0 前 言
儿童家具水性化涂装是国内外关注的领域之一，通过采用水性木器封闭底漆，使用松木或橡胶木的儿童家具因单宁酸或色素迁移引起的涂膜黄变问题逐渐得到解决。随着儿童家具的颜色逐渐丰富，半透明白色成为流行色，可以展现实木的纹理感及丰富儿童对颜色的想象力，但目前的涂装效果并不令人满意，很多家具企业在生产过程中都遇到产品批次间的色差、产品使用过程中涂层外观逐渐老化变暗等问题。本文通过合成硅氧烷改性丙烯酸乳液，复配不同结构的硅氧烷处理的纳米二氧化钛和助剂，以新西兰松木为基材，探讨了影响涂料稳定性、涂层变色和失光的因素。得到了性能良好的产品，涂装的儿童家具使用3 a后仍具有良好的保色性。另外超细的纳米二氧化钛因为粒径的原因会呈现一种“随角异色”现象，在垂直观察涂层时，呈黄相；但沿涂层平行观察时，呈蓝相，即所谓“霜效应”。这个在汽车涂料上有大量的使用，笔者把这种效果应用在木器上做出一种半透明的白色，比普通钛白粉呈现出来的半透明白色在色相上富了很多，得到了一种非常漂亮的视觉效果。
1 实验部分
1.1 原材料
单体：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、乙烯基三甲基硅烷。
颜料：TT0-55D，日本石原；R706，杜邦。
助剂：TEGO Dispers755、TEGO Foamex825，赢创化学；BYK3455，毕克化学；Aquaflow xls530，亚什兰、卡松等。
1.2 水性树脂的合成
在装有搅拌器、冷凝管、温度计的四口烧瓶中，先加入部分甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和复合乳化剂混合升温到80 ℃。升温到85 ℃同时滴加甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸单体混合物和引发剂溶液。用氨水调整pH值，加热升温到85 ℃，同时滴加甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸及乙烯基三甲基硅烷单体混合物，滴加结束保温2 h。冷却、降温到室温中和后过滤出料。得到表1技术指标的乳液。
1.3 水性半透明白漆配方
1.3.1 参考配方(见表2)
1.3.2 制备工艺
把分散剂及纳米钛白粉投入到去离子水中，边搅拌边加入有反应活性的低聚硅氧烷，在纳米分散机上研磨得到粒径分布如图1的分散浆备用，在乳液中依次加入润湿剂、成膜助剂、消泡剂、表面功能助剂、流变助剂、上述浆料及普通白浆，分散均匀，过滤出料。
1.4.1 制备封闭效果板及测试结果
选用新西兰松作为实验底材，此类木材相对芬兰松而言纹理较为突出，但油脂含量会多一些，在儿童家具上喷涂半透明白色后可以清晰看到辐射纹理，得到实木感较强的产品。其缺点就是容易变色，先对板材进行工艺预处理，使得底材在喷涂水性涂料时不会涨筋、起木竖等，分别喷涂防单宁酸底漆和普通底漆，再分别喷涂上述面漆得到图2和图3效果。放入烘箱50℃、30 d后测色差及观测是否冒油，结果见表3。
1.4.2 不同硅烷处理纳米二氧化钛的涂料液稳定性测试
选用不同的硅氧烷对纳米二氧化钛进行处理，检测涂料液的贮存稳定性，结果分别如表4。
1.4.3 不同配方涂膜的耐光测试
新西兰松作为实验底材，先对板材进行工艺预处理，使得底材在喷涂水性涂料时不会涨筋、木竖等，喷涂底漆，再喷涂经过硅氧烷处理的纳米二氧化钛浆面漆、未经硅烷处理纳米二氧化钛的面漆及未加纳米二氧化钛的普通白浆面漆，样板见图4～图6。因为松木本身的变色而非涂膜的变色是受全波段的紫外光影响，所以并不适合常规的QUV试验。这里选择了放在户外曝晒6个月，见图4～图6。测量色差及失光见表5。
2 结果与讨论
2.1 封闭效果
相对而言新西兰松含油量在樟子松和芬兰松之间，经过蒸煮处理后含油并不多，由表3可知该面漆的封闭性尚佳，无明显变色及冒油现象，这个与硅氧烷的水解缩合形成相对致密的涂膜有很大的关系。当然这里的水解缩合并非指树脂本身单一的效果，和树脂与纳米二氧化钛杂化要有非常大的关系，这个在后面讨论。
2.2 不同结构硅烷对涂料稳定性的影响
由表5可以发现，纳米二氧化钛对产品的色差有很好的保护作用，但纳米二氧化钛的加入方式对终的结果也有很大的影响。因为乳液的抗剪切力的不足使得无法直接使用硅烷改性乳液直接研磨纳米二氧化钛浆，为了更好的杂化效果还需要对纳米二氧化钛进行处理。硅烷对纳米二氧化钛的处理，很多已有的成果里都有提到，通过在有机硅链段的支链或者两端引入具有反应活性的官能团，从而可以有效地接枝到主题成膜物上。但在水性涂料的实际生产中并不容易实现涂料的稳定，相同的处理方法乙氧基比甲氧基要稳定很多，而烷基化的硅烷就会更加稳定。从表4可知，水性官能化的硅烷低聚物在涂料贮存时相对稳定安全很多。
2.3 产品变色及失光的影响因素
由表5可知，经水性硅烷处理过的纳米二氧化钛复配硅烷改性的丙烯酸乳液所得的涂膜可以非常好地保护松木的变色。因为不单树脂通过硅氧烷水解进行自交联增强涂膜的致密度，同时也与硅烷处理过的纳米二氧化钛进行缩合达到了有机无机杂化的效果。这样不仅可以很好地封闭单宁酸及色素，也可以很好地保护底材，不受光照的破坏。纳米二氧化钛本身因为粒径在15～80 nm，对紫外光有着良好的吸收效果，而松木因为含有大量的不饱和物，当光照时很容易使木材本身变色，并非单宁酸或色素外溢变色，此时光靠涂膜单纯地封闭单宁酸和色素是不能解决木材本身变色的，这就会引起家具批次间的色差，实验结果表明杂化的涂膜可以很好地解决这一点。
3 结 语
家具批次间的色差对于全覆盖实色而言主要应该考虑涂料的耐候性，对于清漆或透明色漆而言就要考虑木材本身的色变，目前很多研究都集中在封闭木材的单宁酸及色素的外溢，很少考虑对木材的耐光保护，而这却是目前很多家具在追求色彩设计的同时遇到的非常突出的问题。
