湿度对水性双组分木器涂料的影响

data-full-width-responsive="true"> 0 前 言传统溶剂型木器涂料中的挥发性有机化合物的排放量受到愈来愈严格的限制,开发低污染、高性能、多功能的环保型水性涂料成为木器涂料技术发展的主要方向。在这种情况下,水性双组分聚氨酯涂料以优异的机械性能(涂膜硬度高、附着力强、耐磨性高等),良好的耐化学品性、耐候性和低温成膜性能,已经在木器涂饰和维护方面独占鳌头。然而,我国木器涂料水性化发展却举步维艰,制约其发展速度的不仅是它较高的价格,而且它的施工性能(如气泡、缩孔、干燥)较差,受施工条件(如温度、湿度、涂膜厚度等因素)影响严重,在水性双组分体系中的环境影响因素主要集中在其氨酯键交联程度的变化。1 水性双组分聚氨酯涂料成膜与交联机理双组分聚氨酯涂料的化学反应比较复杂,除了O H与N C O的化学反应外,还发生其他化学反应。如：(1) 与醇类化合物反应,生成产物为氨基甲酸酯：(2) 异氰酸酯与胺反应生成脲：(3) 异氰酸酯与脲反应生成缩二脲：(4) 异氰酸酯与水反应：反应速率：胺＞醇/水＞酸,由于RN H2与RNCO的反应比水快,故上述反应可写成：(5) 异氰酸酯与氨基甲酸酯反应生成脲基甲酸酯：(6) 异氰酸酯与酸反应：水性双组分聚氨酯成膜机理与热塑性聚合物分散体的粒子共凝聚机理和热固性聚合物溶液的交联反应成膜机理有关。在其成膜过程中有如下的过程：①可挥发物(溶剂、水)的挥发；②多元醇和多异氰酸酯粒子的共凝结；③多异氰酸酯和水的反应；④多元醇和多异氰酸酯的反应。这个过程本身比较复杂,当两组分接触时,两者不在一相内,搅拌后,多元醇作为乳化剂将多异氰酸酯分散在水中才能成为一相,从而进行反应；同时还有水和羟基与异氰酸酯的竞争反应发生。水及酸和异氰酸酯(公式7)反应生成的C O2在成膜以前逸出,以便形成完整涂膜。其中,水/异氰酸酯(公式5)和多元醇/异氰酸酯(公式1)的这两种反应可认为是相互竞争的。在相对湿度低于55%时,多元醇反应(反应式1)明显占优势,并且能获得优良光泽和耐溶剂性的涂膜。在高湿度(90%)下,水的蒸发很慢,因而其在涂膜内的滞留时间延长,结果使该体系的涂膜性能(耐溶剂性和硬度)大为下降。2 水性双组分木器清漆的制备与应用双组分水性木器涂料中丙烯酸分散体,固体分一般为25%～45%,黏度小,外观乳白至半透明性,分散体分子中含有羟基和羧基。分散体加上消泡剂、流平剂、增稠剂、表面改性剂等制成甲组分。乙组分为亲水改性异氰酸酯固化剂,按照m(NCO)/m(OH)=12～20(质量比，后同)比例将丙烯酸多元醇分散体和固化剂混合,分散均匀,配制涂膜,在室温下干燥。水性涂料最大的优点在于有很低的有机挥发物含量(V O C),甚至几乎可达到零V O C的水平。以欧洲环保标准为例,如果一个木器清漆要符合当地的生态标准要求,其VOC的限量为200 g/L。因此,水性木器和地板涂料近年来得到了广泛的应用,在德国约占60%市场份额的地板用水性涂料。木器涂料主要在室内使用,要求是在施工时尽可能低地挥发性有机溶剂、快干、耐磨损、耐沾污、施工方便,水性双组分聚氨酯木器涂料恰恰满足这些要求,特别是脂肪族聚氨酯类分散体与水可分散的多异氰酸酯组成的水性双组分涂料,通过调整丙烯酸树脂合成中各单体的比例,并且选择性能优异、价廉的亲水性异氰酸酯,完全可以得到各方面性能优异的水性双组分木器涂料。3 环境湿度对水性双组分聚氨酯涂膜性能影响在两组分树脂进行配比时,不是以常规的m(N C O)/m(O H)的化学计算配比来确定,其原因在于：(1) 水性双组分聚氨酯体系中含有大量的水,并且多元醇树脂的酸值较高,成膜过程中异氰酸酯并非完全和羟基基团反应,有相当一部分与分散介质水和羧基基团反应,造成大量N C O的浪费。(2)水性双组分聚氨酯的成膜和其他水性涂料一样要受到周围环境的影响,高湿度条件下,水分挥发速度缓慢,涂膜干燥速度降低,会影响多元醇和多异氰酸酯粒子的共凝结,结果导致与异氰酸酯反应的水分较多,消耗了较多的N C O。由此,设计m(N C O)/m(O H)在12～20。选择3种不同湿度下玻璃化温度随m(NCO)/m(OH)的变化情况如图1所示。显而易见,在指定湿度下,随着m(N C O)/m(O H)的升高,T g将发生相应的升高。而且,在同m(NCO)/m(OH)下,随着湿度升高,Tg将降低,并且在不同m(NCO)/m(OH)下,Tg随湿度的变化是相似的。因此,湿度对交联反应具有极大的影响。表1为同在室温条件下而不同m(NCO)/m(OH)对涂膜性能的影响。