室溫固化雙組分水性木器涂料的制備

　　1前言

　　由于符合環(huán)保要求，水性涂料近年來(lái)受到高度重視并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。水性涂料最大的優(yōu)點(diǎn)在于有很低的有機(jī)揮發(fā)物(VOC)含量，甚至幾乎可達(dá)到零VOC的水平。室溫固化水性木器涂料作為水性涂料的重要組成部分在國(guó)內(nèi)已得到推廣?，F(xiàn)已在家庭裝飾領(lǐng)域開(kāi)始嶄露頭角。

　　現(xiàn)有市場(chǎng)上的室溫固化水性木器涂料多為單組分體系，通過(guò)水分揮發(fā)后形成不可水溶性的涂膜。在此過(guò)程中可以形成分子內(nèi)交聯(lián)，如水性醇酸體系和水性氧酯油體系靠空氣中的氧氣發(fā)生交聯(lián)，也可能因乳液本身含有酮羰基/酰肼類(lèi)化含物，隨水分揮發(fā)發(fā)生交聯(lián)。然而這種交聯(lián)對(duì)涂膜性能的提高十分有限，與溶劑型聚氨酯，特別是溶劑型雙組分聚氨酯相比，單組分水性木器涂料尚難望其項(xiàng)背。其性能的巨大差距阻礙了水性木器涂料的推廣應(yīng)用，特別是在要求較高的場(chǎng)合，如家具制造業(yè)和工業(yè)涂料上的應(yīng)用。

　　制成室溫固化的雙組分水性木器涂料是顯著提高涂膜性能的一個(gè)重要途徑，由于要求室溫固化，因而更增加了配漆的難度。

　　以下介紹的雙組分水性木器涂料是一種新潁的雙組分水性涂料。其優(yōu)異的性能可與溶劑型涂料相媲美，但配漆及施工比一般雙組分水性涂料更加方便。

　　2實(shí)驗(yàn)部分

　　2.1主要原材料

　　(1)丙烯酸改性聚氯酯分散體ER-05(青島頤中實(shí)業(yè)公司)。該分散體固含量≥33%，粘度<500mPa?s。(2)JL-01交聯(lián)劑，透明無(wú)色稀液，青島頤中實(shí)業(yè)公司。(3)各種助劑，分別取自BYK公司、海川公司等。

　　2.2制備方法

　　主料按一般單組分水性木器涂料的方法制備，在ER-05水分散體中逐次分別加入流平劑、成膜助劑、消泡劑、增稠劑等，充分混勻。

　　在使用前將其加入JL-01固化劑混勻過(guò)濾，適當(dāng)放置后即可涂裝。

　　3結(jié)果與討論

　　3.1甲、乙組分

　　雙組分水性木器涂料主料ER-05型丙烯酸改性聚氨酯分散體。該分散體為核殼結(jié)構(gòu)型，固體分≥33%、粘度小，外觀乳白有半透明性，分散體分子中含有羥基和羧基。以ER-05分散體加上消泡劑、流平劑、增稠劑、表面改性劑等制成甲組分。

　　乙組分為JL-01交聯(lián)劑，外觀無(wú)色清液。每100份甲組分添加(1～7)份乙組分，混合均勻后仍類(lèi)似甲組分，漆液外觀和粘度無(wú)顯著變化。

　　水性涂料多用異氰酸酯固化劑制成雙組分體系，國(guó)內(nèi)外這類(lèi)固化劑種類(lèi)繁多，品種各異，但是大多混合十分困難，甚至雖經(jīng)親水改性也不易迅速分散在乳液和水分散體中。而研制的雙組分水性涂料混合極易，用手輕加攪動(dòng)就可混合均勻，很適合DIY型現(xiàn)場(chǎng)加工。

　　3.2施工性能

　　3.2.1適用期

　　雙組分水性木器涂料與雙組分溶劑型漆一樣，配好漆后有一個(gè)適用期的問(wèn)題，20℃下漆液粘度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖1。

　　從圖1中可見(jiàn)粘度變化相當(dāng)緩慢，15d內(nèi)無(wú)很大的變化，粘度在(19.1～19.8)s，18d后粘度增至21s左右，涂刷無(wú)影響，更無(wú)分層、凝膠、增稠等異?，F(xiàn)象。繼續(xù)存放至35d，雙組分涂料的外觀和涂刷施工時(shí)仍未觀察到異常現(xiàn)象。

　　在適用期上水性涂料與溶劑型涂料有著完全不同的現(xiàn)象，雙組分溶劑型涂料配漆后粘度逐漸增長(zhǎng)，超過(guò)適用期后粘度增高至完全不能施工，也不能再用溶劑稀釋。然而，在水性環(huán)氧體系曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)配漆后粘度無(wú)顯著變化，但在超過(guò)某一時(shí)間后，漆液涂裝不再能形成良好涂膜。在這種情況下配漆后的適用期不能以粘度變化來(lái)確定，而要以施工能否形成良好涂膜的時(shí)間來(lái)確定。

　　本水性木器漆配漆后18d涂裝仍能很好成膜，存放35d涂裝仍無(wú)異常，可見(jiàn)20℃下適用期長(zhǎng)達(dá)35d以上。這是其他類(lèi)型的室溫固化雙組分水性涂料，如親水異氰酸酯或氮丙啶化合物固化的水性涂料是根本不能相比的。

　　3.2.2陳化

　　雙組分水性木器涂料配漆后宜陳化后再用，20℃下最好陳化2h以上。陳化時(shí)間不夠的涂膜有可能出現(xiàn)微裂紋或塵粒狀現(xiàn)象，特別是施工溫度較低時(shí)更有可能出現(xiàn)這些弊病。夏季配漆后可接使用。

　　3.3硬度

　　3.3.1硬度隨固化時(shí)間的變化

　　用擺桿硬度計(jì)測(cè)定的兩種配方室溫固化涂膜硬度隨時(shí)問(wèn)的變化如圖2所示。

　　圖2室溫下固化時(shí)間對(duì)漆膜硬度的影響

　　由圖2可見(jiàn)，1d之內(nèi)涂膜硬度即可達(dá)到最終硬度的70%以上，7d后硬度基本達(dá)到最大值。涂裝后于50℃下烘烤，涂膜硬度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。1h后硬度接近最終值，(5～7)h后硬度基本恒定。50℃下固化1h，近似于室溫(20～23)℃條件下固化1d。因此，該涂料用于工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，在不太高的溫度下適當(dāng)加溫，可以大大縮短加工等待時(shí)間。

　　固化劑中的活性基團(tuán)與聚氨酯分散體中的官能團(tuán)反應(yīng)后交聯(lián)，固化劑過(guò)多并無(wú)益處。圖4表明隨著固化劑用量的增加，涂膜硬度先增加，后減少，硬度的峰值在固化劑用量為1%～3%達(dá)到。過(guò)多的固化劑起了增塑作用，涂膜硬度反而下降。

　　圖4涂膜硬度隨固化劑用量的變化

　　3.3.3最終硬度

　　雙組分涂料的硬度高于單組分涂料。加入2%固化劑的雙組分涂料涂膜固化15d后，其硬度可達(dá)0.67，而用類(lèi)似水分散體制成的單組分涂料涂膜硬度為0.59，可見(jiàn)固化劑能明顯提高涂膜硬度。在另一種水性涂料的配方中，未加固化劑時(shí)涂膜的硬度最多只能達(dá)到0.69，當(dāng)加入3%的固化劑后涂膜的最終硬度提高到了0.82。高硬度的涂膜更適合用于家具和地板涂裝。

　　3.4附著力

　　雙組分涂料的附著力有顯著提高，在紅、白、黑胡桃、紅胡桃、水曲柳、紅松、梧桐等木板上用劃格粘膠粘帶的方法測(cè)得附著力均為0級(jí)，表明這種漆對(duì)木材的附著力極優(yōu)。此外，在玻璃板上的單組分涂料涂膜經(jīng)自來(lái)水浸泡24h后起泡并可很容易地揭南而雙組分涂料浸泡3個(gè)月仍不起泡且很難刮下。此外，雙組分涂料的層問(wèn)附著力也明顯增大，不會(huì)出現(xiàn)層間附著不良的現(xiàn)象。

　　3.5耐水性

　　從兩方面考察了涂膜的耐水性：①測(cè)定涂膜的吸水率;②水浸泡試驗(yàn)。

　　3.5.1吸水率

　　將單、雙組分涂料澆于隔離紙上，干透后制成試片，裁取約1cm大小試片，于蒸餾水中浸泡24h后，吸干表面水測(cè)吸水率。交聯(lián)后的試樣吸水率大大下降，其結(jié)果見(jiàn)表1。

　　表1單、雙組分涂料某些性能比較

　　3.5.2水浸泡

　　雙組分涂料長(zhǎng)時(shí)間水浸泡涂膜不泛白、不起泡、涂料不會(huì)從玻璃板上脫落，有良好的耐水性。而相應(yīng)的單組分涂料則可能產(chǎn)生輕度變濁或泛白、起泡、玻璃板附著不良、易剝除。木板上的情況與之類(lèi)似，雙組分涂料浸水不泛白、不脫落。

　　3.6耐溶劑性

　　單組分水性木器涂料，無(wú)論是丙烯酸型還是聚氨酯類(lèi)的，耐溶劑能力都很差，乙醇、甲苯和丙酮這類(lèi)有機(jī)溶劑極易破壞涂膜,而雙組分水性木器涂料耐溶劑性極好。

　　以工業(yè)酒精、甲苯或丙酮為溶劑，棉球蘸溶劑在玻璃板上已固化好的涂膜上來(lái)回擦拭，一個(gè)來(lái)回為一次，擦程約5cm，結(jié)果雙組分涂料擦700次不破壞、不泛白，而相應(yīng)的單組分涂膜擦幾十次就溶破了(如表1所示)。.

　　3.7耐堿性

　　經(jīng)5%NaOH溶液腐蝕后單組分涂料涂膜呈深棕黑色，干后碎裂，涂膜完全破壞;雙組分涂料涂膜為淺棕黑色，涂膜完整不脫落，可見(jiàn)雙組分涂料的耐堿腐蝕性大大提高，這是一般單組分涂料根本不能比的(如表1所示)。

　　3.8耐燙性

　　將開(kāi)水置于不銹鋼杯中，涂膜上倒上開(kāi)水，把杯壓在已充分固化的雙組分涂料涂膜上，10min后取下觀察無(wú)明顯燙痕;而單組分涂膜上燙痕深，永不能消除，并且涂膜變白(干后可恢復(fù))?？梢?jiàn)交聯(lián)后的涂膜基本消除了單組分涂膜的嚴(yán)重弊病――熱塑性，表現(xiàn)出了溶劑型交聯(lián)聚氯酯涂料的效果一熱固性。

　　表2單、雙組分涂膜耐污漬-性比較

　　3.9耐污漬性

　　以中國(guó)人常見(jiàn)的幾種液體：蒸餾水、綠茶、巴西咖啡、醬油(老抽)、山西陳醋和化學(xué)黑墨水做污漬源，滴在涂膜上3h后洗去，觀察污漬情況。以10分制評(píng)價(jià)：無(wú)任何痕跡為10分，微顯水圈痕跡，干后消失為9，微泛白為8，化學(xué)墨水有明顯痕跡(呈深綠色1，淡綠6)(見(jiàn)表2)。顯然，經(jīng)交聯(lián)后的雙組分涂料涂膜的耐污漬性大大提高。試驗(yàn)的幾種有色物中，除化學(xué)黑墨水略顯痕跡外，其余的不會(huì)對(duì)涂膜造成不良影響，而單組分涂料的抗污漬性較差。

　　3.10抗粘連性

　　單組分涂料涂裝后數(shù)天內(nèi)不能疊壓，否則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重粘連。雙組分涂料實(shí)干后就有良好的抗粘連性，1d后疊壓基本不粘連，可見(jiàn)雙組分涂料更加適宜快速施工的需要。

　　4結(jié)論

　　通過(guò)添加<4%的無(wú)毒交聯(lián)固化劑制得了雙組分水性木器涂料，與相應(yīng)的單組分涂料相比，各方面性能有了顯著提高;適用期20℃下可達(dá)35d以上，在夏季較高溫度下適用期也在10d以上，這是溶劑型雙組分聚氯酯和其它雙組分水性涂料望塵莫及的。適用期長(zhǎng)大大方便了施工，并可避免不必要的物料浪費(fèi)。此外，該涂料的固化劑粘度極低、親水性好，稍加攪動(dòng)兩組分就可混合均勻，這也是完全不同于傳統(tǒng)聚氯酯固化劑交聯(lián)水性涂料的顯著特點(diǎn)之一。

　　由于這種雙組分涂料依然保持了環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，性能又有了質(zhì)的飛躍，大大拓寬了水性木器涂料的應(yīng)用范圍，可以用在過(guò)去單組分水性木器涂料因性能欠佳而受限制的許多領(lǐng)域，可取代溶劑型木器漆。最大限度地減少了有害溶劑的排放，而且由此產(chǎn)生的新思路還有望促進(jìn)在塑料制造、皮革涂飾、包裝材料，甚至水性防銹涂料、水性工業(yè)涂料和水性特種涂料研制方面獲得新的突破。

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