、紙張、塑料和制版印刷用的各種涂料，光澤可從超啞光到緞光。即使是未添加消光劑的配方，由于加入新型樹脂體系后，性能也能得到很大改善。

結(jié)果表明，在配制100%輻射固化涂料時(shí)，這種新型消光填料不僅能提高配方效率，還能改善配方設(shè)計(jì)的靈活性。

經(jīng)實(shí)踐證明的性能

為了確認(rèn)新型消光填料具有夠增強(qiáng)消光效果的功能，特制備了適用于各種基材、具有低消光劑含量的參照涂料。并將其與配方相同，但傳統(tǒng)樹脂由新型基料替代的涂料性能進(jìn)行了比較。

以下實(shí)例為專門用于木質(zhì)和紙質(zhì)基材的涂料。參照配方和新起試配方如表2所示。

光澤

首先，研究了不同厚度時(shí)新起試配方的光澤。將該涂料按干膜厚度(DFT) 6～120 μm涂覆到黑色Leneta紙上，采用兩個(gè) 80 W Hg燈，以10 m/min的速度進(jìn)行紫外固化。在干膜厚度為6 μm、4 μm、 80 μm和120 μm時(shí)，該涂料60°光澤分別為 5.1、4.4、4.0和3.2，這明確說明光澤變化非常有限，與涂膜厚度無關(guān)。

然后，分別將標(biāo)準(zhǔn)配方和新涂料配方按濕膜厚度25 μm涂覆到事前刷涂3道芳香族聚氨脂丙烯酸酯樹脂進(jìn)行封閉處理的木板上。使用兩個(gè)80W Hg燈，以10 m/min 速度進(jìn)行紫外光固化。沿著長(zhǎng)度方向和橫向，對(duì)每一塊木板的光澤進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表3所示。

測(cè)量結(jié)果證實(shí)：新型消光填料無論在不同角度和不同方向上都大大降低木地板的光澤。事實(shí)上，在長(zhǎng)度方向和橫向上， 60°光澤均降低了3倍以上，達(dá)到無光。

透明度

接著，測(cè)定了參照配方和新起試配方的霧影值，以便評(píng)估新型消光填料對(duì)透明度的影響。每種涂料的濕膜厚度為30 μm，分別涂覆在玻璃板和Leneta紙上，使用一個(gè)80 W Hg燈，以7 m/min速度進(jìn)行固化。使用XL-211 Hazegard霧影儀，測(cè)定每一種涂料在玻璃板上的霧影值，并測(cè)出每一種涂料在紙上的60°光澤，結(jié)果如表4所示。

在玻璃上采用消光填料配制的涂料的霧影值略高于標(biāo)準(zhǔn)面漆的霧影值(28/ 24)。當(dāng)涂覆在Leneta紙上時(shí)，光澤降低了3倍(4/12)。此外，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)配方，通過添加20 pbw的單官能單體而達(dá)到相同光澤度時(shí)，其霧影值上升到36。顯然，新型消光填料能夠配制出超低光澤涂料，透明度與傳統(tǒng)100%輻射固化系統(tǒng)(具有較高光澤)的透明度相似。

耐性

輻射固化涂料的耐污漬、抗劃傷和耐磨性等性能已成為能否用于電子消費(fèi)品和其他工業(yè)OEM應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。任何新型消光填料在用于100%固體輻射固化涂料時(shí)，必須要能有效降低光澤，同時(shí)不影響耐性。

因此，對(duì)于參照配方和新起試配方的所有涂料，對(duì)其耐性進(jìn)行18 h的點(diǎn)滴試驗(yàn)。將每一種涂料以25 μm的濕膜厚度涂覆到白色Leneta紙上，并且使用兩個(gè)80 W Hg 燈，以10 m/min速度進(jìn)行固化。如表5中所示，這兩種涂料的耐性相同，但是，含消光填料的涂料無光澤，而參照涂料的光澤要高出3倍以上。

通用基料

采用這種新型消光填料，就能夠配制出固體份100%的輻射固化涂料(超低光澤至低光澤)，同時(shí)保留其主要性能，如耐污漬性和透明度。

不含單體和無溶劑的100%固體分聚酯丙烯酸酯樹脂無需任何特殊處理，儲(chǔ)存穩(wěn)定，在用于各種底材的配方中可十分容易地替換傳統(tǒng)樹脂。即使在高速固化條件下，也可保持低光澤，同時(shí)，光澤不會(huì)受膜厚的影響。此外，用這種新型消光填料，可配制出適用于室內(nèi)外的各種清漆、色漆及封閉漆。

這種新型基料體系無需添加溶劑或活性稀釋劑，完全能夠滿足低VOC配方的法規(guī)需求。由于這些特征，新型消光填料成為一種能夠滿足主要市場(chǎng)需求的通用基料，從而能夠配制出低光澤和超低光澤的、100%固含量的UV固化涂料(不添加任何溶劑或活性稀釋劑)，具有理想的流變性、透明度和耐污漬性以及抗劃傷性。