Wie sieht es mit der Entschäumungseigenschaft von hochviskosen Lacken für wasserbasierte Holzbeschichtungen aus?
Beim Auftragen von Holzbeschichtungen auf Wasserbasis wird generell empfohlen, die Beschichtung in dünnen Schichten und mehrfach aufzutragen. Denn wenn wasserbasierte Beschichtungen in dicken Schichten aufgetragen werden, trocknen sie nur langsam, die Härte nimmt nur langsam zu, und es ist schwierig, sie zu entschäumen, so dass es schwierig ist, ein gutes Anwendungsergebnis zu erzielen. In der Praxis werden Holzbeschichtungen auf Wasserbasis jedoch in dicken Schichten aufgetragen, um die Produktionseffizienz zu verbessern, vor allem in Bereichen, in denen die Anforderungen an die Oberfläche nicht sehr hoch sind, wie bei der Beschichtung von Fensterrahmen, Zargen und anderen Oberflächen. Diese Anwendung ist bereits recht verbreitet.
Dieser Bereich zeichnet sich durch den Einsatz des Mitteldruck-Airless-Spritzens aus, das einfach im Verfahren und hochproduktiv ist. Die Konstruktion zeichnet sich durch eine hohe Viskosität und eine einzelne dicke Schicht von bis zu 250 μm aus. Eines der schwierigsten Probleme, die bei diesem Verfahren zu lösen sind, ist die Entschäumung.
Beim Sprühen kann eine große Anzahl von Luftblasen während des Trocknungsprozesses des Beschichtungsfilms nicht beseitigt werden, was zu einer großen Anzahl von Nadellöchern auf der Oberfläche führt.
Dies hat sich fast zu einem bedeutenden Hindernis für die Ausbreitung von Holzbeschichtungen auf Wasserbasis in anderen professionellen Bereichen wie z. B. der Möbelindustrie entwickelt, insbesondere bei Lacken, von denen 70%-90% aus Harzen bestehen, was die Entschäumung sehr viel schwieriger macht als bei durchgefärbten Lacken (die Titandioxid und andere Puder enthalten). Bei der Lackierung von Türen und Fenstern handelt es sich zu etwa 2/3 um matte Lacke. Daher ist es notwendig, die Entschäumungsleistung von Mattlacken auf Wasserbasis, die mit mittlerem Druck gespritzt werden, eingehend zu untersuchen.
Ursachen von Schaum
Schaumstoff im Produktionsprozess
Bei der Herstellung von Beschichtungen ist häufig eine Hochgeschwindigkeitsdispergierung erforderlich, um die Bestandteile gleichmäßig zu mischen, was zu einer großen Anzahl von Blasen führt. Wenn diese Blasen nach dem Stehenbleiben nicht zerschlagen werden können, beeinträchtigen sie unweigerlich die Beseitigung des Schaums während der Anwendung. Bei der Herstellung von Holzlacken auf Wasserbasis mit hohem Harzgehalt ist es schwieriger, den Schaum zu beseitigen, wenn die Viskosität hoch ist, und die Viskosität darf nicht zu niedrig sein, um den Anforderungen der Anwendung und Lagerung gerecht zu werden. Wird das Produkt mit einer Mitteldruck-Airless-Spritzpistole aufgetragen, sollte die Viskosität im Allgemeinen über 80 KU liegen. Um diese Anforderung zu erfüllen, sollte die Ausgangsviskosität des Produkts mindestens 90 KU (30°C) betragen, damit das Produkt auch dann noch normal verarbeitet werden kann, wenn die Viskosität in heißen Sommern oder bei anderen Anwendungserfordernissen abnimmt. Bei einer Viskosität von 90 KU (30°C) ist es nicht schwierig, das Problem der Entschäumung einfach zu lösen. Im eigentlichen Produktionsprozess ist es jedoch notwendig, die Thixotropie der Farbe zu verbessern, da auch das Problem des Durchhängens bei dicken Beschichtungen auf vertikalen Flächen berücksichtigt werden muss. Daher muss während des Produktionsprozesses ein gutes Gleichgewicht zwischen Rheologie und Entschäumung gefunden werden.
Andererseits ist es auch möglich, die Blasenbildung bei der Lackherstellung zu reduzieren, wenn ein geeignetes Produktionsverfahren entwickelt wird. Bei der Herstellung von Mattlacken beispielsweise wird das Mattierungspulver zunächst zu einer Aufschlämmung verarbeitet, um die große Anzahl von Luftblasen zu vermeiden, die bei der Dispersion des Mattierungspulvers im Harz bei hoher Geschwindigkeit entstehen. Eine geeignete Menge Entschäumer mit guten Schaumunterdrückungseigenschaften wird vor dem Mischen zugegeben; die Beschichtung wird vor der Hochgeschwindigkeitsdispergierung auf die geeignete Viskosität eingestellt, um zu vermeiden, dass eine große Menge Luft in die Beschichtung gelangt, wenn die Dispersionsoberfläche geschüttelt wird, usw. All diese Maßnahmen können die Bildung von Luftblasen während der Beschichtungsproduktion verringern.
Schaum bei der Anwendung
1. Substrat
Beim Auftragen von Holzbeschichtungen hat das Holz selbst oft viele Kapillaren, so dass der Untergrund oft zuerst versiegelt werden muss. Wird der Untergrund nicht ordnungsgemäß versiegelt, entweicht die Luft in den Kapillaren des Untergrunds während des Beschichtungsvorgangs, dringt in den nassen Film der Beschichtung ein und bildet Blasen. Wenn die Blasen nicht unterbrochen werden können, bilden sie Nadellöcher oder Krater. Beim Auftragen von Wasserlacken, insbesondere wenn sie vollständig geschlossen sind, erschweren die hohe Auftragsviskosität und das einmalige dicke Aufsprühen das Entschäumen des Nassfilms des Lacks während der Anwendung. Daher ist es beim Auftragen von Wasserlacken in geschlossener Bauweise in der Regel erforderlich, ein bis zwei Schichten Dichtungsgrund aufzutragen, um zu versuchen, so viel Luft wie möglich aus den Kapillaren des Substrats zu verdrängen. Andernfalls wird es schwierig sein, die entstehenden Blasen zu beseitigen, wenn die Luft erst einmal in die dicke Beschichtung gelangt ist.
2. Spritzpistole
Auch das Konstruktionswerkzeug ist ein Faktor für die Entstehung von Blasen in der Farbe. Bei der Verarbeitung von Möbelfarben auf Wasserbasis werden sowohl die Grundierung als auch der Decklack aufgesprüht. Generell gilt: Je besser die Zerstäubung ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich beim Auftragen Blasen bilden. Aus diesem Grund ist das Spritzen mit einer Luftkappenpistole aus zwei Gründen besser als das Airless-Spritzen mit mittlerem Druck: Erstens ist der Zerstäubungsluftdruck beim Spritzen mit einer Luftkappenpistole höher, im Allgemeinen 0,6-0,8 MPa. Nachdem die Farbe zerstäubt wurde, erreicht sie die Oberfläche des zu lackierenden Objekts mit einer höheren Geschwindigkeit, so dass selbst eine geringe Anzahl von Luftblasen beim "Auftreffen" der Farbpartikel auf die Oberfläche des Objekts zerschlagen werden kann. Die Zerstäubungsluft der Mitteldruck-Luftmischpistole beträgt nur 0,1 bis 0,2 MPa, und ihre Zerstäubungswirkung ist schlechter als die der Luftpistole. Die Geschwindigkeit, mit der die Farbpartikel die Oberfläche des Objekts erreichen, ist ebenfalls geringer als bei der Luftpistole, so dass die Blasenbildung während der Verarbeitung schlechter ist. Zweitens ist die Viskosität der gespritzten Farbe bei der Verwendung einer Luftspritzpistole geringer als bei der Verwendung einer Airless-Pistole mit mittlerem Druck. Dadurch ist es einfacher, die Farbe zu zerstäuben, die Blasen zu zerschlagen und die Oberfläche während des Trocknungsprozesses zu entschäumen.
Andererseits ist auch die Öl- und Luftmenge in der Spritzpistole während der Verarbeitung ein wichtiger Faktor, der die Blasenbildung beeinflusst. Unabhängig davon, ob es sich um eine Luftspritzpistole oder eine Mitteldruck-Luftmischpistole handelt, kann die Öl- und Luftmenge flexibel eingestellt werden, und das Mischungsverhältnis sollte entsprechend der Viskosität der Farbe oder dem gewünschten Auftragseffekt auf dem zu lackierenden Objekt festgelegt werden. Bei halboffener Beschichtung ist es beispielsweise manchmal erforderlich, "trockener" zu sprühen (kleine Ölmenge und große Luftmenge), während bei vollständig geschlossener Beschichtung im Allgemeinen "nasser" gesprüht werden muss (etwas größere Ölmenge und etwas kleinere Luftmenge). Im Allgemeinen sollte vor dem Auftragen die Zerstäubung der Beschichtung durch Einstellen der Öl- und Luftmenge optimiert werden, um die besten Auftragsergebnisse zu erzielen.
Faktoren, die die Entschäumung von Holzbeschichtungen auf Wasserbasis beeinflussen
1. Harz
Bei Entschäumungsversuchen mit hochviskosen Mattlacken auf Wasserbasis ist das Harz der kritischste Faktor, der die Leichtigkeit der Entschäumung beeinflusst. Derzeit gibt es drei Haupttypen von Holzlacken auf Wasserbasis: Polyurethan auf Wasserbasis (PU), Acryl auf Wasserbasis (AC) und Polyurethan und Acryl auf Wasserbasis (PU A). Aufgrund von Unterschieden im Synthesemechanismus unterscheiden sich die drei Arten von Harzen auch in ihrer Entschäumungsfähigkeit erheblich.
Das Entschäumen von PU und PUA auf Wasserbasis ist relativ einfach, während das Entschäumen von AC auf Wasserbasis relativ schwierig ist. Das liegt daran, dass Emulgatoren, die eine Art von Tensiden sind, dazu neigen, beim Aufschütteln Schaum zu erzeugen. Auf dem heimischen Markt für wässrige Möbelbeschichtungen ist wässriges AC jedoch aufgrund seiner Vorteile in Bezug auf Preis, Trocknungsgeschwindigkeit, Wasserbeständigkeit usw. weit verbreitet. Insbesondere Kern-Schale-Polymerisationsemulsionen haben eine niedrigere Filmbildungstemperatur, reduzieren den VOC-Gehalt erheblich und haben eine gute Härte, Elastizität und Anti-Blocking-Eigenschaften nach der Filmbildung. Sie werden derzeit in großen Mengen für die Oberflächenbeschichtung von Holzprodukten im Außenbereich verwendet.
Bei AC-Emulsionen hängt die Schwierigkeit der Entschäumung von der Art des Emulgators und der bei der Emulsionssynthese verwendeten Methode ab. Anionische Emulsionssysteme zum Beispiel haben kleine Teilchengrößen und neigen zum Schäumen. AC-Emulsionen auf Wasserbasis, die durch seifenfreie Polymerisation oder Kern-Schale-Polymerisation hergestellt werden, sind leichter zu entschäumen als herkömmliche AC-Emulsionen auf Wasserbasis. Experimente haben gezeigt, dass bei der Formulierung von hochviskosen Mattlacken die Verwendung von Emulsionen mit Kern-Schale-Polymerisation die Schwierigkeiten bei der Entschäumung während der Produktion erheblich verringern kann.
2. Viskosität
Ob bei der Lagerung in der Farbdose oder während des Trocknungsprozesses nach dem Auftragen, die Entschäumung ist schwieriger, wenn die Farbe eine höhere Viskosität hat. In der Produktion muss die Viskosität des Lacks innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden, um Absetzen und Absacken zu verhindern. Beim Airless-Spritzen von Holzlacken auf Wasserbasis mit mittlerem Druck muss die Arbeitsviskosität des Lacks bei 80 KU oder darüber gehalten werden, während die Viskosität des Endprodukts ab Werk oft über 90 KU liegt, um Viskositätsänderungen aufgrund von Temperaturerhöhungen und der Notwendigkeit, die Viskosität während der Verarbeitung mit Wasser einzustellen, auszugleichen. Je nach den rheologischen Eigenschaften der Beschichtung wird die Viskosität im Allgemeinen zwischen 90 und 120 KU (25°C) geregelt.
3. Entschäumer
Bei hochviskosen Mattlacken auf Wasserbasis ist die Entschäumung aufgrund des hohen Harzgehalts und der hohen Viskosität schwieriger. Die Menge und Art der bei der Herstellung verwendeten Entschäumer ist relativ hoch, und im Allgemeinen werden zwei bis drei Entschäumer in Kombination verwendet, die vor, während und nach der Hochgeschwindigkeitsdispergierung zum Unterdrücken, Entschäumen und Entlüften eingesetzt werden. Damit sich der Entschäumer und die anderen Additive gut mit dem Harz vermischen können, ist eine Hochgeschwindigkeitsdispersion erforderlich, bei der eine große Anzahl von Blasen entsteht. Daher ist es notwendig, vor der Hochgeschwindigkeitsdispergierung eine bestimmte Menge Entschäumer mit besseren Entschäumungseigenschaften zuzusetzen.
Die wichtigsten Entschäumer, die üblicherweise in wasserbasierten Holzbeschichtungen verwendet werden, sind Mineralöl und Silikon. Ersteres ist kostengünstig und hat ein geringes Entschäumungsvermögen. Es besteht hauptsächlich aus 85% Trägeröl und 15% hydrophoben Partikeln, und die hydrophoben Partikel bestehen im Allgemeinen aus pyrogener Kieselsäure, Metallstearat usw. Diese Art von Entschäumer neigt zur Schwärzung des Beschichtungsfilms und kann in Spachtelmassen und Grundierungen mit geringem Glanz verwendet werden. Letzterer besteht hauptsächlich aus Emulsionen von stark wasserabweisendem Organosilicium und polyethermodifiziertem Polydimethylsiloxan, die sich kaum auf Glanz und Transparenz auswirken. Es ist derzeit der wichtigste Entschäumer für Holzlacke auf Wasserbasis. In einigen Artikeln wurde jedoch darauf hingewiesen, dass einige mit Mineralöl modifizierte Entschäumer wirksamer sind als Organosilikon-Entschäumer. Daher sollte die Auswahl der Entschäumer auf verschiedenen Harzen basieren und auf der Grundlage von Versuchsergebnissen getroffen werden.
4. Verdickungsmittel
Bei der Herstellung von hochviskosen Mattlacken auf Wasserbasis ist die Wahl des Verdickungsmittels sehr wichtig. Sie ist der Schlüssel zu den Entschäumungseigenschaften des Produkts während der Lagerung oder Anwendung. Derzeit werden hauptsächlich zwei Arten von Verdickungsmitteln verwendet: assoziative und alkaliquellbare. Erstere sorgen für eine bessere Fließfähigkeit und Scherviskosität, während letztere die Lagerstabilität und die Anti-Stagging-Eigenschaften verbessern können. In der Produktion begünstigt ersteres die Entschäumung und Entgasung, während letzteres den Schaum leichter stabilisieren kann. Da ersteres jedoch eine bessere Fließfähigkeit aufweist, ist seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Verunreinigungen während der Anwendung stark eingeschränkt. Um die Lagerstabilität der Beschichtung aufrechtzuerhalten und eine bessere Beständigkeit gegen Durchbiegung und Verschmutzung während der Anwendung zu gewährleisten, müssen Mattlacke auf Wasserbasis daher manchmal in Kombination mit einem bestimmten alkaliquellbaren Verdickungsmittel verwendet werden, selbst wenn die Viskosität hoch ist. Es gibt viele Arten dieser beiden Arten von Verdickungsmitteln, und wie sie aufeinander abgestimmt werden, muss auf der Grundlage der Versuchsergebnisse nach der Auswahl des Harzes bestimmt werden.
5. Mattierungsmittel sowie Netz- und Dispergiermittel
Bei im Mitteldruck-Airless-Verfahren gespritzten Mattierungslacken auf Wasserbasis werden in der Regel Mattierungsmittel und nicht Mattierungswachspasten als Mattierungsmittel gewählt. Dies liegt vor allem daran, dass die Haptik der Oberfläche beim Airless-Spritzen im Mitteldruckverfahren nicht sehr wichtig ist, aber auch an der Entschäumung, dem Preis und der Systemverdickung. Mattierungswachspasten (Pulver) sind relativ teuer in der Anwendung und neigen außerdem zur Schaumbildung während der Dispersion, die sich nur schwer beseitigen lässt.
Bei hochviskosen Lacken ist die absetzhemmende Wirkung von Mattierungsmitteln fast irrelevant, während die Wirkung auf die Entschäumungseigenschaften sehr wichtig wird. Im Allgemeinen lassen sich hydratisierte Oberflächen leichter entschäumen als nicht hydratisierte, und Oberflächen mit geringer Ölabsorption sind leichter zu entschäumen als solche mit hoher Ölabsorption. Experimente haben gezeigt, dass die Wahl des Netz- und Dispergiermittels einen erheblichen Einfluss auf die Entschäumung hat. Je besser die Oberfläche des Mattierungsmittels durch das Dispergiermittel benetzt wird, desto entschäumungsfreundlicher ist sie.
6. Gestaltung und Kontrolle von Produktionsprozessen
Auch bei der Herstellung von Beschichtungen ist die Gestaltung und Kontrolle der Produktionsprozesse sehr wichtig. Bei der Herstellung von Beschichtungen auf Wasserbasis muss ein geeigneter Produktionsprozess formuliert und streng kontrolliert werden, um eine gleichmäßige Vermischung des Harzes und anderer Bestandteile mit minimaler Blasenbildung zu erreichen.
Bei der Herstellung von Mattlacken beispielsweise wird das Harz in der Regel mit Zusatzstoffen und Mattierungsmitteln bei hoher Geschwindigkeit gemischt, bis die gewünschte Feinheit erreicht ist. Während dieses Prozesses entsteht eine große Anzahl von Blasen. Wenn die Viskosität niedrig ist, verschwinden diese Blasen in der Regel nach einer Standzeit von 24 Stunden. Ist die Viskosität jedoch hoch und das System thixotrop, lassen sich diese Blasen auch nach längerer Zeit nur schwer beseitigen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Zugabe des Mattierungsmittels nach der Herstellung einer Aufschlämmung die Blasenbildung wirksam verringern. Bei der Zugabe von Entschäumern oder anderen schwer zu dispergierenden Additiven ist es dagegen am besten, sie zu verdünnen und langsam in dispergiertem Zustand zuzugeben, um die für die Dispersion erforderliche Geschwindigkeit zu minimieren und die für eine gleichmäßige Dispersion erforderliche Zeit zu verkürzen. Einige Zusatzstoffe, die zum Schäumen neigen, wie z. B. einige Wachspasten, sollten möglichst während des späten Dispersionsprozesses mit niedriger Geschwindigkeit zugegeben werden.
Schlussfolgerung
Die hohe Viskosität von Holzbeschichtungen auf Wasserbasis kann die Dicke eines einzelnen Auftrags erhöhen, die Produktionseffizienz verbessern und die Möglichkeit des Absackens und der Blasenbildung während des Auftrags verringern. Sie erschwert jedoch auch die Entschäumung während des Auftragens, was die Oberflächenwirkung nach dem Auftragen stark beeinträchtigt und ein Haupthindernis für die Ausweitung von Holzbeschichtungen auf Wasserbasis auf andere Anwendungsbereiche darstellt. Bei der Erforschung der Entschäumungseigenschaften von hochviskosen Lacken auf Wasserbasis ist die Auswahl von Harzen und Verdickern am wichtigsten, gefolgt von der Auswahl von Entschäumern, Mattierungsmitteln und anderen Additiven und schließlich der Optimierung des Produktionsprozesses und der Einstellung der Viskosität. Ein gutes Produkt muss nicht nur über gute physikalische und chemische Eigenschaften verfügen, sondern auch über gute Anwendungseigenschaften. Nur wenn beides gut kombiniert wird, können hervorragende Beschichtungsergebnisse erzielt und die Anforderungen der Verbraucher erfüllt werden, und die Entwicklung von Holzlacken auf Wasserbasis wird sich beschleunigen.
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Methacrylat-Monomer | ||
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