李恭超 颜六廷
(广东聚盈化工有限公司 广东江门市 529700)
摘要：探索哑光水性双组份木器漆不同的消光体系对漆膜的影响，重点探讨通过化学法自消光（水性哑光异氰酸酯固化剂）与物理法外消光（消光粉、水性蜡浆）两种方法消光对漆膜的性能影响。通过测试漆膜的性能的方法来确定通过化学法自消光和物理法外消光两种方法各自的优异性，及施工的最佳条件。同时通过应用后漆膜效果来验证指导水性异氰酸酯固化剂合成。作为水性木器涂料的水性异氰酸酯固化剂，除了提高漆膜的力学强度、耐水、耐化学品性能，同时具有优秀的成膜性能。
关键词：水性异氰酸酯固化剂；化学法自消光；物理法外消光
0、前 言
溶剂型木器涂料都含有大量的有机挥发性化合物，不仅影响生产和施工人员的身体健康，还污染环境，以及造成资源浪费，随着人们环保意识的增强，以及各级政府环保法规的不断出台，木器涂料水性化已然是必由之路[1-2]。溶剂型双组分聚氨酯涂料性能高但有污染，而水性单组份涂料虽然具有低VOC含量，但在硬度、耐划伤、耐水性、耐溶剂等方面性能不尽如人意，随之双组分水性聚氨酯涂料应运而生，它结合前两者的优点，因而备受瞩目。近年，该方向成为环保型涂料领域内研究的热点。双组分水性聚氨酯主要由水性树脂乳液组分（Ａ组分）和水异氰酸酯固化剂（Ｂ组分）构成，聚氨酯薄膜由这两者混合涂膜所得，即水异氰酸酯和水性多元醇树脂两者混合涂膜。
异氰酸酯是指分子中含有异氰酸酯基（-NCO）这类化合物的总称，水性异氰酸酯预聚体是通过在异氰酸酯预聚体中引入含有亲水基团的化合物；从而达到异氰酸酯预聚体具有水可分散的效果。因其多异氰酸酯预聚体为固化剂的新型双组分水性聚氨酯涂料，涂膜干燥速度快、光泽高、外观好，具有良好的机械性能、耐化学性能和耐候性等优点，已被中国及世界涂料行业和大多数的管理机构认可。近年来，由于全球各国对环境保护的关注，用水性涂料技术来替代溶剂型涂料已经成为涂料的发展趋势，并且进一步加快了水性徐料的发展速度。进入20世纪90年代，Bayer公司率先在水性双组分聚氨酯领域取得重大突破。在此之前，很多研究高分子领域方面的专业人都不敢想象对水敏感的异氰酸酯竟然可用水作为介质。进入21世纪以来，水性双组分聚氨酯理论化及应用又上了一步台阶取得了新的突破，这些都归功于水性树脂材料和水可分散型异氰酸酯预聚体为原材料的合成和应用技术的突破，所以水可分散型多异氰酸酯预聚体在水性聚氨酯中是最热口的研究方向[3-8]。
1、绪论
哑光木器涂料占家具漆行业的绝大部分；水性哑光木器涂料更是国内外家具漆发展的一个重点方向，哑光比亮光更有质感和舒适感。目前市场上哑光效果主要是通过物理法外消光（如消光粉、蜡浆等）达到消光效果；另外一种方法是通过化学法自消光合成物自身消光来达到消光效果。第一种方式是通过物理混合，加入固态物质导致漆膜中相容性差、几种物质的折射率有差距，从而达到消光效果。第二种方式是通过化学合成型成无序的分子结构，导致漆膜表面分子结构的折射率不均从而达到消光效果。
1.1物理消光特点
物理消光主要是通过漆膜的折射率相差太大所致。优点：提高手感、降低成本；缺点：容易出现分散不均匀、长期储存下沉等现象，从而导致清漆透明度不高，光泽不均匀等现象。同时通过加入消光剂来达到消光效果会导致漆膜致密性差，从而引起耐化学性能明显下降。
1.2化学消光特点
化学消光主要是通过化学合成型成无序的分子结构，导致均匀的折射率差。优点：储存稳定性好、容易配漆、清漆透明度高，光泽均匀、耐化学性能明显提高等现象。缺点：手感略差、成本偏高、技术要求高。
2、实验部分
2.1 主要原材料（如表1）
表1 主要原材料
原材料名称 | 外观 | 固含 | 粘度 | -OH值 | -NCO值 | 生产厂家 |
JY-2100 | 乳白色带 蓝光液体 | 45 | 2000 | 120 | -- | 广东聚盈化工有限公司 |
JY-2200 | 乳白色液体 | 45 | 2500 | 60 | -- | 广东聚盈化工有限公司 |
消光粉 | 粉状 | 100 | -- | -- | -- | -- |
蜡浆 | 白色膏状 | 40 | -- | -- | -- | -- |
JY06S（亮光型） | 透明液体 | 100 | 6500 | -- | 17.5 | 广东聚盈化工有限公司 |
JY04S（哑光型） | 透明液体 | 100 | 3500 | -- | 20.8 | 广东聚盈化工有限公司 |
2.2 参考配方
水性双组份实验应用配漆实验，根据两种不同羟值的乳液配套用不同水性异氰酸酯固化剂测试其对漆膜的影响，其实行方案如表2
表2 双组份水性三分光清漆配方
原材料 | A | B | C | D | E | F |
JY-2100 | 80.0 | 80.0 | 80.0 | -- | -- | -- |
JY2200 | -- | -- | -- | 80.0 | 80.0 | 80.0 |
润湿剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
PH值调节剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
消泡剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
消光粉 | -- | 1.6 | -- | -- | 1.2 | -- |
蜡浆 | -- | -- | 5 | -- | -- | 4 |
成膜助剂 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
流平剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
水 | 16 | 14.4 | 11 | 16 | 14.8 | 12 |
总量 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
2.3 三分光漆不同配方对比实验
分别采用通过消光粉、蜡浆配漆搭配亮光水性固化剂做三分光水性漆；与用亮光漆搭配哑光水性固化剂做三分光水性漆。通常有两种消光方式：其一，通过哑光固化剂来实现，如表2内A和D配方不外加消光剂，通过哑光水性固化剂来实现消光；其二，通过外加消光剂来实现，如表2内B、C、E和F配方通过外加消光剂，配套亮光水性固化剂来实现消光。对比实验如表格：
表3 不同水性异氰酸酯固化剂对比实验（实验条件：湿度65%，温度27℃）
项目 | A | B | C | D | E | F |
JY04S | JY06S | JY06S | JY04S | JY06S | JY06S | |
n(-NCO):n(-OH) | 1.3：1 | 1.3：1 | 1.3：1 | 1.3：1 | 1.3：1 | 1.3：1 |
手搅性 | 好 | 一般 | 一般 | 好 | 一般 | 一般 |
黏度 | 20 | 23 | 22 | 18 | 21 | 20 |
表干/min | 68 | 73 | 72 | 65 | 70 | 68 |
实干/h | 7.0 | 7.5 | 7.5 | 6.5 | 7.0 | 7.0 |
活化期（h） | ≥4 | ≥4 | ≥4 | ≥4 | ≥4 | ≥4 |
板面效果 | 无痱子，板面流平效果较好 | 无痱子，板面流平效果较好 | 无痱子，板面流平效果较好 | 无痱子，板面流平效果较好好 | 无痱子，板面流平效果较好 | 无痱子，板面流平效果较好 |
3、结果与讨论
3.1 膜层检测方法
根据国家标准GB 23999-2009中的要求对涂膜的干燥时间、附着力、硬度、耐水性、耐溶剂性、光泽等性能进行测试。
3.2 JY-2100不同配方实验检测结果
在水性PU双组份的涂层具有光泽、耐候性、耐磨、耐化学性等优异的特点。特别是该类高羟乳液在各项性能中都有优势，但其中双组份中的固化剂起到了不可忽视的作用。本实验通过对不同配方做成的三分光油漆性能进行平衡对比，其成膜后数据参数如表4：
表4 JY-2100乳液配不同配方成膜后数据
项目 | A | B | C |
光泽（60o） | 30-32 | 30-38 | 30-35 |
硬度（1天） | B | B+ | B+ |
硬度（3天） | H | H+ | H+ |
硬度（7天） | H～2H | H～2H | H～2H |
透明度 | 4.5 | 3.5 | 3.8 |
附着力 | 0 | 0 | 0 |
手感 | 3.5 | 4 | 4.2 |
耐水性 （浸于水中24h） | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 |
耐沸水性 （浸于沸水15min） | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 | 膜层少许发白，30min后可恢复 | 膜层少许发白，30min后可恢复 |
耐酒精（1h） | 无异常 | 失光，30min后可恢复 | 失光，30min后可恢复 |
耐茶（1h） | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
耐酸（1h） | 无异常 | 有少许水印，30min后可恢复 | 有少许水印，30min后可恢复 |
耐碱（1h） | 无异常 | 有少许水印，30min后可恢复 | 有少许水印，30min后可恢复 |
通过以上性能测试不同体系的三分光水性漆对漆膜影响对比实验（表4）。对比实验结果显示：
（1）、光泽的稳定性方面A配方要比B、C配方要稳定；
（2）、在透明度上A配方比B、C配方要通透；
（3）、在附着力上A配方比B、C配方要优越；
（4）、在耐化学性上A配方比B、C配方要好；
（5）、手感方面B、C配方要比A配方要好。
3.3 JY-2200不同配方实验检测结果
现在市场用量最大的还是低羟乳液如JY2200类似的产品，其交联度高于单组份乳液，以致于各方面性能适中，因此大量用于家装方面。在水性聚氨酯双组份中低羟值的水性乳液对光泽更加敏感，我们很有必要单独做为论证。
表5 JY-2200乳液配不同配方成膜后数据
项目 | D | E | F |
光泽（60o） | 28-34 | 25-38 | 27-35 |
硬度（1天） | 2B | 2B+ | 2B+ |
硬度（3天） | HB | HB | HB |
硬度（7天） | HB+ | HB+ | HB+ |
透明度 | 4.5 | 3.7 | 3.9 |
附着力 | 1 | 2 | 2 |
手感 | 3.5 | 4 | 4.2 |
耐水性 （浸于水中24h） | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 |
耐沸水性 （浸于沸水15min） | 膜层无明显发白、起泡、失光、脱落等不良现象 | 膜层少许发白、失光，30min后可恢复 | 膜层少许发白、失光，30min后可恢复 |
耐酒精（1h） | 无异常 | 失光，起泡，后期难恢复 | 失光，起泡，后期难恢复 |
耐茶（1h） | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
耐酸（1h） | 无异常 | 有少许水印，2h后可恢复 | 有少许水印，2h后可恢复 |
耐碱（1h） | 无异常 | 有少许水印，2h后可恢复 | 有少许水印，2h后可恢复 |
本次实验通过使用YT2200低羟值水性乳液来论证不同配漆方式做三分光漆膜的性能对比。通过表5的测试数据中得出一些结论：
（1）、光泽的稳定性方面D配方要比E、F配方要稳定；
（2）、在透明度上D配方比E、F配方要通透；
（3）、在附着力上D配方比E、F配方要优越；
（4）、在耐化学性上D配方比E、F配方要好；
（5）、手感方面E、F配方要比D配方要好。
4、结 语
本文从初步研究了化学法自消光（本论文以水性异氰酸酯固化剂为例）与物理法外消光（本论文以消光粉、水性蜡浆为例）在水性双组份涂料中的优劣，得出如下的结论：
1、水性低羟乳液做哑光清面比高羟水性乳液光泽更加不稳定；
2、光泽稳定性化学法自消光要比物理法外消光光泽要稳定，从板面光泽差异体现；
3、在透明度上用化学法自消光要比物理法外消光透明度更高；
4、在附着力方面化学法自消光要比物理法外消光附着力要好，主要是通过低羟水性乳液中体现出来；
5、在耐水和耐化学性能中也体现出化学法自消光要比物理法外消光的耐性更加好；
6、手感方面化学法自消光比物理法外消光要稍差。
通过以上实验得出结论：在水性分散体中加入非均相物质体系的无机物质，容易导致漆膜致密性不够，耐性下降。透明度下降，主要是加入的的消光剂都为无机物料，无机物和有机树脂乳液相容性太差所导致。手感方面因为消光粉或水性蜡浆都是硅类的物质，硅类物质手感较好；所以要改变化学法自消光配方的手感，可以适当加入少量的硅类手感剂。通过树脂或固化剂自身基团消光则不存在以上的问题，在透明度方面特别优异。
本论文研究仅在广东聚盈化工有限公司的YT2100、YT2200树脂乳液和JY04S、JY06S水性异氰酸酯固化剂的基础上研究，不同的树脂乳液与水性异氰酸酯固化剂的消光程度、耐化学性各有所异。本论文的研究结果仅做参考。
参考文献
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