曹燕芬,柯跃虎
（广东鸿昌化工有限公司，广东顺德528329）
摘要：高性能低VOC的水性丙烯酸木器涂料适合消费者的需要与环保要求。采用正交试验探讨乳液种类、助溶剂、润湿剂和消泡剂对涂膜的影响，确定最佳的配方。
关键词：水性；丙烯酸；VOC;木器涂料
0前言
随着人们环保意识的增强，特别是各国环保法规对涂料体系中挥发性有机化合物（VOC）含量的严格限制[1～2]，促进了以水性涂料为代表的低污染型涂料的发展。目前市场上的水性木器涂料品种有纯丙烯酸酯系聚合物乳液涂料、水性醇酸涂料、苯丙乳液涂料、丁苯乳液涂料、聚氨酯水分散体涂料和双组分聚氨酯涂料等。苯丙乳液涂料保光性、保色性、户外耐久性、耐碱性、硬度、抗污性等各项指标良好，且成本比聚氨酯水分散体涂料、双组分聚氨酯涂料和丙烯酸酯系聚合物乳液涂料都要低，现在已经成为发展最快的涂料品种之一[3～4]。本文采用外购和自制苯丙乳液制备了水性木器涂料，并探讨了影响水性木器涂料性能的多种因素。
1实验部分
1.1实验用原材料
甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸（AA）、丙烯酸-2-乙基已酯(EHA)、FoamStar-A34、FoamStar-A38、FoamStar-A32、Dehydran-1293、Hydropalat140、SN-NXZ、SN-1340、SN-WET990、SN-WET992，均为工业级;过硫酸钾（K2S2O8）、碳酸氢钠（NaHCO3），均为分析纯；乙氧基化壬基酚磺基琥珀酸二钠(DNS-1035)、乙烯基磺酸钠(SVS)、烷基乙烯基磺酸钠(DNS-86)，均为工业纯；苯丙乳液D-68M、苯丙乳液AK-101、F-75、F-111、F-50、F-309A、Pe-100、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇丙醚、BYK346、BYK333、BYK341，均为工业品；纳米级苯丙微乳液AK-2，自制，粒径65nm左右；异丙醇，AR级。
1.2纳米级苯丙微乳液AK-2的合成
采用核壳乳液聚合法，制备过程如下：将适量的去离子水加入带有搅拌装置的三口烧瓶中，加入一定量的乳化剂，搅拌均匀，然后在搅拌的情况下，将混合壳单体(MMA、BA、St、AA、EHA)逐渐加入到三口烧瓶中，加完后分散15min，即可得到壳预乳化液，备用。
将装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的四口烧瓶置于带有控温装置的水浴中，化剂(DNS1035、SVS、DNS86)、全部碳酸氢钠，搅拌升温，使其充分溶解。升温到80℃，加入部分引发剂过硫酸钾溶液，待烧瓶内温度稳定后，开始滴加混合核单体(MMA、BA、St)，片刻后乳液开始呈现蓝相，单体加完后，保温一段时间，即得种子核乳液。
将壳单体的预乳化液和剩余引发剂过硫酸钾溶液在3～4h内均匀滴加到上述种子核乳液中，反应温度保持恒定，体系保持蓝相，加料完后，保温60min，降温，用氨水中和至pH7～8后过滤出料。
1.3水性木器涂料的配制
先称取定量的润湿剂、蒸馏水、共溶剂和消泡剂，在混合器中搅拌均匀，然后在不断搅拌的情况下加入配方量的树脂分散液，搅拌均匀后再加入增稠剂调整黏度，当涂料黏度合格后，出料，过滤包装。
1.4分析和测试
按GB1730-93测定涂膜硬度；GB1733-93测定涂膜耐水性；GB1720-93测试涂膜附着力；GB/T9754-88测定涂膜光泽度。
2结果与讨论
2.1乳液种类对涂膜性能的影响
在相同的配方下，利用不同乳液制备出不同的涂料，检测其涂膜的性能，结果见表1。
表 1 乳液种类对涂膜性能的影响
由表1可见，AK-2的涂膜综合性能最好，故在整个实验中都是采用自制乳液AK-2。
2.2助溶剂的影响
在选定溶液的基础上，考察助溶剂对涂膜性能的影响。实验选用的助溶剂有：丙二醇甲醚，丙二醇丁醚，二丙二醇甲醚，二丙二醇乙醚，二丙二醇丁醚，二丙二醇丙醚，异丙醇。共溶剂的添加量为5%，结果见表2。
由表2可见，综合考虑溶剂的挥发速度（影响涂膜外观）、溶解度参数（影响涂膜光泽）、溶剂的毒性和成本等因素，选择丙二醇丁醚作为水性木器涂料的共溶剂，符合环保要求。
2.3润湿流平剂的影响
表 2 共溶剂种类对涂膜性能的影响
润湿流平剂的作用[5]是降低涂料和底材之间的界面张力，使涂料对底材具有的润湿效果，改善涂料的流动性，延长流平时间。采用润湿流平剂Pe100、BYK346、SN-WET990、SN-WET992、Hydropalat140、BYK333、BYK341，添加量为对总量0.3%(质量分数，下同)，考察润湿流平剂种类对涂膜性能的影响，实验结果见表3。
表 3 润湿流平剂种类对涂膜性能的影响
由表3可见，润湿流平剂BYK341润湿流平效果最好，而且板面的滑爽感觉很好，因此使用BYK341较合适。
2.4消泡剂种类对涂膜性能的影响
消泡剂应有好的抑泡和破泡作用。采用FoamStar-A34、FoamStar-A38、oamStar-A32、Dehydran-1293、SN-NXZ、SN-1340、F-75、F-111、F-50、F-309A,添加量为对全量0.35%，考察消泡剂种类对涂膜性能的影响,实验结果见表4。
由表4可见，消泡剂FoamStar-A34消泡能力在AK-2中是最好的，制膜后的效果也最优异，因此采用FoamStar-A34较适合。
2.5正交试验结果与讨论
以上实验确定了水性苯丙木器涂料的基本树脂、润湿剂、共溶剂和消泡剂种类，采用正交试验优选木器涂料的配方，设计3因素3水平的正交试验，正交试验的因素-水平表列于表5。
根据表5，选用正交表L9(34)来安排实验，实验的结果列于表6。表6中的E综合评分是指涂膜各项性能的权重值(等于G+100×Y+Q)，其中涂膜光泽所占的权重为45%，硬度所占的权重为50%，其它如涂膜附着力、耐水性等占5%；K为涂膜综合评分的平均值；R为涂膜综合评分的极差。
表 4 消泡剂种类对涂膜性能的影响
表5正交试验的因素-水平表
表 5 正交试验的因素 - 水平表
表 6 正交试验结果
由表6可见：①丙二醇丁醚的添加量对涂膜综合性能的影响最大，其次为消泡剂FoamStar-A34的添加量，影响最小的是润湿剂BYK341的添加量。按照最佳的配方A2B2C3配制涂料，检测涂料涂膜性能，性能优异。采取最佳配方进行中试和生产，产品性能优异，质量稳定。
②最佳组合为A2B2C3，即助溶剂丙二醇丁醚的添加量为5%，润湿剂BYK341的添加量为0.30%，FoamStar-A34为0.45%的涂料性能最佳。
3结论
（1）采用丙二醇丁醚为共溶剂、BYK341为润湿剂和FoamStar-A34为消泡剂配制的涂膜性能较好，通过正交试验优选了水性苯-丙烯酸乳液制备木器涂料配方。性能测定表明：本文研制的水性苯-丙烯酸木器涂料具有硬度高、耐水性好、干燥速度快、涂膜附着力强和贮存稳定性
好等优点。
（2）采用多种苯丙乳液制备水性木器涂料，发现自制的纳米级微乳液制备出的木器涂料效果较好。
