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双组分水性聚氨酯木器漆的研制

作者:未知

  【摘 要】采用自己合成的端羟基水性聚氨酯分散体,加入流平剂、消泡剂、成膜助剂等,作为乙组分;采用六亚甲基二异氰酸酯三聚体(N75),加入二乙二醇二乙醚作为甲组分;制成了双组分水性聚氨酯木器漆。研究了甲、乙组分配比、成膜助剂、消泡剂等对产品性能的影响,测试了产品的硬度、附着力、耐水性等技术指标。
  【关键词】水性木器漆;水性聚氨酯;双组分
  【Abstract】This article discusses the preparation of a water-borne two-component polyurethane wood varnish, which is composed of Part A and Part B; whereby Part B is a ready-made hydroxyl terminated water-borne polyurethane dispersion with flowing agent, deformer, coalescing agent, while Part A is made of hexamethylene diisocyanate(N75 HDI) with Diethylene glycol diethyl ether. It also studies results from the different ratios of Part A and Part B, coalescing agents as well as defoamers, and determines the hardness, adhesion and waterfastness of the resulting varnish.
  【Key words】Water-borne Wood Varnish; Water-borne Polyurethane; Two-component
  0 引言
  双组分聚氨酯油漆因其硬度高、附着力好、施工方便而得到广泛的应用,但是,双组分聚氨酯油漆施工后有机溶剂挥发量大,对环境破坏性很大,同时有大量的游离TDI挥发,对人体伤害很明显,因此,双组分聚氨酯油漆的发展受到越来越多的限制。高固含量涂料、粉末涂料和水性涂料符合发展的要求,在木器家具涂装方面,发展水性木器漆是理想的选择。
  当前,水性木器漆粘接料主要以单组份水溶性树脂为主,主要有丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散体、丙烯酸――聚氨酯共聚乳液,水性环氧树脂、水性聚酯树脂等等。采用单组分水性聚氨酯分散体制成的水性木器漆,具有成膜性好,附着力好,光泽高,柔韧性好,耐水性好等优点,在水性木器漆中得到广泛的应用。但是,单组分水性木器漆的一个重要的技术指标――硬度达不到双组份聚氨酯油漆的标准,双组份聚氨酯油漆的铅笔硬度一般达3H以上,而单组分水性木器漆的硬度一般只能达到1B到1H之间,严重影响了水性木器漆在餐桌、工作台面等家具上的使用。
  本文采用自己合成的端羟基水性聚氨酯分散体作为乙组分,六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体作为甲组分,配制成双组分水性聚氨酯木器漆,该双组分水性木器漆施工简单,通过自然干燥,涂膜硬度可以达到3H,并且,涂膜表面平整光滑,光泽高,耐磨性好。
  1 实验部分
  1.1 主要原料
  端羟基水性聚氨酯分散体(自制)、二月桂酸丁基锡(DBTL)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(N75,拜耳)、成膜助剂、消泡剂、流平剂(海川化工)、增稠剂(海川化工)、防腐剂(海川化工)。
  1.2 实验过程
  1.2.1 双组分水性聚氨酯木器漆的制备[1]
  甲组分的制备:将N75与二乙二醇二乙醚按照质量1:1进行混合,搅拌均匀后密封于塑料瓶中备用。
  乙组分的制备:将端羟基水性聚氨酯分散体放入高速分散釜中,在高速分散状态下加入消泡剂、流平剂、成膜助剂、防腐剂、催化剂、增稠剂等,分散半小时,过滤后,装入密闭的塑料瓶中备用。
  将甲、乙组分按照1:9的比例进行混合,用玻璃棒搅拌均匀后即可施工,该双组分水性木器漆的使用有效期约3小时。
  1.2.2 性能测试
  将制得的双组分聚氨酯水性木器清漆均匀地涂在马口铁板上,一般要涂2到3遍,每遍间隔2小时,保证干膜总厚度约30um到40um之间。在温度25℃左右的室内自然干燥96小时。
  按照GB/T13452―2008测试涂膜厚度,按照GB1730―93测试硬度,按照GB1743―93测试光泽,按照GB1731―93测试柔韧性,按照GB/T9286―98,测试附着力。
  2 结果与讨论
  2.1 固化剂用量对涂膜性能的影响[2]
  固化剂主要与端羟基水性聚氨酯分散体中的羟基反应,形成交联网状结构,另外,固化剂同时还会与水产生副反应,反应产物为缩二尿和CO2气体,消耗部分固化剂用量。随着固化剂加入量增大,漆膜的交联密度增加,硬度、附着力等性能提高,同时,产生CO2的量也增加,CO2气体挥发的时候,在漆膜表面产生气泡、鱼眼、颗粒等表面缺陷,造成光泽下降,并且,产品的有效施工时间也越来越短,在乙组分中加入二月桂酸丁基锡催化剂,促进固化剂与羟基的反应速度,尽量减少固化剂与水反应产生CO2气体。试验表面,甲、乙组分以1:9进行混合,效果最好,试验结果见表1。
  2.2 成膜助剂选择对性能的影响[3]
  成膜助剂是水性涂料的重要组成,它对涂膜质量、成膜速度都有很大的影响。单组分水性木器漆中,一般选择醇酯十二、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚等作为成膜助剂,这类成膜助剂分子上都含有活泼氢原子,这些活泼氢原子可以和固化剂反应,因此,这类成膜助剂在双组分水性聚氨酯木器漆中不能使用。双组分水性聚氨酯木器漆的成膜助剂选择要求是不含活泼氢、与体系相溶性好以及挥发速度适中,成膜助剂挥发速度太快,涂膜的成膜性不好,成膜助剂的挥发速度太慢,涂膜的干燥速度慢,固化剂与水反应产生的CO2气体量增加,造成涂膜表面不平整,光泽降低。试验表面,二乙二醇二乙醚是比较理想的成膜助剂,表2是几种成膜助剂的试验结果。
  2.3 消泡剂对涂膜表面性能的影响
  水性木器漆中含有多种助剂,这些助剂都相当于是表面活性剂,水性木器漆在施工时,很容易产生泡沫,快速消泡是水性木器漆制造过程中面临的一大难题,因此,消泡剂的选择至关重要。
  消泡剂一般分为矿物油消泡剂、有机硅消泡剂、硅酮消泡剂、复合型消泡剂等。消泡剂的作用主要是抑泡和消泡,很多人只注重消泡而忽视了抑泡,水性木器漆的消泡剂要综合考虑,选用多种抑消、消泡剂合理搭配使用,才能收到最佳效果。
  消泡剂的加入方式也是很有讲究,矿物油类消泡剂抑泡效果好,一般在前期加入,需要高速搅拌;有机硅类消泡剂消泡效果好,一般在后期加入,但是,有机硅类消泡剂一般与体系相容性较差,很难分散均匀,容易产品缩孔,因此,有机硅消泡剂加入前,最好用成膜助剂、流平剂等溶解,混合均匀后再加入体系中,效果会更好。
  我们通过大量试验比较,选出海川公司的一只矿物油类消泡剂和一只有机硅类消泡剂,两种消泡剂复配使用,消泡效果很好,涂膜干燥后,表面光亮、平整,没有气泡、鱼眼、颗粒、缩孔等表面缺陷。
  3 结论
  采用自己合成的端羟基水性聚氨酯分散体,加入流平剂、消泡剂、成膜助剂等,作为乙组分;采用六亚甲基二异氰酸酯三聚体(N75),加入成膜助剂二乙二醇二乙醚作为甲组分,制成了双组分水性聚氨酯木器漆。甲、乙组分按照1:9的比例混合,用玻璃棒搅拌均匀后即可施工,该双组分水性聚氨酯木器漆施工方便,有效施工时间约3小时,干燥速度快,自然干燥后,涂膜表面平整,光泽92%,硬度3H,耐磨性好,附着力强,是性能优良的双组分水性聚氨酯木器漆产品。
  【参考文献】
  [1]陈杰,晋军,张新平,等.一种水性木器漆的研制[J].现代涂料与涂装,2012,15(5):4-6.
  [2]伍忠岳,叶荣森,等.含―NCO双组分水性木器漆的应用研究[J].现代涂料与涂装,2008,11(2):24-26,
  [3]陈中华,刘冬丽,等.高硬度单组分水性木器漆的研制[J].应用化工,2009,1:54-57.
  [责任编辑:杨玉洁]
论文来源:《科技视界》 2016年6期
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