聚甲基丙烯酸甲酯微球在水性木器涂料领域的开发与应用
邓俊英，秦佃斌，林争超，乔义涛(万华化学股份有限公司，国家聚氨酯工程技术研究中心，山东烟台 264002)
2.1 聚甲基丙烯酸甲酯微球添加量对光泽的影响
0 前 言
随着消费者环保意识以及健康理念的提升，以健康、环境友好著称的水性木器涂料在近几年得到了飞速发展。水性木器涂料正因其所具有的低危害、低污染等特性，已经逐渐在家庭装饰、家具涂料等市场占据重要地位。中国家具市场上以哑光涂料的比重大，目前水性木器哑光涂料的制备大多数采用加入气相SiO2类消光粉来实现，但其造成了涂膜缺陷，涂膜性能严重下降。
本文介绍了一种聚甲基丙烯酸甲酯微球的合成与制备，并对比研究了其与传统气相SiO2类消光粉在水性木器涂料中的应用性能，开发出高性能水性木器涂料，可以满足宜家R2及高端办公家具的要求。
1 聚甲基丙烯酸甲酯消光微球的合成
1.1 实验原料(见表1)
1.2 聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备
向单口瓶中加入796 g甲基丙烯酸甲酯、2 g偶氮二异丁腈，利用超声或者磁力搅拌使偶氮二异丁腈完全溶解于上述单体中，放置备用；随后向装有搅拌器和冷凝器并用氮气保护的5 L四口烧瓶中加入2 g丙烯酸和200 g水，并加入适量的氨水将pH值调节至7.0；然后加入溶有8 g聚乙烯醇的3 000 g水；后加入上述准备好的单体，将转速提高至300 r/min，搅拌10 min后升温至60 ℃，2 h后烧瓶后温度冲至75 ℃，然后升温至93 ℃熟化1 h，后降至室温，得到含有聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的悬浮液，颗粒平均粒径5.0 μm。将该悬浮液离心洗涤干燥后得到平均粒径为5.0 μm的聚甲基丙烯酸甲酯粉末。聚甲基丙烯酸甲酯微球的技术指标见表2，其粒径分布见图1，SEM形貌见图2。
2 聚甲基丙烯酸甲酯消光微球的应用
采用聚甲基丙烯酸甲酯微球作为消光粉的水性木器涂料配方如表3所示。
水性木器涂料的制备工艺：将水性丙烯酸乳液、消泡剂1依次加入容器中，搅拌均匀，加入消光微球，800～1 200 r/min快速分散15 min左右；将成膜助剂1、成膜助剂2、流变助剂、润湿流平剂、增稠剂、H2O混合均匀后，缓慢加入容器中，600～800 r/min搅拌10min；加入消泡剂2、防腐剂，搅拌5 min后过滤出料，静置。
使用表3涂料配方，在丙烯酸乳液中添加不同比例的聚甲基丙烯酸甲酯微球，配成水性木器清漆，用150 μm湿膜制备器分别将清漆刮到黑白卡纸上，50℃干燥24 h后，光泽度仪测试光泽，结果见图3。
由图3可知，随着聚甲基丙烯酸甲酯微球添加量的增加，清漆光泽逐渐降低。这是因为消光微球的加入使涂膜表面变得粗糙不平整，使光线的散射部分增强，镜面反射部分削弱，从而达到哑光效果。由于聚甲基丙烯酸甲酯微球本身也是丙烯酸聚合物，其与丙烯酸乳液干燥后的涂膜折光指数相当，因此，涂膜的通透度并没有随着消光微球的加入量增加有明显下降。
2.2 聚甲基丙烯酸甲酯微球对化学品抗性的影响
家具涂料对于表面化学品抗性要求很高，采用普通气相SiO2类消光粉会大大降低涂膜表面耐化学品性能，尤其是宜家R2标准(见表4)中耐醇性很难达到要求。
注：测试基材为带涂层/贴面的实木、木基材料、塑料和玻璃材质的基材，以及平滑、水平涂层的金属基材。
1)结果以1～5级衡量，其中1级为差，5级为佳，4级符合要求。
2)只适用于实木/木基基材，不适用于表面带贴面、清漆和白色表面。
3)结果以1～5级衡量，其中1级为差，5级为佳，干摩达到4级、湿摩达到3～4级是符合要求。
采用表3配方，分别采用聚甲基丙烯酸甲酯微球和气相SiO2类消光粉制备3分光清漆，按照宜家R2要求对比测试化学品抗性。同时国内许多高端家具厂有耐沸水烫的需求，故增加此项性能测试。测试方法：基材为黑胡桃木，喷涂两道，每道100g/m2，道喷涂完之后放50 ℃干燥1 h，然后用400#砂纸打磨，喷涂第二道，室温放置7 d。干燥条件：25℃，RH50%。采用6层滤纸吸取液体测试表面抗性，结果见表5。
由表5可知，采用聚甲基丙烯酸甲酯微球作为消光粉所制备清漆的涂膜具有更优异的耐水、耐醇和耐沸水烫性能，能够完全达到宜家R2等级要求。分析原因，消光微球对丙烯酸涂膜的相容性较好，本身也有一定的交联，所以体系通透度和化学品抗性十分优异；而消光粉是因为其微观结构上的海绵状的多孔性颗粒凸现于涂料表面而消光[1]，其加入破坏了涂膜的完整性和致密性，导致涂膜表面抗性下降。且由于折光指数的差异造成了通透性变差。
2.3 贮存稳定性测试
分别将以上3分光清漆放置50 ℃烘箱中放置7d，跟踪测试其光泽、黏度变化，对比其稳定性差异，见表6。
基于消光微球清漆和基于SiO2类消光粉清漆的贮存前后性能比较发现：其光泽、黏度变化小，贮存前后细度无差异，且无任何沉淀，稳定性明显要好。
3 结 语
相比于气相SiO2类消光粉，聚甲基丙烯酸甲酯微球消光粉有以下优势：
(1)随着消光微球量增加，光泽逐渐下降；
(2)在相同光泽下，基于聚甲基丙烯酸甲酯微球涂膜通透度优于基于SiO2类消光粉涂膜；
(2)在相同光泽下，基于聚甲基丙烯酸甲酯微球涂膜通透度优于基于SiO2类消光粉涂膜；
(3)由于其对涂膜的破坏作用小，基于聚甲基丙烯酸甲酯微球的涂膜表面抗性十分优异，可以应用于宜家R2及高端家具领域；
(4)基于聚甲基丙烯酸甲酯微球的清漆贮存稳定性优异，好于基于SiO2类消光粉体系。
