双组分水性聚氨酯木器漆的研制

丁习虎

【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]