一种新型水性双组分聚氨酯涂料在实木家具上的应用
周通通，罗宏运，闫会玲，张文东
(河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定 072550)
0 前 言
随着人们对环保和健康要求的日益提高，以及国内外环保法规的不断完善和加强，水性木器涂料越来越受到大家的重视，其市场前景广阔。但是，传统单组分木器涂料由于存在硬度低、耐性差等问题，难以在高端实木家具上推广应用，尤其是传统的单组分水性涂料由于耐性差、透明度不佳等问题应用于家具涂装时，往往会出现重涂涂膜发蒙、薄涂手感较差、涂膜不够丰满等问题。因此越来越多的家具厂在涂装实木家具时更会优先考虑水性双组分木器涂料，在提供优良的环境友好性能的同时提供更加优异的物理性能。
本文以水性羟基丙烯酸搭配植物油改性聚氨酯树脂为成膜物质，以HDI型水性异氰酸酯为固化剂，制备一种新型水性双组分聚氨酯木器涂料，应用于木质家具上，使得涂膜各项性能均得到了一定提高。
1 实验部分
1.1 实验原料
树脂：水性羟丙乳液A，欧宝迪；水性羟丙乳液B，科思创；植物油改性树脂C，绿蝶；植物油改性树脂D，帝斯曼。助剂：消泡剂、润湿剂、流变助剂、分散剂、哑粉，迪高、BYK、巴斯夫。
固化剂：水可分散异氰酸酯，科思创。
溶剂：二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇甲醚醋酸酯，陶氏。
1.2 基础配方及实验过程(见表1、表2)
2 分析与讨论
2.1 乳液分散体的筛选
通过表3可以发现不同体系的树脂在性能侧重上各有不同。羟基含量直接影响着固化剂的加量，高羟基的树脂加入适量固化剂后成膜致密性更好，耐性更佳且后期硬度更高，但是带来的后果就是表干变慢，导致异氰酸酯过多被水消耗，体系中反应的不确定性增加；低羟树脂只需加入少量固化剂即可达到良好的涂膜效果，且干速较快，但是其耐性和硬度相对较差。
这就要求我们将高低羟树脂按照一定的比例搭配来满足产品硬度上升快、开放时间长、耐化学品性能优良等特点。加入适量植物油改性的聚氨酯树脂，提高涂膜韧性的同时也提高了摆杆硬度以及耐水。
2.2 产品中成膜助剂对表面效果影响的讨论
水性双组分木器涂料与单组分木器涂料成膜机理存在不同，水性单组分木器涂料是通过物理干燥，经过水和溶剂的挥发来达到成膜；双组分木器涂料由湿膜向干膜转化过程中既存在普通的物理成膜，但更多的是通过化学交联来成膜，化学交联更易产生反应泡。所以，在水性双组分木器涂料的成膜助剂筛选时更应该综合考虑不同成膜助剂对表干和实干的影响，这直接影响涂层的表面效果。表干过快往往会出现痱子、暗泡等不良现象，实干过慢会使水和异氰酸酯的反应时间和机会增多，影响涂膜硬度和耐性。同时也要考虑到某些成膜助剂会和异氰酸酯发生化学反应造成反应时间、反应速率上的更多不确定因素，因此要通过合理地筛选搭配成膜助剂来达到理想的涂层效果。
2.3 不同类型的增稠剂对活化期指标中黏度的影响的讨论
水性双组分木器涂料中活化期是一个非常重要的数据指标，活化期不是一个单独的性能指标，它包含黏度、光泽、耐性等数据的变化，而黏度是首先要考虑到的因素，它直接影响着涂料的施工性。
按照n(—NCO)∶n(—OH)＝1.5∶1(后续讨论该比例的由来)的比例复配清漆和固化剂，使用涂-4#杯测试不同时间下的黏度变化。测试数据及变化曲线见图1。
从图1中可发现聚氨酯增稠剂加入后，体系黏度会逐渐上升(蓝色)；碱溶胀增稠剂加入后，体系黏度会逐渐下降(橙色)，因此可考虑将两种固化剂搭配使用来得到黏度的稳定(灰色)。
2.4 不同比例的n(—NCO)∶n(—OH)对涂料活化期影响的讨论
如上所述，黏度的变化对于活化期来说只是其中一项指标，我们更要关注涂膜性能的下降，即光泽的变化或者耐性的下降。添加n(—NCO)∶n(—OH)用量比例分别为1.31.4、1.5、1.7，在混合A组分和固化剂B组分的5 h内，测试水性双组分三分光木器涂料光泽变化。并按照 100g/m2的施工用量喷涂4 h过后的涂料，在恒温恒湿条件下养护7 d，测试涂膜耐性的变化。不同n(—NCO)∶n(—OH)用量比例配制的水性双组分三分光木器涂料不同n(—NCO)∶n(—OH)用量比例配制的水性双组分三分光木器涂料试样在恒温恒湿条件下养护7d后耐性的变化如表4。
通过观察图2、表4发现当n(—NCO)∶n(—OH)大于1.5时，体系耐性变化很小，小于1.5时耐性变化较为明显。但是当n(—NCO)∶n(—OH)大于1.5时，光泽下降较为明显，故选择n(—NCO)∶n(—OH)＝1.5。
3 结 语
(1)选择搭配不同羟值的羟丙乳液，并加入适量的植物油改性聚氨酯树脂，优势互补来达到一个性能上的平衡。
(2)通过筛选搭配不同成膜助剂来均衡涂膜的各项性能。
(3)增稠剂对活化期中黏度的影响直接决定着涂料的施工性，搭配缔合型聚氨酯增稠剂和碱溶胀增稠剂来使涂料在4 h内黏度基本保持稳定。
(4)n(—NCO)∶n(—OH)的比值和涂料的活化期有直接关系，通过对比不同比例的涂料性能变化来确定优比例。
