水性雙組分亞光透明木器涂料的制備

何金太，路國忠，呂懿訓(xùn)，馬占雄，丁秀娟（北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100041）

工藝·設(shè)備

水性雙組分亞光透明木器涂料的制備

何金太，路國忠，呂懿訓(xùn)，馬占雄，丁秀娟
（北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100041）

以水性羥基丙烯酸樹脂、消光粉和其他助劑為原料，通過配方優(yōu)化，研制了一種高透明度的水性雙組分亞光木器涂料。探討了水性羥基丙烯酸樹脂、消光粉和固化劑種類對涂膜性能和透明度的影響。

水性木器涂料；雙組分；透明度

0 引言

隨著國家環(huán)保法規(guī)對揮發(fā)性有機化合物（VOC）的限制，以及人們環(huán)保和健康意識的增強，溶劑型涂料受到了前所未有的挑戰(zhàn)，而水性涂料日益受到重視。近年來，水性木器涂料發(fā)展迅速，水性單組分木器涂料的性能也越來越好，涂膜柔韌、附著力好，耐水性和耐化學(xué)品性也有了較大提高，現(xiàn)已基本能滿足戶外門窗和松木兒童家具的性能要求。然而水性單組分木器涂料由于涂膜的交聯(lián)度不高，性能上的瓶頸很難突破，導(dǎo)致最終硬度不高、耐化學(xué)品性一般、漆膜豐滿度差、封閉效果不理想等。為了滿足上述性能要求，水性雙組分木器涂料就成為必然的選擇。水性雙組分木器涂料綜合性能好，耐水性、耐化學(xué)品性、硬度、豐滿度等性能都表現(xiàn)突出，基本上可以與傳統(tǒng)溶劑型雙組分木器涂料相媲美，滿足高檔實木家具的涂裝要求。

本研究制備的水性雙組分木器涂料以羥基丙烯酸樹脂為主要成膜物質(zhì)，水性異氰酸酯為交聯(lián)劑，常溫下發(fā)生固化反應(yīng)，得到光澤柔和、透明度好、綜合性能優(yōu)異的涂膜。

1 試驗部分

1.1 原材料

水性羥基丙烯酸樹脂，工業(yè)級，科思創(chuàng)；水性異氰酸酯，工業(yè)級，科思創(chuàng)；消光粉TS100、OK607、SYLOID C-805，工業(yè)級，德固賽；消泡劑1、消泡劑2，工業(yè)級，迪高；基材潤濕劑，工業(yè)級，進口；成膜助劑、流變助劑、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA），工業(yè)級，陶氏化學(xué)；增稠劑，工業(yè)級，海明斯；流平劑，工業(yè)級，畢克化學(xué)。

1.2 儀器設(shè)備

SFJ-400高速分散機，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司；BGD 206/3濕膜制備器、BGD 516/3 光澤計、BGD 506/2鉛筆硬度計，廣州標(biāo)格達(dá)實驗室儀器用品有限公司。

1.3 試驗配方

水性雙組分木器涂料的配方見表1。

1.4 制備工藝

1.4.1 主劑制備工藝

將水性羥基丙烯酸樹脂加入容器中，加入消泡劑1和消泡劑2，以800 r/min攪拌5 min，然后將消光粉緩慢加入到容器中，以1 500 r/min攪拌30 min；依次加入成膜助劑、流變助劑、基材潤濕劑、增稠劑、去離子水，以1 000 r/min攪拌15 min；加入防腐劑，攪拌5 min后，過濾，出料。

表1 水性雙組分木器涂料的配方Table 1 The formula of waterborne two-component wood varnish

1.4.2 固化劑制備工藝

將水性異氰酸酯加入容器中，加入PMA溶液，以500 r/min攪拌15 min后，過濾，出料。

1.5 性能測試

按照m（主劑） ∶m（固化劑）∶m（水）= 100∶（15~25）∶（15~25）比例配漆、制板，并進行性能測試。

1.5.1 理化性能測試

按照GB/T 23999—2009中的要求，對涂膜的干燥時間、硬度、耐劃傷性、耐水性、耐醇性等性能進行測試。

1.5.2 涂膜透明性測試

取150 mm×100 mm×3 mm的玻璃板，用150 μm濕膜涂布器刮涂1道水性雙組分木器涂料，放置48 h后待用，觀察者在保持相同距離下目視比對經(jīng)刮涂不同涂料后玻璃板對遠(yuǎn)景的清晰度。

2 結(jié)果與討論

2.1 水性羥基樹脂的選擇

水性羥基樹脂按制備方法不同分為乳液型和分散體型多元醇。乳液型多元醇稱為一級分散體，通過乳液聚合反應(yīng)合成，產(chǎn)品一般不含溶劑，相對分子質(zhì)量大，玻璃化溫度較高，羥基含量低（1%~2%）；配漆后，固化劑難以在乳膠粒子內(nèi)部擴散，涂膜干燥速度較快，適用期短，光澤低，一般適用于亞光和快干的工業(yè)木器涂裝。

分散體型多元醇稱為二級分散體，在均相體系中合成以后再分散在水中形成穩(wěn)定狀態(tài)，常含有少量溶劑，因結(jié)構(gòu)不同可分為聚酯型、聚氨酯型、羥基丙烯酸型和聚酯-聚氨酯型等。與一級分散體相比，分散體型多元醇一般相對分子質(zhì)量較低，相對分子質(zhì)量分布更窄，羥基含量較高（3%~5%），可以達(dá)到更高的交聯(lián)密度，使涂膜具有良好的機械性能和耐化學(xué)品性；同時漆膜更加通透，木紋顯影性好，也可以獲得更高的光澤，但是干燥速度稍慢。

一般來說，分散體型多元醇（高羥值樹脂）的單價偏高，乳液型多元醇（低羥值樹脂）的單價較低。因此，本研究嘗試將高羥值樹脂和低羥值樹脂搭配使用，一方面可降低產(chǎn)品的成本，另一方面有利于亞光涂料的制備。羥基樹脂的種類對涂膜性能的影響見表2。

表2 羥基樹脂的種類對涂膜性能的影響Table 2 The influence of hydroxyl resin types on film performance

由表2可見：在低羥值乳液類型樹脂中混拼高羥值樹脂后，可明顯改善涂膜的透明性、光澤和硬度。

2.2 消光粉的選擇

消光粉是制備亞光涂料的必備組分，其應(yīng)具有消光性好、易分散、對涂膜透明度干擾小、長時間貯存后不產(chǎn)生硬沉淀等特點。采用m（乳液型多元醇） ∶m（分散體型多元醇）=1∶1，分別加入一定量的消光粉TS100、OK607和SYLOID C-805，在玻璃板上涂膜，將涂膜光澤統(tǒng)一調(diào)節(jié)至3分光，測試涂膜透明度和其他性能指標(biāo)，結(jié)果見表3。

表3 消光粉種類對涂膜性能的影響Table 3 The influence of matting powder types on film performance

由表3可見：在成膜物質(zhì)相同的前提下，相比其他消光粉，選擇OK607的涂膜透明度更佳?？赡艿脑蚴荗K607經(jīng)過了有機表面改性，在體系中具有更好的相容性和更小的吸油量（220 g/100 m），在涂膜干燥過程中不易析出。

2.3 固化劑的選擇

固化劑是水性雙組分木器涂料的重要組分，對涂膜的光澤、透明度、適用期、耐醇性等有一定的影響。本研究篩選了幾款比較典型的異氰酸酯，分別是科思創(chuàng)的Bayhydur XP 2655、Bayhydur 305和巴斯夫的Basonat HW2100。以n（—NCO）/n（—OH）為1.4確定主劑和固化劑的添加量，測試涂膜性能，結(jié)果見表4。由表4可見：Bayhydur XP 2655的綜合性能最好，適合配制水性雙組分木器涂料，且其黏度低，可以直接手工攪拌，施工方便。

2.4 n（—NCO）/n（—OH）對涂膜性能的影響

采用m（乳液型多元醇）∶m（分散體型多元醇）= 1 ∶1，加入一定量的消光粉OK607和其他助劑制備水性雙組分木器涂料的主劑，固化劑選擇Bayhydur XP 2655，考察n（—NCO）/ n（—OH）不同配比對涂膜性能的影響，結(jié)果如表5所示。

表4 水性異氰酸酯的選擇Table 4 The choice of waterborne isocyanate

表5 n（—NCO）/n（—OH）配比對涂膜性能的影響Table 5 The influence of ratio between —NCO and —OH on film performance

由表5可見：隨著n（—NCO）/n（—OH）配比的升高，涂膜的透明度和光澤基本沒有變化，而其他性能均得到提高。當(dāng)n（—NCO）/n（—OH）配比為1.4時，涂膜性能最佳，繼續(xù)增加固化劑用量，涂膜性能基本保持不變。為控制成本，n（—NCO）/n（—OH）配比以1.4為宜。

3 結(jié)語

采用水性羥基丙烯酸樹脂和固化劑搭配，制備了性能優(yōu)異的水性雙組分亞光透明木器涂料。

（1） 高羥值和低羥值樹脂混拼，有利于制備性能優(yōu)異、價格合適的水性雙組分木器涂料。

（2） 消光粉OK607由于經(jīng)過有機表面改性，具有更好的相容性和更低的吸油量，從而能夠制備出透明度優(yōu)異的水性亞光面漆。

（3） XP2655異氰酸酯固化劑是制備水性雙組分木器涂料較為合適的固化劑。

（4） n（—NCO）/n（—OH）的配比為1.4時，漆膜的綜合性能最好。

Preparation of Waterborne Two-Component Matt Clear Wood Varnish

He Jintai，Lu Guozhong，Lv Yixun，Ma Zhanxiong，Ding Xiujuan
（Beijing Building Materials Academy of Science Research，Beijing，100041，China）

A waterborne two-component matt wood varnish with high transparency was prepared by waterborne hydroxyl acrylic resin，matting powder and other additives on the basis of optimizing formula design. The influences of waterborne hydroxyl acrylic resin，matting powder and curing agent type on the properties and transparency of film were discussed.

waterborne wood coatings；two-component；transparency

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）03-0014-04

2016-11-24

何金太（1978—），男，碩士，工程師，主要從事新型環(huán)保涂料的研發(fā)工作。