高品质水性聚氨酯哑光清漆的研制.doc

高品质水性聚氨酯哑光清漆的研制
刘应科，孙艳青，薛伟，刘瑜，丁婧
（江苏三木化工股份有限公司，江苏 宜兴 214258）
摘要：以水性聚氨酯分散体（PUD）搭配合适的助剂和哑光粉，制得了性能优良的高品质水性聚氨酯哑光清漆，成膜效果优良，性能接近硝基漆，适合制作高档家具漆或者室内木器用装修漆。
关键词：水性哑光清漆，水性聚氨酯，硬度，硝基漆

水性木器漆进入中国市场已有10多年，虽然它以VOC含量低，气味小等特点赢得了欧美装修市场的肯定，但是在中国的发展还是不那么乐观的。这里有一个消费观念的问题，欧美国家的快速消费市场更新换代快，人员流动大，家具更新速度快，房屋翻新频率高，因此对家具漆、装修漆的经久耐用并不苛求。另外，大部分的家具也靠从亚洲国家进口，因此欧美的家具漆市场占有率并不能反映真正的市场需求。也造成了一段时间以来，有的专家和厂家希望通过降低国标质量要求来推广水性木器漆，事实证明，这样的推广是力不从心的。低品质的水性木器漆，中国人不能接受，这种水性木器漆涂装的家具，欧美消费者也不能接受。
中国人口众多，如果照搬欧美的资源利用方式，全球资源将面临极大的挑战，国内居民的经济水平也达不到。因此要求我们的水性木器漆首先要提供足够的保护功能，要有硬度、耐磨损、容易清洁、便于翻新。近年来，我们在水性木器漆用树脂和乳液方面进行了大量的研究，通过大量的实验，明确了以水性聚氨酯乳液为水性木器漆用主要载体的推广方向。水性聚氨酯有以水为载体，VOC含量低，气味轻、干燥快等优点，在木器漆市场应该逐渐得到更大的应用。相信随着国家环保法规的日益严格，越来越多的木器漆生产厂家会对水性木器漆产生浓厚的兴趣。同时，在实际应用中，我们发现水性聚氨酯乳液做亮光漆问题不大，光泽、流平和硬度能很好地做到近似于硝基漆的指标。但是做哑光清漆却存在较多的困难，特别是消光粉的分散性，涂料的储存稳定性、施工消泡性、漆膜透明度、耐划伤方面，与传统的溶剂型哑光清漆在工艺和配方方面，都需要做相应的调整。
本研究通过对消光剂和助剂的调整，制得了储存稳定性好、漆膜透明度高、手感滑爽、耐划伤性优良的高品质水性聚氨酯哑光清漆。
1、 实验部分
1.1 实验原料
7640水性聚氨酯分散体：自制；4530分散剂、6220润湿剂、2550消泡剂：EFKA；杜邦1010底材润湿剂：涂料100；252防霉防腐剂、3551增稠剂：深圳海川科技；W500消光粉：格雷斯。
1.2 水性聚氨酯哑光清漆配方
原料名称
质量分数/%
PM
5
水
7.2
3551
1
7640
85
4530
0.2
6220
0.2
2550
0.1
W500
1
1010
0.2
252
0.1
1.3 制漆工艺
将水，PM，3551混匀，加入7640、4530,6220搅拌均匀，搅拌下加入2550和W500后，转速调至1500r/min分散20分钟，加入1010、252分散10min过滤即得水性哑光清漆。
1.4 样板的制作
按照GB/T23999-2009要求制作试样样板。
2、 助剂选择与讨论
2.1 乳液的选择
市场上常见的水性木器漆基料一般有水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯乳液、水性环氧树脂等。水性丙烯酸树脂水溶性好，透明度高，硬度好，但是制得的水性木器漆耐水性差，漆膜不能用水清洁，不能满足哑光清漆的要求；水性醇酸树脂颜色较深、干燥较慢，无法满足家具厂大面积快速生产；水性丙烯酸乳液干燥快，透明度好，耐水性一般，耐磨性一般，适合制作水性木器漆底漆；水性环氧树脂一般要双组分，干燥速度，与固化剂的相容性随温度变化较大，操作不方便，也不适合做水性木器漆；水性聚氨酯乳液半透明，漆膜干燥快，硬度高，耐磨性好，透明度高，耐沾污性好，适合制作高档面漆，在此，我们选择7640作为哑光漆用聚氨酯乳液。
2.2 成膜助剂的选择
水性木器漆用乳液玻璃化温度高，一般都需要加入成膜助剂才能顺利成膜，同时，成膜助剂的加入，也有利于水性木器漆的抗冻融能力，有帮助流平和软化乳液粒子的功能。我们曾经选用十二醇酯（Texanol）,添加量较少，乳液也能顺利成膜，但是对漆膜透明度和硬度有不利影响。我们也曾经选用市场上比较容易得到的材料乙二醇单丁醚（BCS），制得的水性木器漆有良好的流平、透明度、干燥速度，但是因为BCS的毒性，我们最终选择了丙二醇甲醚（PM）做成膜助剂，在漆膜性能和储存稳定性方面同样得到了较好的体现。
2.3 增稠剂的选择
水性木器漆黏度太低的话，平面施工都特别容易流淌，立面涂装更会流挂相当严重，储存期间也很容易分层形成硬沉淀，因此选择合适的增稠剂也是水性木器漆必须进行的工作。我们曾经选择纤维素类增稠剂HEC，增稠效果很明显，但是对期末耐水性有不利影响；我们也曾经选用碱溶胀型增稠剂，增稠效果也不错，但是对漆膜透明度和流平性有不利影响。因此我们选用了缔合型增稠剂，通过我们多次实验，发现罗门哈斯RM-8W和海川3551增稠效果都很好，制得的水性木器漆施工性也很好，只要不是过度稀释，一般都不出现厚边和流淌现象。
2.4 润湿剂、分散剂的选择
水性哑光清漆制作过程中，哑粉分散和稳定比较困难，特别为了避免储存期间返粗，润湿剂和分散剂是必须添加并且要足量的。我们通过大量的实验，确定了相应的助剂选择。
2.5 消泡剂的选择
水性漆起泡容易消泡难，不管是机械搅拌还是施工时的外力介入，泡沫的出现都是立竿见影，因此，选择一款不影响漆膜透明度、消泡速度快、消泡能力持久并且不对流平产生不利影响的消泡剂尤为重要。但是实验过程中，我们发现选择消泡能力一般的消泡剂对流平影响小，但是泡沫引起的麻烦更大，因此我们选择了强力消泡剂2550，由2550引起的缩孔，用强力流平剂来消除。
2.6 流平剂的选择
水的表面张力大，纯粹的水性乳液在基材上产生收缩是必然的，随着强力消泡剂的引入，水性木器漆必须依靠基材润湿能力强，流平性优异的流平剂才能得到满意的漆膜效果。因此我们选用了杜邦的氟碳流平剂，当然，当客户对手感有较高要求的时候，我们也建议搭配有机硅的流平剂，只要处理好有机硅流平剂的稳泡问题，水性哑光木器漆的手感也可以做到接近油漆的水平。
2.7 消光粉的选择
水性聚氨酯乳液7640本身比较容易消光，因此消光粉的选择余地较大，我们曾经选用溶剂型涂料常用的消光粉来消光，消光性和透明度都有比较满意的体现。但是生产过程中发现容易结团，分散时间长，过滤较慢，而且在储存中发现容易返粗，因此选用了格雷斯专用于水性木器漆的W500，顺利解决了以上问题，当然，如果成本有压力的话，溶剂型涂料常用消光粉并非不能使用。我们曾经用溶剂型涂料用蜡粉做消光剂，也有满意的消光效果和很好的手感，但是同样存在返粗问题，特别是漆膜透明度明显变差，因此不建议选用蜡粉来帮助水性清漆消光和改善手感，选择合适的有机硅助剂也能得到满意的手感和抗划伤性能。
2.8 分散工艺的选择
水性聚氨酯乳液遇到纯的成膜助剂会有絮凝，因此我们把成膜助剂与水混匀后再加入乳液，避免了乳液产生颗粒；水性聚氨酯乳液黏度较低，没有增稠以前，消光粉加入后很容易漂浮在乳液上面，部分消光粉不能在高速剪切力下良好地分散，造成部分消光粉结团，因此我们用增稠剂把乳液增稠后再加消光粉，解决了消光粉均匀分散的问题。
3、结果与总结
将制得的水性聚氨酯涂料置于23±2℃恒温室中，根据GB/T 23999-2009测试各项涂膜性能。其检测结果如下：.
检测项目
检测结果
标准（GB/T 23999-2009）
容器中状态
搅拌后均匀无硬块
搅拌后均匀无硬块
细度/µm ≤
20
35
不挥发物/% ≥
30
30
干燥时间 ≤

表干/min
18
30
实干/h
1.5
6
贮存稳定性[(50±2)℃,7d]
无异常（15d）
无异常
涂膜外观
平整光滑
正常
光泽（60°）
55
商定
硬度（擦伤）≥
HB
B
附着力（划格2mm）/级 ≤
1
1
耐冲击性
漆膜无脱落无开裂
漆膜无脱落无开裂
抗粘连性[500g，(50±2)℃，4h]
MM:A-0，MB:A-0
MM:A-0;MB:A-0
耐水性

耐水性（24h）
无异常
无异常
耐沸水性（15min）
耐碱性（50g/L NaHCO3 ，1h）
无异常
无异常
耐醇性（50%，1h）
无异常
无异常
耐污染性
醋
无异常
无异常
绿茶
无异常
无异常
耐干热性[(70±2)℃,15min]/级≤
2
2
从以上检测结果可以看出，用水性聚氨酯乳液7640制得的水性木器漆完全达到了国标要求，在干燥性能方面接近了硝基漆的干燥速度，硬度也与硝基漆相当，而水性木器漆以水为介质，一方面大幅度地降低了制造成本，另一方面对环保也起了推动作用，对操作工和消费者来说，对身体的伤害也降到了最低。推广好水性木器漆，是利国利民的大好事，相信随着研究的进一步深入，水性木器漆的市场占有率将占主导地位。同时，在我们多次的实验中还发现，用水性聚氨酯制作的木器漆，即使在低温条件下施工，水虽然挥发很慢，但是经过一个多小时的挥发后，水性木器漆的表干和实干基本上做到了同步，这是一个有趣的现象，也预示着水性木器漆可以做到无施工季节限制。
参考文献：
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