分享好友 资讯首页 频道列表

水性木制工艺品玩具漆的研制

2013-09-302900

    【十环网】水性木制工艺品玩具漆的研制
　　
　　刘宝勇，王珣
　　
　　（河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定072550）
　　
　　摘要：针对国内外对木制工艺品玩具所用涂料要求的进一步提高，研制出符合各项性能测试要求的水性木制工艺品玩具漆系列产品，对产品配方设计、操作工艺、性能检测、原材料选择进行了详细论述。
　　
　　关键词：水性木制工艺品玩具漆；配方与工艺设计；性能检测；原材料选择
　　
　　0引言
　　
　　2007年广东一玩具厂出口美国的玩具，检测铅含量超标，结果被罚款2000万美元，致使该厂老板自杀身亡；同年8月份，美国美泰公司向美国消费者安全委员会提出召回2200万件中国产木制工艺品玩具。经过调查，大规模召回玩具的原因之一亦为玩具所用涂料和油漆含铅超标，该事件对我国商品形象造成巨大影响，尤其给作为全国木制工艺品生产制造基地的浙江省经济造成巨大损失，这一系列事件迅速在全国范围内掀起巨大反响。
　　
　　商务部立即对我国南方木制工艺品玩具市场展开整顿，严禁玩具生产厂家使用含铅油漆。随后国家商业部发出“绿色外贸”的通知，明令“非环保”产品将暂停出口。各项政策法规均促使木制工艺品玩具涂料涂装市场更加迅速的向水性化方向转变。
　　
　　河北晨阳工贸集团有限公司以响应政府号召、满足市场需求、顺应意识潮流为导向，为了满足客户要求，充分发挥自身的技术优势，对水性木制工艺品玩具用漆进行了研发，经方案研究、配方设计和论证、产品生产工艺设计、试制生产、产品性能测试、客户试用，产品符合国内外相关检测标准要求。
　　
　　目前，我公司产品已根据市场发展情况，成功研制出水性木制工艺品玩具专用透明底面漆、半透明底面漆、实色底面漆等系列产品，令众多木制工艺品厂家和木制玩具厂家摆脱了油漆的困扰。
　　
　　1实验部分
　　
　　主要针对要求更加严格的面漆展开分析。
　　
　　1.1面漆的制备
　　
　　1.1.1原材料
　　
　　CYR乳液（自交联聚氨酯改性乳液），PH调节剂（AMP-95,陶氏化学公司），消泡剂（BYK-024,毕克公司），成膜助剂（DPNB、醇酯—12，工业级,陶氏化学公司），流变助剂，乳液交联剂，去离子水，颜料（工业级,钛白R-930,），润湿分散剂（3275，科宁公司），蜡乳液（BYK-513,毕克公司），增稠剂。
　　
　　1.1.2面漆配方（见表1）

 表1 木制工艺品玩具用水性面漆配方

原料名称

用量/份

组分一

 

CYR乳液

70

PH调节剂

0.05

消泡抑泡剂

0.2

成膜助剂

3.5

流变助剂

0.2

乳液交联剂

0.3

组分二

 

去离子水

5

消泡剂

0.2

PH调剂节剂

0.05

颜料润湿分散剂

1.5

颜料

15

组分三

 

蜡乳液

3

增稠剂

1

合计

100

　　　1.1.3面漆配制工艺
　　
　　1步：将组分一按顺序在中速搅拌下加入，加完后高速搅拌20分钟，分散均匀备用，PH值控制在7.5-8.5；
　　
　　第二步：将组分二按顺序在中速搅拌下加入，加完后高速搅拌20分钟，分散均匀后进行研磨，研磨后细度＜25um；
　　
　　第三步：将研磨好的组分二加入到分散好的组分一中，使用增稠剂调节涂料黏度至3000—4000cps（旋转黏度计3＃12r）。

　　
　　1.2主要设备与仪器
　　
　　1.2.1试验设备
　　
　　电子天平（YT10002,天津天马）；烧杯（500ml）；三用高速分散机（SFJ型，天津润通）；篮式砂磨机（QZM，勆力）；温湿度计（北京亚光）。
　　
　　1.2.2检测设备
　　
　　1低成膜温度测定仪（QMB，天津东文亚）；旋转粘度计（LVDV-I，美国博力飞）；刮板细度计（50um，德国BYK）；原子吸收分光光度计（AA2610，华洋）；紫外分光光度计（6ENESYS10，美国）；湿膜测厚仪（QCL，天津精科）；恒温恒湿试验机（上海骤新）；三角度光泽度仪（德国BYK）；涂膜铅笔划痕硬度仪（QHQ，天津材料试验机厂）；漆膜划格仪（QFH，天津道里）；回粘性砝码（QNF，天津科联）；电热恒温干燥箱、数显电热鼓风干燥箱（101-0A，龙口市电炉制造厂）。
　　
　　1.3涂膜的制备及性能检测
　　
　　1.3.1涂膜制备及常规性能检测
　　
　　此产品选择喷涂施工方法，按木制玩具常规施工程序进行：工件＞去尘＞抛光＞刮腻子＞喷1道底漆＞打磨＞喷第二道底漆＞打磨＞补沙眼＞打磨＞喷面漆＞检验＞包装；检测使用两种木材既桦木和桉木，漆膜在温度23+2℃，湿度（55+5）﹪的恒温恒湿条件中干燥96小时后检测漆膜的光泽、硬度、附着力等基本性能。（检测结果见表2）
　　
　　1.3.2漆膜抗粘连检测
　　
　　按国标GB1762-80进行检测。
　　
　　在马口铁板上制备漆膜，涂刷后于恒温恒湿条件下干燥48小时。将滤纸片光面朝下置于距样板边缘不少于1厘米处的漆膜上，放入调温调湿箱，将在温度40±1℃、相对湿度80±2%条件下预热的回粘性测定器放在滤纸片的正中，关上调温调湿箱。5分钟内升到温度40±1℃、相对湿度80±2%，在此条件下保持10分钟。迅速垂直向上拿掉测定器，取出样板。在恒温恒湿条件下放置15分钟，用四倍放大镜观察结果。用滤纸片能否自由落下，纤维粘连面积大小作为评级标准。
　　
　　我公司产品按上述方法进行检测，样板倒转，滤纸片能自由落下，达到国标1级标准。
　　
　　1.3.3按美国新要求检测
　　
　　针对中国出口产品，美国方面再次提高质量要求，重金属含量备受关注，时至2008年美方进口商又提出中国出口的木制玩具必须通过新要求，（新要求：1.重金属铅含量检测为0；2.木制玩具成品实用性检测：本检测分三步，1步，取玩具一至两套，拆包装，将玩具放入2立升纸箱内，强力震荡5分钟，取出。第二步，将取出的玩具放入清水中浸泡10分钟，取出，用干毛巾擦干，使用螺丝刀加5牛顿力，刮拭涂膜表面。第三步，立即重复1步，取出放置4小时，同样使用螺丝刀刮拭涂膜。标准以不大面积掉漆为准。我公司产品完全按照美国新要求进行操作，敲击后棱角有轻微破损，后经耐水实验通过，经过第三步检测通过。

表2 产品性能检测表

项目

技术要求

产品性能检测结果

挥发性有机化合物的含量（VOC）限值

≤250g/L

38.4g/L

卤代烃（以二氯甲烷计）/(mg/kg)

≤500

未检出

苯、甲苯、二甲苯、乙苯的总量/（mg/kg）

≤500

未检出

甲醛/（mg/kg）

≤100

64

铅/（mg/kg）

≤90

未检出

镉/（mg/kg）

≤75

未检出

铬/（mg/kg）

≤60

未检出

汞/（mg/kg）

≤60

0.014

在容器中的状态

无硬块，搅拌后呈均匀状态

 无硬块，搅拌后呈均匀状态

细度/µm              ≤

40

  25

不挥发物/%           ≥

30

  45

干燥时间≤

表干/min

单组分：30

  10

实干/h

单组分：6

  1

贮存稳定性（50℃/7天）

无异常

  无异常

耐冻融性

不变质

  不变质

涂膜外观

正常

  正常

光泽（60º）

商定

  达到客户要求

打磨性

易打磨

易打磨

硬度（擦伤）          ≥

H

H

附着力（划格间距2mm）/级 ≤

1

1

抗粘连性（500g,50℃/4h）

MM:A-0    MB:A-0

MM:A-0    MB:A-0

耐水性

耐水性（24h）

无异常

无异常

耐沸水性（15min）

无异常

无异常

耐碱性（50g/L，NaHCO3,1h）

无异常

无异常

耐醇性（50%，1h）

无异常

无异常

 

表3 我公司的水性工艺品玩具漆与市场上同类产品相比的技术优势：

项目

我公司的产品

市场上的同类产品

表干（min）

10

15-25

实干（h）

1.0

2-3

细度（µm）

25

35-40

不挥发物（%）

45

40-45

　　
　　2结果与讨论
　　
　　水性木制工艺品玩具漆与常用的溶剂型涂料不同，是以水为分散介质和稀释剂的涂料，其配方体系更加复杂。配方设计时，不仅要关注基料的类型与性能，还需要合理选择各种助溶剂并考虑到各成分之间的相溶性，才能进行合理搭配。有时还要针对特殊要求选用一些特殊添加剂，1终形成适用的配方。
　　
　　2.1基料
　　
　　水性木制工艺品玩具漆面漆的配方中，基料即自交联聚氨酯改性乳液占80%以上，1好在90%。因实色漆中有部分颜料和填料，基料的用量相应要降低，一般在70%～80%。由于乳液的固体份较低(一般在40%左右)，配方设计时应尽量提高基料的用量，使得漆液中的有效成膜物含量尽可能多，这样才能保证制成的漆一道涂装漆膜较厚，丰满度高。而本配方中使用乳液的固体份较高，且有颜料加入，可适当降低基料用量，加入70%即可。
　　
　　2.2助剂的影响及选择
　　
　　2.2.1PH调节剂
　　
　　因水性木制工艺品玩具漆只有在微碱性条件下才能稳定，当pH值过高或过低时，漆液可能会产生絮凝、沉淀、返粗、施工性能恶化等现象，乳液的pH值为7.5～8.5时不必再用pH调节剂,否则制漆过程中要加0.05～0.1%的pH调节剂,将漆液的pH值调至7.5～8.5。
　　
　　2.2.2消泡剂
　　
　　漆液在生产、泵送、罐装、涂装过程中会产生气泡，消泡剂可使漆中的气泡会逸出漆面而破裂，避免使涂膜产生鱼眼、缩孔等缺陷。所以消泡剂是水性木制工艺品玩具漆中1重要的助剂之一。消泡剂的用量以能基本消除气泡为原则,不可过度追求消泡效果,以免出现副作用。消泡剂的用量占整个配方的0.05%～0.5%,1好在0.3%左右，对超过0.5%才有好的消泡效果的情况,应考虑更换消泡剂。
　　
　　本配方中使用的BYK-024消泡剂成份为破泡聚合物和聚硅氧烷混合物，有优异的长效稳定性，在水性涂料生产和应用时极为有效，对颜色接受性和光泽无影响，且分阶段加入，使消泡效率得以进一步提高。
　　
　　2.2.3成膜助剂
　　
　　构成乳液的聚合物通常有较高的1低成膜温度(MFFT)。在低温高湿的环境下，往往容易导致涂膜成膜性能差、出现开裂、发白、光泽低甚至粉化等现象。为了避免上述涂膜缺陷的产生，使乳液粒子很好地融合成为均匀的漆膜必须使用成膜助剂降低1低成膜温度。成膜助剂的量取决于配方中乳液的用量和MFFT。乳液用量大以及聚合物的MFFT高，成膜助剂的用量要大，反之用量少，成膜助剂的1佳用量为低温(10℃左右或更低)涂装能形成不开裂、不粉化的均匀漆膜时的加量。多数成膜助剂是涂料VOC的重要组成部分，因此成膜助剂应该用得越少越好。成膜助剂的用量达乳液的15%或更多是不可取的，应考虑更换成膜助剂再试。成膜助剂的成膜效果受环境温湿度，涂料中溶剂与水的挥发速度，成膜助剂的种类等多种因素的影响，配方设计时应全面考虑影响因素。
　　
　　本配方设计时，综合考虑各方面的影响因素，根据聚合物种类选择成膜助剂品种，依据挥发速度的不同，选择3种成膜助剂互相搭配，通过调整三者的比例，使其适应不同环境条件下成膜性的要求。
　　
　　2.2.4流变助剂
　　
　　流变助剂提供高剪切条件下的流平效果，使涂刷后的漆液能尽快流平，减少刷痕，但是随着时间的推移这种流平作用减弱，漆膜固定，又可避免漆液在垂直面上产生流挂。
　　
　　流变助剂的用量通常为漆总量的0.1%～1.0%。有些流变助剂有增稠作用，使用量更不能太大。
　　
　　2.2.5去离子水
　　
　　一般不超过15%，主要作用是调节粘度，改善施工性能，或用来溶解某些组分，配制漆时利于物料添加混合。
　　
　　2.2.6蜡乳液
　　
　　蜡乳液要加至配方总量的2%～8%才会有明显的效果,过多的蜡乳液影响漆膜强度并降低层间附着力,用量为3～5%1好。
　　
　　2.2.7增稠剂
　　
　　增稠剂提供低剪切条件下的粘度。漆液粘度大，一次涂装成膜厚，漆膜丰满度高。更主要的是可防止高粘度配方漆中固体组份的沉降,这对实色漆来说是十分重要的，否则漆在贮存时会发生沉淀、分水等弊病。
　　
　　增稠剂的用量控制在0～0.5%，并且要用水或成膜助剂稀释后添加，以利于迅速分散，防止絮凝和结块。
　　
　　2.3颜料和填料
　　
　　实色漆中，以白漆为例，钛白粉用量要能保证漆膜有足够的遮盖力,钛白粉的用量不应低于13%,但也不必高于22%，这种情况与溶剂型白漆是一样的。配方中有颜料时要加入颜料总量2～10%的润湿分散剂帮助颜料的分散。
　　
　　3结论
　　
　　我公司水性木制工艺品玩具漆系列产品的研制成功，不仅拓展了木制工艺品玩具的市场空间，增强了木制工艺品玩具的市场生存能力，解决了木制工艺品玩具生产厂家的燃眉之急，还为水性木器漆的进一步发展提供了必要的技术储备和理论支持。对促进国内水性木制工艺品玩具漆乃至水性木器漆产业的发展，起到了积极的推进作用。
　　
　　作者资料：河北晨阳工贸集团有限公司，刘宝勇，电话：15512218858，公司地址：河北省保定市徐水县晨阳大街邮编.072550