水性树脂复配与成膜助剂选择对单组份水性木器漆性能的影响
吴服兵1, 陈剑华2, 陈中华3, 陈海洪3
( 1广州珠江化工集团有限公司, 广东广州, 510170; 2 广州市安泰化学有限公司, 广东广州, 510665; 3 广州集泰化工有限公司, 广东广州, 510665)

水性木器漆因其具有的环保、安全、简便等几大特点博得了众多好评, 与传统木器涂料相比, 目前水性木器漆在漆膜的丰满度、硬度、耐磨性、干燥性和手感等方面尚有差距, 但水性木器漆本身的无异味和环保等特点也使得此类产品成为今后的发展主要趋势。水性木器漆大的优势在于环保健康指标, 但此前一直困扰于品质的提升, 产品受气候、环境影响比较大。家具、木质制品等厂商需要的是适应全天候生产的产品, 油漆工需要施工周期与环保健康并重, 家庭消费者需要价格合适, 色泽、丰满度和耐水性好等等。显然这些是水性木器漆真正市场化的发展方向, 如果实现不了这些仅诉诸健康无异于纸上谈兵[ 1] 。本研究主要目的是通过改变水性木器漆配方,尝试对不同水性聚氨酯分散体和丙烯酸树脂乳液进行优化选择, 找到一类具有较好的交联效果以及性价比高的树脂。探索树脂交联反应机理, 并研究其结构对漆膜性能的影响; 选择合适成膜助剂, 讨论不同体系、不同用量水性树脂复配和成膜助剂提高水性木器漆的漆膜综合性能。

1 实验部分
1 1 实验原料与仪器
丙烯酸乳液A, 武汉安泰化工有限公司; 聚氨酯水分散体E 和丙烯酸乳液B, 德国A lberd ingkBo ley公司; 聚氨酯水分散体F、美国舒尔化学公司; 丙烯酸乳液C, 利康树脂; 丙烯酸树脂D, 深圳海川化工有限公司; 润湿剂X-405, 二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇苯醚, 陶氏化学; pH调节剂, 法国阿克玛公司; 分散剂、流平剂和增稠剂, 美国罗门哈斯公司; 消泡剂, 毕克化学。DSC 204F型差示扫描量热仪, 德国Netzsch公司; VECTR33 型红外光谱仪, 德国B ruker 公司;QBY 型计数摆杆硬度计, 天津市精科材料试验机厂; SZQ 湿膜制备器, 上海现代环境工程技术有限公司; WGG60-E3 60º 光泽度计, 科仕佳光电仪器研究所; JSF-400搅拌砂磨分散多用机, 上海普申化工机械有限公司; 0- 50um 细度刮板器, 天津市精科材料试验机厂; 202-AO 型台式干燥箱, 上海浦东跃欣科学仪器厂。

1 2 基础配方及制备工艺
表1 基础配方

制备工艺: 在容器中依次加入树脂、润湿剂、pH 调节剂、分散剂, 依次加入间隔为5分钟且低速搅拌均匀, 加入预先高速分散好的消泡剂, 再加入预先混合好的成膜助剂、去离子水和助溶剂, 中速分散15m in 左右, 后低速分散, 加入流平剂和增稠剂, 即制成了水性木器漆。

2 结果与讨论
2.1 成膜树脂的选择
水性聚氨酸分散体和水性丙烯酸树脂与溶剂型产品相比, 具有安全、难燃、无毒、不污染环境等优点 , 丙烯酸树脂具有快干、良好的透明性、保光保色性好等优点, 而且附着力、光泽、硬度和耐候性能也较好, 但其具有低成膜温度高、成膜性及柔韧性较差、耐水耐溶剂性差、热粘冷脆的缺点, 而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、高硬度的优点, 但在稳定性、自增稠性、固含量、保光性等方面存在不足, 因此水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂在性质上有一定的互补作用, 利用二者有机结合来提高材料的综合性能, 已成为研制新一代水性木器涂料的重要途径 。本实验主要是通过聚氨酯与丙烯酸复配,综合两者的优异性能, 克服彼此的缺陷, 同时降低成本, 制备出具有较好使用价值的水性木器涂料。
2 .1.1 几种树脂的对比
本实验选用了几种丙烯酸树脂、聚氨酯树脂制漆, 对漆膜进行了测试, 结果如表2所示。
表2 不同树脂及其涂膜性能对比

注: 0- 5级依次变差
由表2 可以看出, 所选用的四种丙烯酸类树脂, 就漆膜硬度而言, 树脂A、D 的摆杆硬度高, 树脂B 次之, 树脂C 差。但是树脂D 的耐水性相对较差, 其他几种树脂耐水性都可以通过。所有树脂的耐碱性不佳, 可能是由于丙烯酸酯中的酯基在碱性条件下发生水解反应所致, 这是丙烯酸类树脂存在的一个普遍问题。耐干热性和耐醇性都可以通过。树脂B 的光泽高。树脂D 的附着力是差的。综合考虑, 选用树脂A 和B。分散体E的硬度要高于F, 耐水性要优于F且光泽明显高于F, 所以选用分散体E为复配树脂的聚氨酯组分。
采用不同比例水性丙烯酸树脂B、A 与聚氨酯分散体E 复配制备单组分水性木器漆, 对漆膜的性能进行测试, 结果如表3、表4所示。
表3 不同比例聚氨酯分散体E /丙烯酸树脂B的漆膜性能

注: 0- 5级依次变差

表4 不同比例聚氨酯E /丙烯酸树脂A 的漆膜性能

注: 0- 5级依次变差