聚氨酯树脂对清漆光泽的影响

胡广清，陈炳耀，曹 明

(1.广东顺德三和化工有限公司，广东 佛山 528325；2.广东三和化工科技有限公司，广东 中山 528429)

油漆在我国古代最开始应用于木制制品的保护，到后来又拓展出装饰的作用。而在现在，木制制品也仍然在大量使用油性涂料进行保护和装饰。门窗、桌椅，衣柜等身边常见的木制制品都需要经过涂覆涂料来防止虫害和延长老化时间，并表现出一定的光泽、纹理或者色彩，提供视觉的舒适感。随着时代的发展，从二十世纪初的高光泽涂料开始向亚光转变，部分无光涂料也开始发展起来。

1 涂料成膜及光泽形成

1.1 涂料组成及成膜机理

油性涂料通常是由树脂(成膜物质)、颜填料、助剂在有机溶剂的溶解下形成的粘稠溶液。在一份聚氨酯清漆配方中树脂含量大概为60%到80%，颜填料为2%到10%，助剂合计1%到5%，其余为溶剂。以通过喷涂、辊涂、刷涂等多种方式均匀涂覆被涂物表面，在光、热或者自然环境等条件下，能形成致密的连续薄膜，牢固附着在被涂物表面。油性聚氨酯涂料大部分为双组分涂料，其主漆负责提供-OH，固化时与固化剂中的-NCO接触反应，方程式为：-NCO+-OH →-NH-COO-。

油性聚氨酯涂料在喷涂或者刷涂在物体表面之后，漆膜表面的溶剂会逐渐挥发，涂料主漆和固化剂接触反应。在溶剂挥发时，溶剂各组分逐一挥发，在这个过程中，溶剂在漆膜内部形成上下对流，颜填料随着对流被带到表层，因表层溶剂挥发造成局部增稠而流速降低，从而滞留在表层，部分颜填料会像冰山在海水漂浮一样部分露出表面，形成凸起，涂膜表面平整度降低，加上溶剂挥发而导致漆膜表面部分地方产生凹陷，平整度进一步降低，整个固化过程使得树脂和异氰酸酯交联形成的平整的漆膜表面变得凹凸不平。

1.2 光泽定义及涂料光泽

光泽是物体表面反映对光的镜面反射能力的固有特性。在规定条件下对物体表面反射光的能力进行评价的物理量称为光泽度，表示了物体表面的镜面反射能力和完全镜面反射的接近程度。在工业中使用光泽计来测定光泽，一般上有20°、60°、85°光泽计之分。在涂料工业中常使用60°光泽计来测量涂膜的光泽，根据测得光泽又可以区分为亮光、亚光、无光等[1]。

镜面反射能力在微观上受到物体表面平整程度的影响，当表面凹凸间隙小于1/16入射波长时，反射光性质将不会发射变化[2]。在聚氨酯涂料中，由于颜填料的颗粒大小远大于光泽计使用的光线波长，故当颜填料露出漆膜表面时，入射光部分发生漫反射，光泽度将比颜填料不露出表面时低。固化过程中，溶剂挥发，颜填料聚集表面形成凸起是一个缓慢发生的过程，故漆膜表面的光泽度会逐渐降低，干燥24小时后的光泽可以认为是涂膜的最终光泽。

2 实验部分

2.1 仪器与原料准备

仪器：高速分散机、乌氏粘度计、漆膜涂布器、60°光泽仪等。

原料：5个批次的醇酸树脂、分散剂、消光粉、蜡粉、防沉剂、流平剂、消泡剂、多种溶剂等。

2.2 涂料制备与测试

按照表1的配方使用高速分散机制备涂料主漆，其中只改变树脂批次的主漆分别命名为A、B、C、D、E。取A主漆所用树脂改变其在主漆中的质量百分比制漆如表2所示，其树脂增加或者减少的部分由溶剂取代。按照表3的配方制备固化剂。

表1 聚氨酯清漆参考配方

表2 树脂A的不同百分比漆

表3 固化剂配方

主漆制备完成后，按照GB/T 23997-2009标准在黑玻璃板上涂布漆膜，然后放置在标准环境中干燥24 h。使用乌氏粘度计在规定的实验条件下分别测量油漆代号为A至E的相对分子质量。

3 测试结果

3.1 树脂含量对光泽的影响

表4为A0至A4的树脂含量和光泽测试结果，它们之间的关系如图1所示，随着树脂含量增大，光泽随之上升。树脂含量上升，涂膜丰满度增加，涂膜平整度增加，厚度增加，相对减少了涂料中颜填料的漆膜表面占比，涂膜表面进一步平整，光泽度上升。

表4 树脂含量与光泽

图1 树脂含量与光泽的关系

3.2 树脂相对分子质量对光泽的影响

表4是五个批次的醇酸树脂测得的相对分子质量和其制作的涂料的光泽，他们的关系如图1所示。由图1的曲线可以看出随着相对分子质量的增加，光泽呈下降趋势。在相对分子质量较小时，树脂分子更为紧凑，交联固化形成的涂膜更为细致，相对分子质量增加，分子链伸长变得相对松弛，空隙加大，颜填料也易于突出表面，表面更粗糙，光泽下降。

表5 五个批次醇酸树脂的相对分子质量

图2 醇酸树脂的相对分子质量与光泽的关系

4 结论

在油性聚氨酯涂料中，树脂是主漆的主要组成部分，其与固化剂交联固化形成的平整致密漆膜是高光泽的来源，涂料中的颜填料会随着溶剂挥发堆积在漆膜表层，使得漆膜表面平整度降低，光泽度也随之降低。提高涂料中的树脂含量能明显提高漆膜光泽，而在树脂的相对分子质量的测试中发现，相对分子质量相对较小的树脂形成的漆膜的光泽相对较高，要取得较高光泽时可以采用相对分子质量较小的树脂。对比改变树脂相对分子质量和改变树脂含量两种方式，后者变化较为明显，故在需要较大改变涂料漆膜光泽度时可以采用增减树脂含量的方式。