水性双组分聚氨酯木器涂料耐水性研究

data-full-width-responsive="true"> 0　前　言水性双组分聚氨酯涂料兼具优良的物理机械性能和水性涂料环境友好的双重特点，被广泛应用于木器、金属、塑胶等涂装领域。但水性双组分聚氨酯木器涂料性能相比传统溶剂型双组分木器涂料仍有很大差距，主要体现在硬度、耐划伤、耐水性等方面。水性双组分木器涂料的主要成膜物分散或乳化在水相中，而且制备水性涂料时使用了大量亲水性助剂，令水性木器涂料的耐水性始终不够理想。总结起来，涂膜耐水性包括早期耐水性、长期耐水性、耐水白性、耐水白恢复性、耐沸水性等。这既是对水性木器涂料耐水性的全面考核，也是对显示使用环境的模拟。虽然水性木器涂料在耐水性方面无法跟溶剂型涂料媲美，但是随着消费者环保意识的增强，水性木器涂料的应用范围不断扩大。因此，我们必须认真研究一下水性木器涂料的耐水性能。1　实验部分11　主要原材料及仪器设备主要原材料：水性羟基丙烯酸乳液、水性羟基丙烯酸分散体：科思创、帝斯曼、巴斯夫、万华、自制；异氰酸酯固化剂：科思创、巴斯夫、罗地亚、万华、联固、冠志；消光粉：赢创；成膜助剂、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、杀菌剂等：市售。主要仪器设备：BGD516/3光泽仪；STM-Ⅳ斯托默黏度计；VFS-30分散机：新明星机械等。12　实验方案121　水性双组分聚氨酯哑光清面漆的制备根据表1配方制备水性双组分聚氨酯哑光清面漆主剂(A组分)待用。注：X、Y分别表示哑粉和成膜助剂添加量，可根据涂料配方设计需要确定具体添加量。按原料配方比例依次加入乳液、哑粉、消泡剂、高速分散(1 000～1 400 r/min)15 min。调节分散速度至中速分散(800～1 000 r/min)依次加入助剂和水，用增稠剂调节涂料黏度达配方要求。122　耐水性测试涂膜制备按照n(NCO)∶n(OH)＝12的比例配制水性双组分聚氨酯木器涂料，在低速分散500～700 r/min状态下将固化剂缓慢加入主剂(A组分)中，同时加入适量去离子水调节涂料黏度至(553) KU，继续分散3～5 min。将配好的双组分涂料静置15 min。在干燥的全封闭清底漆板材上，以150 g/m2的涂布量，喷涂一遍配好的水性双组分哑光清面漆。然后在温度(252)℃、相对湿度(50%5%)条件下养护涂膜。13　涂膜耐水性测试方法常温耐水性测试：按照GB/T 489312005规定进行。测试24 h后取下滤纸，吸干试剂，立即观察。耐沸水性测试：按常温耐水性测试及评价方法进行，试液为沸水，实验过程任其自然冷却，取下滤纸，吸干试剂，立即观察。2　结果与讨论21　水性羟基丙烯酸分散体、水性羟基丙烯酸乳液耐水性对比分别取羟值含量为15%～16%的水性羟基丙烯酸分散体和水性羟基丙烯酸乳液作为成膜物质，制备水性双组分聚氨酯哑光清面漆主剂(A组分)，以亲水性脂肪族聚异氰酸酯(HDI)作固化剂，以n(NCO)∶n(OH)＝12配制水性双组分聚氨酯木器涂料，并制备测试涂膜，常温养护。测试涂膜耐水性和耐沸水性发现：水性羟基丙烯酸分散体为成膜物质的双组分聚氨酯清面漆耐水和耐沸水性好于水性羟基丙烯酸乳液制备的清面漆。制备涂料时添加提高涂膜亲水性的高HLB值的助剂、消光粉、成膜物质中的乳化剂、亲水性基团等都会对涂膜耐水性产生影响。在使用水性羟基丙烯酸分散体和水性羟基丙烯酸乳液制备双组分木器清面漆时使用了相同种类和用量的助剂和消光粉，高HLB值助剂、二氧化硅造成的涂膜表面孔隙率以及二氧化硅表面硅醇键亲水性对最终涂膜耐水性带来的影响效果相同。除成膜物质中乳化剂对涂膜最终耐水性的影响以外，水性双组分涂料的成膜过程也会对涂膜耐水性产生很大影响。水性双组分聚氨酯涂料的成膜过程包含多元醇和异氰酸酯粒子的共凝结、多元醇与异氰酸酯反应、异氰酸酯与水反应的复杂动态反应，其中多元醇与异氰酸酯的反应对涂膜耐水性等主要性能影响最大。另外，从微观角度来看，水性羟基丙烯酸分散体的分子粒径小于水性羟基丙烯酸乳液，粒径小的羟基丙烯酸分散体与异氰酸酯接触的表面积更大，OH与NCO反应的比例高、速度快，水消耗的NCO基团相对少。相同条件下水性羟基丙烯酸分散体做成膜物质为涂膜提供了更好的耐水性。