針對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)木制工藝品玩具所用涂料要求的進(jìn)一步提高，研制出符合各項(xiàng)性能測(cè)試要求的水性木制工藝品玩具涂料系列產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)、操作工藝、性能檢測(cè)、原材料選擇進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：水性木制工藝品玩具涂料；配方與工藝設(shè)計(jì)；性能檢測(cè)；原材料選擇

引言

年廣東一玩具廠出口美國(guó)的玩具，檢測(cè)涂層鉛含量超標(biāo)，結(jié)果被罰款2000萬(wàn)美元，致使該廠老板自殺身亡；同年8月份，美國(guó)美泰公司向美國(guó)消費(fèi)者安全委員會(huì)提出召回2200萬(wàn)件中國(guó)產(chǎn)木制工藝品玩具。經(jīng)過(guò)調(diào)查，大規(guī)模召回玩具的原因之一為玩具所用涂料含鉛超標(biāo)，該事件對(duì)我國(guó)商品形象造成巨大影響，尤其給作為全國(guó)木制工藝品生產(chǎn)制造基地的浙江省經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，這一系列事件迅速在全國(guó)范圍內(nèi)掀起巨大反響。商務(wù)部立即對(duì)我國(guó)南方木制工藝品玩具市場(chǎng)展開(kāi)整頓，嚴(yán)禁玩具生產(chǎn)廠家使用含鉛涂料。隨后國(guó)家商務(wù)部發(fā)出“綠色外貿(mào)”的通知，明令“非環(huán)保”產(chǎn)品將暫停出口。各項(xiàng)政策法規(guī)均促使木制工藝品玩具涂料涂裝市場(chǎng)更加迅速地向水性化方向轉(zhuǎn)變。目前，河北晨陽(yáng)公司產(chǎn)品已根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展情況，成功研制出水性木制工藝品玩具專(zhuān)用透明底面漆、半透明底面漆、實(shí)色底面漆等系列產(chǎn)品，令眾多木制工藝品廠家和木制玩具廠家擺脫了不合格涂料的困擾。

試驗(yàn)部分

主要針對(duì)要求更加嚴(yán)格的面漆展開(kāi)分析。

面漆的制備

原材料

乳液（自交聯(lián)聚氨酯改性乳液），pH調(diào)節(jié)劑（AMP-95，陶氏化學(xué)），消泡劑（BYK-024，畢克），成膜助劑（DPNB、醇酯—12，工業(yè)級(jí)，陶氏化學(xué)），流變助劑，乳液交聯(lián)劑，去離子水，顏料（鈦白粉R-930，工業(yè)級(jí)），潤(rùn)濕分散劑（3275，科寧），蠟乳液（BYK-513，畢克），增稠劑。

面漆配制工藝

第一步：將組分一按順序在中速攪拌下加入，加完后高速攪拌20min，分散均勻備用，pH值控制在7.5～8.5；

第二步：將組分二按順序在中速攪拌下加入，加完后高速攪拌20min，分散均勻后進(jìn)行研磨，研磨后細(xì)度＜25μm；

第三步：將研磨好的組分二加入到分散好的組分一中，使用增稠劑調(diào)節(jié)涂料黏度至3000～4000mPa·s（旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)3＃12r）。

主要設(shè)備與儀器

試驗(yàn)設(shè)備

電子天平（YT10002，天津天馬），燒杯（500mL），三用高速分散機(jī)（SFJ型，天津潤(rùn)通），籃式砂磨機(jī)（QZM，力），溫濕度計(jì)（北京亞光）。

檢測(cè)設(shè)備

最低成膜溫度測(cè)定儀（QMB，天津東文亞），旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（LVDV-I，美國(guó)博力飛），刮板細(xì)度計(jì)（50μm，BYK），原子吸收分光光度計(jì)（AA2610，華洋），紫外分光光度計(jì)（6ENESYS10，美國(guó)），濕膜測(cè)厚儀（QCL，天津精科），恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)（上海驟新），三角度光澤度儀（BYK），涂膜鉛筆劃痕硬度儀（QHQ，天津材料試驗(yàn)機(jī)廠），涂膜劃格儀（QFH，天津道里），回粘性砝碼（QNF，天津科聯(lián)），電熱恒溫干燥箱、數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱（101-0A，龍口市電爐制造廠）。

涂膜的制備及性能檢測(cè)

涂膜制備及常規(guī)性能檢測(cè)

此產(chǎn)品選擇噴涂施工方法，按木制玩具常規(guī)施工程序進(jìn)行：工件＞去塵＞拋光＞刮膩?zhàn)樱緡姷谝坏赖灼幔敬蚰ィ緡姷诙赖灼幔敬蚰ィ狙a(bǔ)沙眼＞打磨＞噴面漆＞檢驗(yàn)＞包裝；檢測(cè)使用兩種木材即樺木和桉木，涂膜在溫度（23±2）℃，濕度55%±5%的恒溫恒濕條件中干燥96h后檢測(cè)涂膜的光澤、硬度、附著力等基本性能（檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2）。

涂膜抗粘連檢測(cè)

按國(guó)標(biāo)GB1762-80進(jìn)行檢測(cè)。在馬口鐵板上制備涂膜，涂刷后于恒溫恒濕條件下干燥48h。將濾紙片光面朝下置于距樣板邊緣不少于1cm處的涂膜上，放入調(diào)溫調(diào)濕箱，在溫度(40±1)℃、相對(duì)濕度80%±2%條件下將預(yù)熱的回粘性測(cè)定器放在濾紙片的正中，關(guān)上調(diào)溫調(diào)濕箱。5min內(nèi)升到溫度(40±1)℃、相對(duì)濕度80%±2%，在此條件下保持10min。迅速垂直向上拿掉測(cè)定器，取出樣板。在恒溫恒濕條件下放置15min，用4倍放大鏡觀察結(jié)果。用濾紙片能否自由落下、纖維粘連面積大小作為評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品按上述方法進(jìn)行檢測(cè)，樣板倒轉(zhuǎn)，濾紙片能自由落下，達(dá)到國(guó)標(biāo)1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

按美國(guó)新要求檢測(cè)

針對(duì)中國(guó)出口產(chǎn)品，美國(guó)方面再次提高質(zhì)量要求，重金屬含量備受關(guān)注，時(shí)至2008年美方進(jìn)口商又提出中國(guó)出口的木制玩具必須通過(guò)新要求，新要求：1.重金屬鉛含量檢測(cè)為0；2.木制玩具成品實(shí)用性檢測(cè)：檢測(cè)分三步，第一步，取玩具一至兩套，拆包裝，將玩具放入2立升紙箱內(nèi)，強(qiáng)力震蕩5min，取出。第二步，將取出的玩具放入清水中浸泡10min，取出，用干毛巾擦干，使用螺絲刀加5牛頓力，刮拭涂膜表面。第三步，立即重復(fù)第一步，取出放置4h，同樣使用螺絲刀刮拭涂膜。標(biāo)準(zhǔn)以不大面積掉漆為準(zhǔn)。產(chǎn)品完全按照美國(guó)新要求進(jìn)行操作，敲擊后棱角有輕微破損，后經(jīng)耐水試驗(yàn)通過(guò)，經(jīng)過(guò)第三步檢測(cè)通過(guò)。

結(jié)果與討論

水性木制工藝品玩具涂料與常用的溶劑型涂料不同，是以水為分散介質(zhì)和稀釋劑的涂料，其配方體系更加復(fù)雜。配方設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要關(guān)注基料的類(lèi)型與性能，還需要合理選擇各種助溶劑并考慮到各成分之間的相容性，才能進(jìn)行合理搭配。有時(shí)還要針對(duì)特殊要求選用一些特殊添加劑，最終形成適用的配方。

基料

水性木制工藝品玩具涂料面漆的配方中，基料即自交聯(lián)聚氨酯改性乳液占80%以上，最好在90%。因?qū)嵣嶂杏胁糠诸伭虾吞盍希系挠昧肯鄳?yīng)要降低，一般在70%～80%。由于乳液的固體分較低(一般在40%)，配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高基料的用量，使得涂料中的有效成膜物含量盡可能多，這樣才能保證制成的涂料一道涂裝涂膜較厚，豐滿度高。而本配方中使用乳液的固體分較高，且有顏料加入，可適當(dāng)降低基料用量，加入70%即可。

助劑的影響及選擇

調(diào)節(jié)劑

因水性木制工藝品玩具涂料只有在微堿性條件下才能穩(wěn)定，當(dāng)pH值過(guò)高或過(guò)低時(shí)，涂料可能會(huì)產(chǎn)生絮凝、沉淀、返粗、施工性能惡化等現(xiàn)象，乳液的pH值為7.5～8.5時(shí)不必再用pH調(diào)節(jié)劑，否則制漆過(guò)程中要加0.05%～0.1%的pH調(diào)節(jié)劑，將涂料的pH值調(diào)至7.5～8.5。

消泡劑

消泡劑的用量以能基本消除氣泡為原則，不可過(guò)度追求消泡效果，以免出現(xiàn)副作用。消泡劑的用量占整個(gè)配方的0.05%～0.5%，最好在0.3%。本配方中使用的BYK-024消泡劑成分為破泡聚合物和聚硅氧烷混合物，有優(yōu)異的長(zhǎng)效穩(wěn)定性，在水性涂料生產(chǎn)和應(yīng)用時(shí)極為有效，對(duì)顏色接受性和光澤無(wú)影響，且分階段加入，使消泡效率得以進(jìn)一步提高。

成膜助劑

成膜助劑的量取決于配方中乳液的用量和MFFT。乳液用量大以及聚合物的MFFT高，成膜助劑的用量要大，反之用量少，成膜助劑的最佳用量為低溫(10℃或更低)涂裝能形成不開(kāi)裂、不粉化的均勻涂膜時(shí)的加量。多數(shù)成膜助劑是涂料VOC的重要組成部分，因此成膜助劑應(yīng)該用得越少越好。成膜助劑的用量達(dá)乳液的15%或更多是不可取的，應(yīng)考慮更換成膜助劑再試。成膜助劑的成膜效果受環(huán)境溫濕度、涂料中溶劑與水的揮發(fā)速度、成膜助劑的種類(lèi)等多種因素的影響，配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮影響因素。本配方設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮各方面的影響因素，根據(jù)聚合物種類(lèi)選擇成膜助劑品種，依據(jù)揮發(fā)速度的不同，選擇3種成膜助劑互相搭配，通過(guò)調(diào)整三者的比例，使其適應(yīng)不同環(huán)境條件下成膜性的要求。

流變助劑

流變助劑提供高剪切條件下的流平效果，使涂刷后的涂料能盡快流平，減少刷痕，但是隨著時(shí)間的推移這種流平作用減弱，涂膜固定，又可避免涂料在垂直面上產(chǎn)生流掛。流變助劑的用量通常為涂料總量的0.1%～1.0%。有些流變助劑有增稠作用，使用量更不能太大。

去離子水

一般不超過(guò)15%，主要作用是調(diào)節(jié)黏度，改善施工性能，或用來(lái)溶解某些組分，配制涂料時(shí)利于物料添加混合。

蠟乳液

蠟乳液要加至配方總量的2%～8%才會(huì)有明顯的效果，過(guò)多的蠟乳液影響涂膜強(qiáng)度并降低層間附著力，用量為3%～5%最好。

增稠劑

增稠劑提供低剪切條件下的黏度。涂料黏度大，一次涂裝成膜厚，涂膜豐滿度高。更主要的是可防止高黏度配方涂料中固體組分的沉降，這對(duì)實(shí)色漆來(lái)說(shuō)是十分重要的，否則涂料在貯存時(shí)會(huì)發(fā)生沉淀、分水等弊病。增稠劑的用量控制在0～0.5%，并且要用水或成膜助劑稀釋后添加，以利于迅速分散，防止絮凝和結(jié)塊。

顏料和填料

實(shí)色漆中，以白漆為例，鈦白粉用量要能保證涂膜有足夠的遮蓋力，鈦白粉的用量不應(yīng)低于13%，但也不必高于22%，這種情況與溶劑型白漆是一樣的。配方中有顏料時(shí)要加入顏料總量2%～10%的潤(rùn)濕分散劑幫助顏料分散。

結(jié)論

晨陽(yáng)公司水性木制工藝品玩具涂料系列產(chǎn)品的研制成功，對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)水性木制工藝品玩具涂料乃至水性木器涂料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，起到了一定的推進(jìn)作用。