雙組分水性聚氨酯木器漆的研制

丁習(xí)虎

【摘 要】采用自己合成的端羥基水性聚氨酯分散體，加入流平劑、消泡劑、成膜助劑等，作為乙組分；采用六亞甲基二異氰酸酯三聚體（N75），加入二乙二醇二乙醚作為甲組分；制成了雙組分水性聚氨酯木器漆。研究了甲、乙組分配比、成膜助劑、消泡劑等對產(chǎn)品性能的影響，測試了產(chǎn)品的硬度、附著力、耐水性等技術(shù)指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】水性木器漆；水性聚氨酯；雙組分

【Abstract】This article discusses the preparation of a water-borne two-component polyurethane wood varnish， which is composed of Part A and Part B； whereby Part B is a ready-made hydroxyl terminated water-borne polyurethane dispersion with flowing agent， deformer， coalescing agent， while Part A is made of hexamethylene diisocyanate（N75 HDI） with Diethylene glycol diethyl ether. It also studies results from the different ratios of Part A and Part B， coalescing agents as well as defoamers， and determines the hardness， adhesion and waterfastness of the resulting varnish.

【Key words】Water-borne Wood Varnish； Water-borne Polyurethane； Two-component

0 引言

雙組分聚氨酯油漆因其硬度高、附著力好、施工方便而得到廣泛的應(yīng)用，但是，雙組分聚氨酯油漆施工后有機(jī)溶劑揮發(fā)量大，對環(huán)境破壞性很大，同時有大量的游離TDI揮發(fā)，對人體傷害很明顯，因此，雙組分聚氨酯油漆的發(fā)展受到越來越多的限制。高固含量涂料、粉末涂料和水性涂料符合發(fā)展的要求，在木器家具涂裝方面，發(fā)展水性木器漆是理想的選擇。

當(dāng)前，水性木器漆粘接料主要以單組份水溶性樹脂為主，主要有丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散體、丙烯酸——聚氨酯共聚乳液，水性環(huán)氧樹脂、水性聚酯樹脂等等。采用單組分水性聚氨酯分散體制成的水性木器漆，具有成膜性好，附著力好，光澤高，柔韌性好，耐水性好等優(yōu)點(diǎn)，在水性木器漆中得到廣泛的應(yīng)用。但是，單組分水性木器漆的一個重要的技術(shù)指標(biāo)——硬度達(dá)不到雙組份聚氨酯油漆的標(biāo)準(zhǔn)，雙組份聚氨酯油漆的鉛筆硬度一般達(dá)3H以上，而單組分水性木器漆的硬度一般只能達(dá)到1B到1H之間，嚴(yán)重影響了水性木器漆在餐桌、工作臺面等家具上的使用。

本文采用自己合成的端羥基水性聚氨酯分散體作為乙組分，六亞甲基二異氰酸酯（HDI）三聚體作為甲組分，配制成雙組分水性聚氨酯木器漆，該雙組分水性木器漆施工簡單，通過自然干燥，涂膜硬度可以達(dá)到3H，并且，涂膜表面平整光滑，光澤高，耐磨性好。

1 實驗部分

1.1 主要原料

端羥基水性聚氨酯分散體（自制）、二月桂酸丁基錫（DBTL）、六亞甲基二異氰酸酯三聚體（N75，拜耳）、成膜助劑、消泡劑、流平劑（海川化工）、增稠劑（海川化工）、防腐劑（海川化工）。

1.2 實驗過程

1.2.1 雙組分水性聚氨酯木器漆的制備[1]

甲組分的制備：將N75與二乙二醇二乙醚按照質(zhì)量1：1進(jìn)行混合，攪拌均勻后密封于塑料瓶中備用。

乙組分的制備：將端羥基水性聚氨酯分散體放入高速分散釜中，在高速分散狀態(tài)下加入消泡劑、流平劑、成膜助劑、防腐劑、催化劑、增稠劑等，分散半小時，過濾后，裝入密閉的塑料瓶中備用。

將甲、乙組分按照1：9的比例進(jìn)行混合，用玻璃棒攪拌均勻后即可施工，該雙組分水性木器漆的使用有效期約3小時。

1.2.2 性能測試

將制得的雙組分聚氨酯水性木器清漆均勻地涂在馬口鐵板上，一般要涂2到3遍，每遍間隔2小時，保證干膜總厚度約30um到40um之間。在溫度25℃左右的室內(nèi)自然干燥96小時。

按照GB/T13452—2008測試涂膜厚度，按照GB1730—93測試硬度，按照GB1743—93測試光澤，按照GB1731—93測試柔韌性，按照GB/T9286—98，測試附著力。

2 結(jié)果與討論

2.1 固化劑用量對涂膜性能的影響[2]

固化劑主要與端羥基水性聚氨酯分散體中的羥基反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，另外，固化劑同時還會與水產(chǎn)生副反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為縮二尿和CO2氣體，消耗部分固化劑用量。隨著固化劑加入量增大，漆膜的交聯(lián)密度增加，硬度、附著力等性能提高，同時，產(chǎn)生CO2的量也增加，CO2氣體揮發(fā)的時候，在漆膜表面產(chǎn)生氣泡、魚眼、顆粒等表面缺陷，造成光澤下降，并且，產(chǎn)品的有效施工時間也越來越短，在乙組分中加入二月桂酸丁基錫催化劑，促進(jìn)固化劑與羥基的反應(yīng)速度，盡量減少固化劑與水反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體。試驗表面，甲、乙組分以1：9進(jìn)行混合，效果最好，試驗結(jié)果見表1。

2.2 成膜助劑選擇對性能的影響[3]

成膜助劑是水性涂料的重要組成，它對涂膜質(zhì)量、成膜速度都有很大的影響。單組分水性木器漆中，一般選擇醇酯十二、乙二醇單丁醚、二乙二醇單甲醚等作為成膜助劑，這類成膜助劑分子上都含有活潑氫原子，這些活潑氫原子可以和固化劑反應(yīng)，因此，這類成膜助劑在雙組分水性聚氨酯木器漆中不能使用。雙組分水性聚氨酯木器漆的成膜助劑選擇要求是不含活潑氫、與體系相溶性好以及揮發(fā)速度適中，成膜助劑揮發(fā)速度太快，涂膜的成膜性不好，成膜助劑的揮發(fā)速度太慢，涂膜的干燥速度慢，固化劑與水反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體量增加，造成涂膜表面不平整，光澤降低。試驗表面，二乙二醇二乙醚是比較理想的成膜助劑，表2是幾種成膜助劑的試驗結(jié)果。

2.3 消泡劑對涂膜表面性能的影響

水性木器漆中含有多種助劑，這些助劑都相當(dāng)于是表面活性劑，水性木器漆在施工時，很容易產(chǎn)生泡沫，快速消泡是水性木器漆制造過程中面臨的一大難題，因此，消泡劑的選擇至關(guān)重要。

消泡劑一般分為礦物油消泡劑、有機(jī)硅消泡劑、硅酮消泡劑、復(fù)合型消泡劑等。消泡劑的作用主要是抑泡和消泡，很多人只注重消泡而忽視了抑泡，水性木器漆的消泡劑要綜合考慮，選用多種抑消、消泡劑合理搭配使用，才能收到最佳效果。

消泡劑的加入方式也是很有講究，礦物油類消泡劑抑泡效果好，一般在前期加入，需要高速攪拌；有機(jī)硅類消泡劑消泡效果好，一般在后期加入，但是，有機(jī)硅類消泡劑一般與體系相容性較差，很難分散均勻，容易產(chǎn)品縮孔，因此，有機(jī)硅消泡劑加入前，最好用成膜助劑、流平劑等溶解，混合均勻后再加入體系中，效果會更好。

我們通過大量試驗比較，選出海川公司的一只礦物油類消泡劑和一只有機(jī)硅類消泡劑，兩種消泡劑復(fù)配使用，消泡效果很好，涂膜干燥后，表面光亮、平整，沒有氣泡、魚眼、顆粒、縮孔等表面缺陷。

3 結(jié)論

采用自己合成的端羥基水性聚氨酯分散體，加入流平劑、消泡劑、成膜助劑等，作為乙組分；采用六亞甲基二異氰酸酯三聚體（N75），加入成膜助劑二乙二醇二乙醚作為甲組分，制成了雙組分水性聚氨酯木器漆。甲、乙組分按照1：9的比例混合，用玻璃棒攪拌均勻后即可施工，該雙組分水性聚氨酯木器漆施工方便，有效施工時間約3小時，干燥速度快，自然干燥后，涂膜表面平整，光澤92%，硬度3H，耐磨性好，附著力強(qiáng)，是性能優(yōu)良的雙組分水性聚氨酯木器漆產(chǎn)品。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]