高性能清漆和色漆用水性UVA/HALS混合物
表面處理網訊隨著法規的變化和人們對降低VOC含量的要求推動了眾多室內木器（如家具和拼花地板）以及戶外木材（如細木工戶外裝飾木工板或戶外鋪板）用水性涂料的不斷出現為了強調自然美和木材本色大部分涂層是透明的然而這些涂層為了保護木材涂層本身必須能夠抵抗惡劣的環境因素的影響如紫外線輻射雨和溫度變化1光穩定劑如紫外線吸收劑（UVAs）和受阻胺光穩定劑（HALS）對于這些涂層固有的保護起著重要作用以前已經介紹過它們各自的作用2-4對于戶外用途將UVA和HALS結合起來使用具有明顯的優勢UV吸收劑可用于內部涂層和保護木材這是由于隨著涂層厚度的增加（比爾-朗伯定律）紫外光的吸收能力增強HALS在整個膜厚范圍內都是有效的它們作為自由基捕獲劑發揮作用能抑制基料內部發生的光氧化降解反應并有助于保持彈性光澤和防水性HALS在涂層表面是有效的能提供更高的抗粉化性（在色漆中）更好的保光性減緩與基材之間的附著力下降程度以及較少的涂層開裂
只要是溶劑型涂料在配方中加入疏水性光穩定劑就沒有問題因為彼此的相容性非常好然而我們面臨的挑戰是市場中引入越來越多的水性涂料并且涂層的長期穩定性要求也更高在水性涂料中加入疏水性光穩定劑只能通過使用助溶劑和高能量的分散方法來實現加入助溶劑會導致可能的環保問題以及由于增塑和滲出而降低總的涂層性能
新型膠囊添加劑技術
為了克服在水性配方中加入疏水性光穩定劑的問題開發了新型膠囊添加劑技術（NEAT）5采用這種技術傳統疏水性光穩定劑制成與水相容并且可以很容易地后加入涂料配方中而無需使用助溶劑或者表面活性劑6所述NEAT方法是基于一種微膠囊技術其中制備這些產品需要兩個步驟首先穩定的乳液是由光穩定劑和單體通過高剪切乳化技術產生微滴尺寸低于1微米在第二個步驟中這些乳液液滴的聚合導致形成穩定的低黏度水性分散體6-7選擇聚合條件來確保該疏水性化合物均勻地分布在聚合物顆粒中即使是在較高的濃度下這種NEAT方法也可以確保與水性分散體廣泛的兼容性
第一種NEATUVA/HALS混合物
在過去幾年中單組分（UVA和HALS）的NEAT產品已經推出（表1）NEAT型苯并三唑類UVA（NEAT-BTZ）NEAT型三嗪類UVA[（NEAT-TZT-1（藍移）NEAT-TZT-2（紅移）和NEAT-TZT-3（高級）以及HALS（NEAT-HALS）]分別應用于不同的體系由于它們有限的活性含量（產品交付時20%-30%）NEAT-UVA和NEAT-HALS的同時使用可能會產生過多的水分迫使客戶調整涂料配方為了克服這個問題基于NEAT技術的一種新型共混物已經開發出來這種新產品（NEAT-混合物）是基于高性能的三嗪類UVA與非反應性HALS的組合這種共混物的活性含量已被優化至40%能確保重新配方時產生盡可能最低的影響
高性能清漆和色漆用水性UVA/HALS混合物
新型共混物具有低的黏度通過簡單攪拌就能將其加入到水性配方中它不包含任何助溶劑這使得Xi/R43可以配制成無需標記的涂料配方這種新產品的加入也不會影響配方的長期貯存穩定性｜
干膜的透明度和顏色
NEAT-混合物最有趣的一個特點是它對干膜的透明度和霧影的影響極低表2給出了在添加和不添加光穩定劑的情況下使用丙烯酸分散體的高光面漆得到的霧影值△E*（在黑/白卡紙上）和黃度指數YI值
通過加入疏水性苯并三唑（HBIC-BTZ）霧影值△E*和YI值都非常接近不添加穩定劑的漆膜參考值
分散的水性UVA/HALS混合物（GRIND-混合物）顯示出△E*顯著增加表明有高的霧影霧影值受到粒徑大小及其分布的影響因此水性UVA/HALS混合物僅限用于高光澤和高透明涂料
與參考樣品相比增加NEAT-混合物的濃度霧影值和△E*的增加非常有限這種新產品適用于高光面漆和半光體系觀察到黃度指數YI有小的增加因此NEAT混合物可能不適用于很白的基材對于木質底材較高的YI值是可以忽略不計的
耐光性
為了確保涂層對下面的基材長期的保護作用紫外線吸收劑具有優異的耐光性（即耐光度）優異的內在光穩定性（即耐光解和耐光氧化性）以及良好的耐遷移性和抗流失性是至關重要的
耐光性試驗是在亞太拉斯氙燈試驗機XENOTEST 1200-LM中進行按照DIN EN ISO 11341方法1的循環-方法A（2004年）測試條件內部和外部濾光器102分鐘的光照黑標準溫度BST65±3℃PRT38±3℃相對濕度（50±10）%接著是18分鐘的光照和前噴霧BST38±3℃PRT38±3℃相對濕度（95±10）%氙燈的輸出功率在300400nm之間是60W/cm2
將添加光穩定劑的水性涂料涂在玻璃板上干膜厚度為30微米通過記錄最大λ時的吸收光譜的變化來監控不同曝露時間點的紫外吸收劑殘留量結果見圖1
添加HBIC-BTZ得到最小紫外線吸收劑保留值經過3000h的DINENISO11341曝露后涂料中只含有原始濃度的45%由于GRIND-混合物由苯并三唑類UVA組成預期其耐光性與HBIC-BTC的數量級相同（50%相比于45%）
添加NEAT-混合物得到最好結果對于所有三種濃度曝光3000h后得到的UVA保留值介于80%至90%之間新型共混物中UVA的光穩定性比前面的樣品要好得多具有優異的光穩定性加上出色的抗流失性長期保護需要選擇的產品是NEAT-混合物｜
顏色穩定性和保光性
將水性涂料涂在松木板上木基材的背面和邊緣涂覆有相同的不含穩定劑的面漆先覆底漆濕膜厚度WFT為80g/m2然后涂覆兩道高光透明面漆（丙烯酸類分散體）濕膜厚度為300g/m2（2×150g/m2）將樣板置于在亞太拉斯UVTest紫外冷凝老化試驗箱中并且按照DINEN927-6的規范測試測試條件24小時黑暗/冷凝（黑板溫度BPT45±3℃）接著進行48個循環每個循環是由2.5小時光照（黑板溫度BPT60±3℃）+0.5小時黑暗/噴霧（黑板溫度BPT22±3℃）熒光紫外燈的輻照度340納米時為0.89W/cm2在Q-UV曝露時監測色差△E*和60°光澤度（圖2和3）
沒有添加穩定劑的涂層（對照樣品）在經過240小時曝露后就表現出明顯的變色（△E*=30）960小時后開始出現最初的開裂即使這樣光澤還保持在同一水平1500小時曝露后整個樣板完全失效
用傳統疏水性苯并三唑類UVA（HBIC-BTZ）在最初1000h的變色保持適中（22個單位值）這解釋了為什么這種UVA廣泛用于中等要求的保護曝露超過1000小時木材的變色急劇增加這是由于涂層中沒有HALS來保護基料4000小時曝露后開始出現最初的開裂正如前面已經看到的對光澤沒有明顯的影響HALS的性質特別是它的堿度（以pKb表示）嚴重影響HALS在水性涂料中的作用對于HBIC-混合物（高堿度的HALS與HBIC-UVA的混合物（即低pKb））人們可以很容易地觀察到HALS沒有預期那樣能夠保護漆膜4000h后出現開裂240小時后具有較低的光澤與對照樣品相比（53對78）該行為可用以下事實解釋即HALS與水性丙烯酸分散體中的酸性表面活性劑反應生成小的晶體或霧影從而降低了涂料的光澤｜
將GRIND-混合物中存在的苯并三唑類UVA的性能與HBIC-BTZ進行比較因為HALS存在于這種混合物中可以看出它不與分散體中的酸性表面活性劑反應因此可以有效地保護基料經過4000小時曝露后沒有發現開裂GRIND-混合物的主要缺點是它的霧影這表現為差的光澤度值（比對照樣品低20個單位值）正如前面所提到的這個產品不適用于透明高光面漆
添加新的NEAT-混合物以后木材的變色會延遲和變慢新型混合物中存在的UVA能對木材和涂層提供最佳的保護作用此外共混物中含有的HALS不受酸性組分存在的影響可以很好地保護基料的網絡結構防止進一步光氧化反應的發生即使經過4000小時曝露所述涂層保持完整光澤基本上保持了曝露開始時的水平
水性戶外色漆配方中的NEAT UVA/HALS混合物
上述研究結果是基于細木工板用清漆配方8在添加AcronalLR9014的戶外白色涂料配方中進一步評價了NEAT混合物制備了三種白色色漆配方一種沒有添加光穩定劑一種添加了占樹脂固體3.0%（質量比）的活性組分的HBIC混合物另一種添加了占樹脂固體2.0%（質量比）的活性組分的NEAT混合物將這些配方施涂到松木制品上濕膜厚度WFT=4密耳并且使其干燥7天按ASTMG155的循環1在亞太拉斯Ci5000氙燈老化試驗機中進行加速老化試驗（日光過濾器340納米時的輻照度=0.35瓦/平方米在63℃的黑板溫度時進行102分鐘的光照接著進行18分鐘的光照與水噴霧空氣溫度沒有控制）在加速老化試驗期間定期測量60°光澤度值的變化百分數用圖4中60°光澤度值的變化進行判斷NEAT混合物顯著優于沒有添加光穩定劑的配方和添加了HBIC混合物的配方此外NEAT混合物優于添加了較低濃度HBIC混合物配方即添加了占樹脂固體2.0%（質量比）的活性組分以及添加占樹脂固體3.0%（質量比）活性組分的配方
總結
設計了一種新型的由高性能紫外線吸收劑和非反應性受阻胺光穩定劑組成的水分散共混物來滿足戶外裝飾鋪板和細木工板市場長期耐候性的要求
該易分散無溶劑防曬解決方案提供了卓越的耐光性和優異的涂層保護作用從而延長了涂層壽命使用正確的濃度和合適的基料可以輕松達到預期的木材的變色輕微良好的保光性和防開裂性能使用NEAT技術可得到無需標記的水性涂料配方NEAT-混合物不影響光學性能如清漆的透明度和光澤
它可以通過簡單攪拌后加入配方中此外它不會對涂料配方的儲存穩定性產生負面影響
作者Mervin G.Wood和Jennifer Long-Susewitz美國密歇根州紹斯菲爾德的巴斯夫公司Delphine Kimpel德國路德維希港的BASF SE
參考文獻略
