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行业动态

双组份水性聚氨酯木器漆涂料的开发

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2021/7/15     浏览次数:    
      在水性木器漆涂料的发展过程中 , 单组份水性木器漆涂料由于施工简便、价格便宜等优点得到了较快的发展 , 但又由于它在成膜过程中没有化学交联或很少有化学交联,其化学性能等方面有明显的缺陷,在实际应用中很难满足一些要求较高的场合,使其推广应用受到很大的限制。双组份水性聚氨酯木器漆涂料是近年来的发展趋势,其成膜过程中有一定的化学交联,在涂膜的物理化学性能方面,特别是耐水性、耐化学品性、耐沾污性、抗黏连性等方面都要优于单组份水性木器漆涂料。而且其 VOC(挥发性有机化合物)含量较低,是当前水性木器漆涂料的重点研发方向。本研究以自制的水性树脂配用水分散型聚异氰酸酯固化剂,制得了双组份水性聚氨酯木器漆涂料,并对润湿剂、成膜助剂、消泡剂等进行优化选择,所得涂料的各项性能均达到了溶剂型木器漆涂料的水平。

1.1 涂料配方

涂料的配方组成见表 1。

1.2 制备工艺

      将水性树脂加入搅拌罐中,用多功能胺中和剂调整 pH,加入润湿分散剂,搅拌均匀后,依次加入消泡剂、流平剂、紫外线吸收剂、成膜助剂等,搅拌 10~20 min,用水调整黏度合格,过滤,包装,备用。

1.3 性能测试

      按 GB/T 23999—2009《室内装饰装修用水性木器漆涂料》检测以下性能 :附着力、耐水性、耐碱性、耐醇性、耐干热性、耐冻融稳定性以及耐沾污性 ;按EN 12720—1997《家具·冷液表面抗性的评估》测试耐咖啡沾污性,测试方法 :点滴法。大致如下 :将咖啡滴在涂层上(可采用滤纸防止其过度挥发),用表面皿将其罩住,到规定时间(一般 2 h)后,用水冲洗干净,并用纱布吸干,与原漆进行比较,观察颜色和光泽有无变化等现象。抗黏连性极限测试方法如下 :在 20 cm×20 cm 的榉木板上喷涂两底两面,30℃强制干燥 1 h,最后 1 道面漆干燥后 1.5 h,分别面对面、背对面用 20 kg 的砝码压于其上,24 h 后取下砝码,观察涂膜的黏连情况。

2 结果与讨论

2.1 水性双组份聚氨酯涂料的固化过程

      水性双组份聚氨酯涂料的固化涉及的化学反应如下,其中主要反应为羟基与异氰酸酯基的加成反应,生成氨基甲酸酯(—NH—COO—),副反应为异氰酸酯基团分别与水、氨基、氨基甲酸酯和羟基反应,生成脲、脲基甲酸酯和氨基化合物等 :

2.2 树脂的选择

      要制得具有优异的耐水性、耐醇性,同时铅笔硬度、附着力等性能突出,丰满度高,手感好的涂膜,我们选用 PPG(丙二醇)、BDO(1,4- 丁二醇)、TMP(三羟甲基丙烷)、DMPA(二羟甲基丙酸)、TDI(甲苯二异氰酸酯)等原材料进行试验,合成水性聚氨酯分散体的羟基组分固化剂,再与固化剂配用,制备的水性双组份聚氨酯涂料具有良好的综合性能。

2.3 润湿剂的选择

      基材表面和涂料配方都会影响润湿,原则上说,液体的表面张力比固体表面自由能小,则固体表面可以很好地润湿。水性涂料中含有大量的水,水的表面张力为 72 mN/m,所以要使用基材润湿剂来降低涂料的表面张力,使其能够很好地在基材上铺展开,这些具有表面活性的物质,会优先附着到相分界处,从而起到降低表面张力的效果。值得注意的是,基材润湿剂的加入量一定要适中,过多的基材润湿剂会形成胶束,使加入的消泡剂有一部分进入其中,从而降低了消泡效果。基材润湿剂的加入量一般以0.1%~0.3% 为佳,并且在搅拌情况下缓慢加入。

2.4 成膜助剂的选择

      成膜助剂是水性木器漆涂料的重要组成部分,成膜助剂不仅影响树脂的合成、施工、干燥,还影响涂膜硬度的展现。沸点高、挥发速度慢的成膜助剂长期停留在涂膜中起到增塑作用,使涂膜硬度长期偏低,所以应选择成膜效率高的成膜助剂,使配方中的成膜助剂用量尽可能少。成膜助剂的成膜效果受环境、温度、湿度和涂料中的溶剂与水的挥发速度等因素的影响,所以在设计配方时应该全面考虑各影响因素。综合考虑,我们选择了二丙二醇甲醚为该涂料的成膜助剂。

2.5 消泡剂及其用量的选择

      在水性配方中,消泡剂的作用是破坏位于表面的大气泡并防止空气的大量滞留,消泡剂及其用量的选择是个关键,它的用量以能基本消除气泡为原则,并在施工过程中使散布于涂膜中的空气尽快排除,不可过度追求消泡效果,以免出现不良效果及副作用。消泡剂的选择要考虑到消泡和脱泡两种功能。消泡剂在水性涂料中的用量一般占配方量的0.05%~0.5%,以 0.3% 为最佳。消泡剂种类及其用量的影响见表 2。

      消泡剂 1 是以聚硅氧烷为主要成分的消泡产品,除了可提供优异的抑泡、消泡效果之外,兼容性也较好,不易产生缩孔问题,对涂膜的光泽影响极小 ;消泡剂 2 为分子级消泡剂,它抑泡、消泡能力较差 ;消泡剂 3 为矿物油类消泡剂,它会严重影响漆膜的光泽等,这是矿物油迁移至涂膜表面所致。
2.6 中和剂的选择

      因水性木器漆只有在微碱性条件下才能稳定,当 pH 过高或过低时,涂料可能会出现絮凝、沉淀、返粗、施工性能恶化等现象。当树脂的 pH 为 7.5~8.5时,没有必要再使用 pH 调节剂 ;否则在制漆过程中还要添加 0.05%~0.1% 的 pH 调节剂,将涂料的 pH 调整至 7.5~8.5 之间。中和剂的品种和中和度对水溶性树脂及其涂料的影响很大,主要表现在树脂的水溶性、水溶液的黏度、颜色、漆液的稳定性等方面。水溶性树脂常用的中和剂品种很多,如氨水、三乙醇胺、二甲基乙醇胺和 DeuAdd AA-95 多功能胺中和剂等,我们通过对以上几种中和剂的筛选及试验对比,最终选用了多功能胺中和剂,以保证涂料体系的水溶性和稳定性。

2.7 流变剂的选择

      流变剂的作用是提高剪切条件下的流平效果,使刷涂后的涂料能尽快流平,减少刷痕。它的一般用量是涂料总量的 0.1%~1.0%,因为有些流变剂具有增稠作用,其用量不易过大,避免产生一些涂膜弊病。

2.8 其它助剂的选择

      流平剂、杀菌剂、紫外线吸收剂等,可以在确定树脂后,根据树脂的特性来进行测试筛选。

2.9 性能指标

      水性双组份聚氨酯木器漆涂料的性能指标见表 3。

3 结语

      通过合理的配方设计制备了双组份水性聚氨酯木器漆涂料,它具有优异的耐水性、耐候性及良好的耐化学品性,其各项性能指标均达到了溶剂型木器漆涂料的水平,且更加环保,具有良好的市场应用前景。

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