单组分水性聚氨酯木器面漆的制备与性能研究

□ 陈中华1，2，徐 宁1
(1．华南理工大学材料科学与工程学院，广州 510640；2.广州集泰化工有限公司，广州 610655)

0 前 言
水性聚氨酯树脂涂料以水为分散介质，只含有很少量的有机溶剂，不易着火，也很少引起污染，是一种无污染、省能源、节能型涂料。与溶剂型涂料产品相比，具有安全、不燃、无毒、不污染环境等优点。聚氨酯分子结构中具有硬链段和软链段组成的链段结构，决定了其既坚硬又柔韧的独特性能，其两相结构使水性聚氨酯具有优异的低温成膜性、流平性及柔韧性，抗热回粘性好，由于氢键的存在，使其具有耐磨、高硬度。单组分水性聚氨酯木器涂料，具有环境友好特性，并且无溶剂污染，能耗低，适用于连续化工业生产，具有广阔的发展前景。因此，水性聚氨酯涂料，成为当今涂料工业发展的重要方向。本文通过对不同丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂的选择，确定了几种具有较好的成膜效果和较低成本的树脂；探讨了树脂成膜的机理及其结构对成膜性能的影响；考察并确定了水性助剂（如润湿剂、消泡剂、成膜助剂、消光剂、分散剂、增稠剂等）的种类及用量，制备了涂膜综合性能优良的水性聚氨酯木器面漆产品。

1 试验部分
1.1 主要原材料及仪器装置
1.1.1 主要原材料
水性聚氨酯乳液a 、b 、c；水性丙烯酸乳液d、e、f、g；消泡剂byk011，不含有机硅憎水性固体和破泡聚合物；消泡剂byk025，破泡硅氧烷溶液；消泡剂df681f，矿物油为基础；消泡剂airex901w，聚硅氧烷共聚物，含气相二氧化硅；消泡剂efka 2580，含有机硅聚合物；润湿剂tg520、tg70 0、byk348、wetkl245；消光粉sd-520l、sd-530l、ts100、acematt3200；分散剂x405、ss1281、sn5040；成膜助剂丙二醇甲醚（pm）、二丙二醇甲醚（dpm）、十二醇酯（texanol）、二丙二醇丁醚（dpnb）；增稠剂zc501，缔合型聚氨酯类增稠剂；hec30000，纤维素及其衍生物类；visco lam 330，碱溶胀型丙烯酸钠盐。
1.1.2 仪器及试验装置
u450/80-200型多功能搅拌专用电动机；szq湿膜制备器；qby型计数摆杆硬计；wgg60- e3 60 。光泽度计；qfh涂膜划格仪；bgd 302涂膜冲击器；nth64-20a高低温湿热试验箱；qhq型涂膜铅笔划痕硬度仪；qtx涂膜柔韧性测定器；101-0型鼓风电热恒温干燥箱；涂-4杯黏度计；0～50 μm细度刮板器；phs-25型数显式ph计；vector 33型红外光谱仪，dsc204f1示差扫描量热仪等。
1.2 单组分水性木器面漆基础配方
单组分水性木器涂料基础配方如表1所示。

1.3 生产工艺流程图
单组分水性木器涂料生产工艺流程图如图1。

如图1所示，向容器中依次加入乳液、润湿剂、消泡剂，间隔为3～5 min，低速搅拌，然后加入与分散好的助溶剂和成膜助剂混合液，中速搅拌15 min，再加入防腐剂、增稠剂，降至低速分散10 min，120目纱布过滤出料，配制水性木器涂料面漆。
1.4 性能测试及表征
把制得的涂料按照gb/t1727-1992 制膜，常温干燥7 d后按照相应国标进行各项测试如表2。

1.4.1 干燥时间
表干和实干分别按gb/t 1728-79（89）表干中乙法和实干中甲法规定进行。
1.4.2 光泽（60°）
按gb/t 9754规定进行。
1.4.3 附着力
按gb/t 9286规定进行，划格间距为2 mm。
1.4.4 耐水性
常温耐水性：按gb/t 4893.1-2005规定进行。试液为蒸馏水，试验区域取每块板的中间部位，在每个试验区域上分别放上5层纸片，试验过程中需保持滤纸湿润，必要时在玻璃罩和试板接触部位涂上凡士林加以密封。24 h后取掉滤纸，吸干，放置2 h后在散射日光下目视观察，如3块试板中有2块未出现起泡、开裂、剥落等涂膜病态现象，但允许出现轻微变色和轻微光泽变化，则评为“无异常”。如出现以上涂膜病态现象按gb/t 1766进行描述。
耐沸水性：按常温耐水性测试及评价方法进行，试液为沸水，试验过程任其自然冷却，试验时间为15min，试验后放置15 min后观察。