木器涂料颗粒问题研究

作者：杭州棕榈地科技开发有限公司 陈小文 博士    来源：Ringer

欢迎访问e展厅 展厅 4 涂料/油墨/染料展厅 涂料, 油墨, 颜料, 染料, 色漆, ... 在中国木器涂料市场上，溶剂型双组分聚氨酯木器涂料可以满足人们的需要，并且已经流行了20多年，占中国木器涂料市场的近80%。然而，不少涂料生产商和最终用户在使用溶剂型双组分聚氨酯木器涂料时，由于颗粒问题遭受了巨大的经济损失。本文综述了颗粒的产生问题；根据产生阶段的不同对这些质量问题进行了分类探讨，即生产阶段、贮存阶段和施工阶段。本文也对涉及木器涂料颗粒问题的产生因素进行了分析，最后提出了不同类型木器涂料颗粒问题的有效解决方法。 双组分聚氨酯产品木器涂料颗粒问题的综述 有时客户会对双组分聚氨酯涂料产品的性能进行投诉，最主要的问题是木器涂料颗粒问题。 很多潜在因素都可能使木器涂料产生颗粒。从涂料生产商的角度来看，几乎所有的产品质量问题都涉及以下工艺的一个阶段或多个阶段： 原材料质量检查、配方设计、生产控制、成品质量检查应用等。在原材料阶段，蜡粉原料和树脂原料是最有可能的 ；在生产阶段，应主要考虑单批次生产量的大小、生产温度、操作、分散时间和速度 ；在成品阶段，应重点关注测试方法和测试仪器 ；在配方阶段，通常涉及到添加剂剂量、分散剂剂量、树脂和蜡粉的等级等方面。在应用阶段，应重点关注施工环境和涂装工具。 在所有的原因中，多数原因都得到了很好的控制，但另外一些只得到了部分控制甚至没有控制。在中国有两种通用方法来测定颗粒问题。一种测试方法是刮板测量。如果清漆和透明色漆的粒径大于35祄，该涂料产品可能有颗粒问题。另一种测试方法是目视检查。在木器底材上涂覆液体样品，目视检查涂膜上是否有大的粒子，如果有则判断样品有颗粒问题。 生产阶段 在生产阶段发生颗粒时，质量检测部门在某一批次产品投放市场前很容易发现。许多因素都与这种颗粒问题密切相关。不同因素造成的颗粒问题会显出不同的症状。因此，通过其特殊症状的准确原因能很好地解决这一类型的颗粒问题。 ◆ 不合格滤网尺寸 在涂料生产过程中，不合格的滤网会使得涂料颗粒大小混乱。如果滤网尺寸大于标准尺寸，一些粗粒子会从滤网中渗出，导致颗粒 ；如果滤网尺寸小于所要求的尺寸，许多合格的粒子不能滤过，从而对过滤速度和涂料产品的质量产生负面影响。控制滤网尺寸是解决这类生产颗粒问题的唯一办法。 ◆ 固体粉料 固体粉料包括涂料添加剂、哑光粉和蜡粉。如果固体粉料分散性不好，那么分散其固体粒子就会很困难。即使在高剪切力下能分散成功，在分散完成的几小时后也会重新凝聚成大块。过滤器上的残渣可以表征由固体粉料导致的颗粒。这类颗粒的典型症状为残渣是固体形态，且可被粉碎成无定形固体粉料。固体粉料的质量控制对消除这类颗粒问题很有效。 ◆ 树脂 从某种程度上说，树脂导致的颗粒与固体粉料导致的颗粒相似。分散性能也是树脂材料导致颗粒问题的根本原因。树脂和固体粉料导致颗粒的不同是其残渣症状不同。树脂导致的颗粒，在过滤网上只可见絮状残渣，这些残渣即使在极大的压力下也不可能被粉碎成固体粉料。分散性不好的树脂或过了保质期的树脂是产生颗粒问题的原因。因此树脂质量控制是减少此种颗粒问题的正确方法。 ◆ 分散工艺 在涂料分散工艺中，分散速度和分散时间是与分散效率相关的关键因素，这也将直接导致产生颗粒。分散效率主要取决于分散速度和分散时间。只有足够大的分散速度和足够长的分散时间才能确保高分散效率。否则，一些意想不到的大粒子会进入到涂料产品中。当刷涂或喷涂时，这些大粒子在涂膜上就会显现。此时，目视检查是看其是否有颗粒的很好方法。当从实验室测试阶段转为放大生产阶段时，为了解决此种问题，首先是确定合适的分散速度和分散时间。 施工阶段 当发生在施工阶段时，施工颗粒主要是由与施工相关的因素直接导致的，如施工环境和涂装工具。 施工环境脏是导致颗粒问题的主要因素。只要湿膜上有灰尘或固体粒子，就会产生施工阶段的颗粒问题。 涂装工具是涉及木器颗粒问题的另一个重要因素。目前，涂料涂装工具发展已经很完善。在中国木器工业中，几乎所有的油漆工和DIY者都使用刷子和喷枪。不管是涂刷还是喷枪，在油漆涂装后这些工具上都会粘附一些液体涂料残渣，必须及时清洗。否则，液体残渣会快速凝固成固体形状，在下次涂刷应用中就会被带到湿涂膜中，导致施工阶段的颗粒。 根据上述分析，可以得出结论 ：只要在空气中存在固体粒子或灰尘，或涂装工具不干净，施工环境和涂装工具就会导致施工阶段的颗粒。因此，每次保持施工环境无灰尘，彻底清洗涂装工具是消除颗粒的有效方法。 贮存阶段 当发生在产品贮存几个月后，贮存时反粗产生的颗粒与产品的贮存稳定性紧密相关。贮存时间越长，反粗问题就会越严重。这类型的反粗问题不易被质量检查人员发现。如果这样产品被分发到不同区域、在不同的商店出售、甚至是被专业油漆工或DIY者涂刷，生产商的利润和声誉就会因反粗问题遭到很大的损失。由于贮存反粗问题广泛存在于相同批次的所有产品中，这类型的反粗产生的颗粒是各阶段颗粒中最严重的。 ◆ 溶剂型双组分聚氨酯涂料中蜡粉的使用 蜡对许多配方都有重要的作用。即使用量相对较小（通常占总固含量<3％），蜡改善了涂料中的多种性能，如润滑性、耐磨性、防结块性、哑光性、憎水性等。因此，蜡通常被认为是表面调整剂。 蜡可分为很多类型，不同类型的蜡有不同的效果和性能。聚乙烯或改性聚乙烯蜡粉在溶剂型双组分聚氨酯木器涂料中最常用。 要发挥出蜡的作用，蜡必须迁移到表面，且其量必须足够，才能具有理想的性能。以下是两种主要的迁移机理。 ● 起霜机理 熔融蜡粒子浮在表面。涂膜冷却，发生蜡粒子的重结晶，形成连续的薄的富含蜡的表面涂层。通常，蜡越软（低熔融），越会发生起霜。蜡和涂料间的不相容性会提高这种迁移现象。 ● 滚珠轴承机理 在这种情况下，固体蜡粒子个别迁移到表面。然后，通过涂层表面上的突起，它们可起空间位隔离作用，减少与另一个表面紧密接触。通常硬的和具有高熔融点的蜡通过这一机理产生作用。粒子密度和突出程度影响效果。 通过滚珠轴承机理的机能，在溶剂型双组分聚氨酯木器涂料中，聚乙烯蜡粉通常用来作助滑剂和耐磨剂。微结晶蜡的评估研究清楚表明，蜡越硬，助滑性能和耐磨性就会越好。其中，聚乙烯蜡粉的熔点也是用来判断通过添加这种硬蜡材料是否得到明显改善的关键。只有当蜡粉的熔融点足够高确保该蜡粉在产品工艺中不融化时，蜡粉可作正确的添加剂来提高涂膜的助滑性能和耐磨性能。 在配漆罐中，将其与产品配方的其它组分（尤其是溶剂）混合，固体蜡粉可能会转化成熔融蜡粒子，即使温度低于聚乙烯蜡粉熔融温度。如CERIDUST 3715是科莱恩公司生产的聚乙烯蜡粉，其熔融点为125 ℃。但当该种蜡加入到某种溶剂中时，蜡粉在更低温度时就可以融化。在一种溶剂体系中不同的溶剂对蜡粉的起始熔点和最终熔点的影响是不同的。例如，在二甲苯、甲苯和100号溶剂中，聚乙烯蜡粉在80 ℃就开始熔化，而在异丁基酮、醋丁酯或丙二醇甲醚醋酸酯中聚乙烯蜡粉在90℃才开始熔化。 如果生产温度高于蜡粉的起始熔点，很可能会造成在熔解的颗粒中含有固体粉末，这种滚珠轴承式机制会严重影响蜡浆产品的性能。如果在溶剂型双组分聚氨酯涂料中加入这种硬的高熔点蜡粉，在涂料贮存数月后，那些熔解的蜡粉会逐渐地凝聚成一些我们不希望看到的大颗粒。当这些涂料施工在木器底材上时，就会出现贮存反粗现象。 ◆ 贮存反粗根本原因的调查研究 如上所述，贮存反粗和蜡粉在特定的溶剂体系中的起始熔点和最终熔点密切相关，还与分散过程中影响生产温度的所有因素有关。 聚乙烯蜡粉的本身熔点会随着不同的原材料来源经常变化，例如，科莱恩CERIDUST 3715聚乙烯蜡粉的熔点是125℃，德固萨VESTOWAX 4118聚乙烯蜡粉的熔点是132℃，而霍尼韦尔（Honeywell）ACumist?A-6聚乙烯蜡粉的熔点是137℃。不同熔点的聚乙烯蜡粉对贮存反粗有不同的影响，熔点越低的聚乙烯蜡粉造成贮存反粗问题的可能性更大一些。 ● 产品配方的溶剂体系 溶剂体系是影响蜡粉的起始熔点和最终熔点的主要因素。在一个溶剂体系中不同的溶剂对这种蜡粉的起始熔点和最终熔点的影响是不同的。碳氢溶剂体系如二甲苯、甲苯、100号等溶剂，相比较其它的溶剂体系如酮类、醚类和酯类溶剂体系，在较低的温度下聚乙烯蜡粉就开始熔化。 ● 产品配方中固体粉料的质量比 在一个特定配方中固体粉料的质量份是影响制漆罐中生产温度的一个潜在因素。一个典型的溶剂型双组分聚氨酯产品配方中，会加入许多种固体粉末，包括颜料、填料、消光粉还有一些特种助剂。在制漆罐中加入固体粉末不可避免地或导致剪切阻力的增加。配方中加入的固体粉末越多剪切阻力就越大，为克服剪切阻力就需要更大的外力，也就相应地会导致生产温度的升高。 ● 批次生产设备大小 对于涂料制造商来说，为了满足销售量的增加，通常有效的方法是使用大尺寸的制漆罐设备提高产能。然而，更大的生产设备的一个缺点是对维持相对稳定的生产温度会造成负面的影响。很明显，生产设备的扩大会造成制漆罐中热量扩散更加困难，这会导致生产温度升高，甚至可能超过蜡粉的起始熔点。 ● 环境温度 环境温度也是与贮存阶段颗粒相关的一个重要因素。通常消费者抱怨的木器涂料问题主要集中反应于夏天生产的产品上，而不是冬天生产的。导致这种现象的主要原因是由于夏天的环境温度高于冬天的环境温度。过高的环境温度是导致生产温度过高的根本原因，同时也阻碍制漆罐中热量散失。 ● 环境通风 生产场地的环境通风也是影响生产温度的一个因素。在生产过程中，巨大的剪切动能是获得并维持高分散速率的来源，这会产生不希望出现的热量。有效的环境通风系统有助于将分散过程中产生并积累的热量带走。 ● 生产温度控制 在涉及贮存反粗的所有因素中，生产温度是关键的因素，它决定其涂料产品的某一批次中是否有贮存反粗问题。如果生产温度高于聚乙烯蜡粉的熔点温度或高于聚乙烯蜡粉的起始熔点，在存放数月后可能会出现贮存反粗颗粒。因此，生产温度控制对减少甚至消除贮存反粗起决定性作用。为了能有效控制生产温度，应注意以下3个重要步骤。 首先，建立生产温度的控制点，其主要取决于特殊配方体系中聚乙烯蜡粉的起始熔融温度。 其次，在生产过程中随时显示生产温度。当前推荐用的温度显示器有两种。第1种是通常安装在制漆罐中的不锈钢水银温度计；另一种是通常安装在高速分散机（HSD）上部的红外温度显示器。 最后，水冷系统可有效控制生产温度。水冷系统尤其需要用在这几个状况中，如在温度更高的夏季，配方中固体粉料的质量比更大，以及生产车间环境通风对分散制漆罐中的热量不理想时。 ◆ 控制木器涂料贮存阶段反粗的方法 根据上述与木器涂料贮存反粗相关的因素，以下介绍了相应的解决控制方法。 ● 蜡粉来源：除了考虑性能和材料成本间能有很好的平衡，也要着重考虑蜡粉的高熔点。 ● 溶剂体系设计：评估以确保产品配方的溶剂体系最优化，从而使对蜡粉的起始熔点和最终熔点的影响降到最低。 ● 配方中固体粉料的用量：尽管固体粉料可以改善性能和降低成本，但在更低标准下也要控制固体粉料的用量，以减少其对生产温度的负面影响。 ● 单批生产大小：什么事情都有两面性，生产批次的大小也不例外。对生产商而言，放大生产批次可以提高产能，但负面影响是制漆罐散热比较困难。在任何改变单批生产大小的行动前，必须考虑使其各方面有一个良好的平衡。 ● 环境温度：如果可能的话，生产活动可集中在环境温度适中的条件下进行。 ● 环境通风：定期检查生产车间的通风设备，确保环境通风良好。 ● 产品温度控制：建立生产温度的控制点、在生产过程中通过温度显示器显示生产温度、在合格范围内使得水冷却体系能精确地控制生产温度。 结论 根据发生时间，溶剂型双组分聚氨酯木器涂料的颗粒问题可分为3个阶段。该类问题的发生有许多潜在因素，通过对不同症状、根本原因和解决方法的阐述来说明这3类颗粒问题。 (end)

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