水性双组分聚氨酯锤纹漆的研制

宋利强，张戈辉，张 禹 （河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定 071000）

0 引言

锤纹漆是一种常用的工业美术漆，它能在被涂装的物体表面形成一层类似铁锤敲打铁片后所留下的锤纹花样的漆膜，故称之为锤纹漆。它既可以遮盖底材的不平整或其他缺陷，又没有桔纹漆的皱纹易积灰尘污垢的缺点，具有优良的防护装饰作用。其应用领域广泛，包括仪器、仪表、五金零件、医疗器械、金属文件柜、保险柜、防盗门等金属表面的涂饰［1］。

目前，随着中国经济的稳步增长，环保压力也越来越大，尤其是近几年开始出现的雾霾，使社会各阶层都意识到了环保的重要性，因此，环境友好型产品越来越受到人们的青睐，水性工业漆近年来发展迅速。其中水性聚氨酯锤纹漆具有立体美感，漆膜硬而不脆，光泽度高、丰满度好，耐油、耐化学品性能好，耐候性优异等特点，因此在众多类型的锤纹漆中脱颖而出。

1 试验部分

1.1 试验原料与仪器

原材料：水性羟基丙烯酸分散体，常州雨瑞化工；水性聚氨酯分散体，上海源禾化工；铝银浆WF967，汕头宏方科技；锤纹助剂66，浙江临安福盛涂料；溶剂DPNB（二丙二醇丁醚），陶氏化学；流变助剂W2N，德国雷孚斯；膨润土LT，海明斯；增稠剂0620，天津松尾；增稠剂R-299，海明斯。

仪器设备：YP20002型电子秤、U400/80-220高速分散剂、KU-2斯托默黏度计。

1.2 水性双组分聚氨酯锤纹漆的制备

水性双组分聚氨酯锤纹漆的参考配方见表1。

表1 水性双组分聚氨酯锤纹漆的参考配方Table 1 Reference formulation of waterborne two-component polyurethane hammer paint

续表1

制备工艺：按表1配方将原料6014、XP27552预混合均匀，于600～800 r/min搅拌下依次加入去离子水、分散剂、铝银浆、触变剂、膨润土、溶剂、消泡剂和增稠剂，搅拌20 min，加料间隔2 min，然后缓慢加入锤纹助剂和色浆，于400～600 r/min下搅拌5 min，即得A组分。

将异氰酸酯固化剂N3900和稀释剂PGDA混合均匀即得B组分，注意混合过程中不可接触水分。

1.3 施工工艺

将A、B组分按照m（A）∶m（B）∶m（水）=100∶18∶（0～5）混合均匀。施工工艺对涂料的性能有一定影响，尤其是对锤纹漆的影响更大，施工黏度、温湿度、喷枪、气压、喷涂手法等因素对最终漆膜的效果都有很大影响。经多次现场试验，水性双组分聚氨酯锤纹漆的施工气压为0.3～0.4 MPa，喷枪口径为2.5 mm，施工黏度控制在60 s左右（黏度太高或太低均会影响锤纹的效果），温度在20～30 ℃，湿度30%～70%，温湿度的影响可以通过溶剂进行调节。

1.4 性能检测

在70 mm×150 mm的冷轧钢板上先喷涂1道普通环氧底漆（干膜厚40～50 mm），自干4 h后，喷涂水性双组分聚氨酯锤纹漆，室温下自干7 d后检测性能，结果如表2所示。

2 结果与讨论

2.1 成膜物的影响

成膜物的选择主要依据所制备锤纹漆的用途，由于锤纹漆一般用于五金机械设备的表面涂饰，因此漆膜需要有一定的抗划伤性和抗冲击能力，即硬而不脆，此外漆膜要有一定的耐油、耐水等耐化学品性。同时，设备可能兼顾在室内或室外，需要有一定的耐候性。通过大量的试验，最后选择羟值较高、交联密度大，对颜料有良好润湿分散作用的羟基丙烯酸树脂6014和聚氨酯树脂2755作为主要的成膜物。固化剂选择HDI型的低黏度脂肪族聚异氰酸酯树脂N3900，其适合高固体分体系，耐候性佳，且反应较为柔和。经试验验证，当n（—NCO）/n（—OH）略小于1时（0.95～1），锤纹的表面效果最好，也最易调整，漆膜硬度高，柔韧性好，耐油、耐化学品性好。

2.2 锤纹助剂的影响

锤纹助剂是一种高相对分子质量的硅酮油树脂溶液，具有很低的表面张力，目前多以油性为主，本研究采用了国产的油性锤纹助剂66加以乳化后使用，以便与水性体系相溶。

表3是不同锤纹助剂水溶液的添加量对涂膜外观的影响情况，从中可以看出，随着锤纹助剂用量的增加，花纹由大到小，锤纹由不明显到明显又到不明显。这主要是因为当锤纹助剂用量太少时，单位面积内助剂点少，不能互相有效牵制，极低表面张力导致漆膜缩孔并出现露底现象；随着锤纹助剂用量的增加，锤纹助剂分布趋于连续，因而立体感变好，花纹逐渐清晰；而当其用量继续增大时，由于单位面积内助剂点的分布过于密集，因此锤纹变得小而不清晰。从表3中可以看出，当锤纹助剂水溶液用量为5%时，整体效果最好，当然，最重要的还是根据客户的需要适时调整锤纹的效果。

2.3 溶剂的影响

同普通水性双组分聚氨酯涂料类似，溶剂对最终的漆膜性能影响非常大，必须要考虑到合适的挥发速率和挥发梯度，尤其是锤纹漆的花纹骨架膜厚较厚，更容易出现痱子、针孔类的漆膜缺陷。

表3 锤纹助剂水溶液添加量对锤纹效果的影响Table 3 The influence of amount of water solution of hammer paint additives on the hammer effect

不同于桔纹漆的成膜过程，锤纹漆需要足够快的表干速度，以便将拉出的花纹及时地锚定，如果表干速度太慢，会使漆膜有更多的流平时间，致使漆膜立体感降低或无立体美感。因此，水性锤纹漆中需要加入一定量的酒精以加速其表干。然而双组分聚氨酯体系又最忌讳这点，因为表干过快是导致出现痱子和针孔的罪魁祸首，表干后致使其内部的气体无法排除。因此，在选用反应较为温和的主体树脂和固化剂后，选择了较低的n（—NCO）∶n（—OH）比值，以便减少内部的反应气体，同时加入了少量的溶剂二丙二醇丁醚。

2.4 流变助剂的影响

与溶剂型体系相比，水性体系的触变性较小，致使拉出的锤纹效果很容易流平，因此需要添加一定量的触变剂以便锚固锤纹的骨架。水性体系常用的流变助剂有硅酸镁铝（如RD、W2N等）、膨润土（如EW、DE、LT等）等，本研究选用了2%的W2N搭配3%的LT，同时采用混合增稠剂（低剪切的0620复配中低剪切的R-299），在保证锤纹效果的同时，以保证漆液的稳定性。

2.5 其他影响因素

锤纹漆中还有一个非常重要的考虑因素是颜料银粉的选择，溶剂型涂料常用铝粉代替银粉，价格便宜，金属效果好。根据综合试验和理想的锤纹效果，锤纹漆中应选择非浮型的银粉，以便其自行下沉。本研究选择了国产的较为细腻的非浮型铝银浆WF-967。

其次，为使漆膜呈现出更好的锤纹状态和贮存稳定性，可加入适当的分散剂、消泡剂等。

3 结语

本研究制得的水性双组分聚氨酯锤纹漆各项性能优良，施工简单，A、B组分混合均匀后即可施工，在室温下可自然干燥，所得漆膜锤纹均匀、立体美观，具有保护和装饰的双重作用。施工时一定要注意搅拌均匀，且依据施工的温湿度、施工工具等进行调整，喷涂的手法应随时调整好，切勿因喷涂不当导致返工。