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助剂对水性双组分聚氨酯高光涂料性能影响研究
宋利强，张戈辉，许 旭，周泽钱，董立志
(河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定 072550)
0 前 言
水性双组分聚氨酯不仅具有溶剂型双组分聚氨酯优良的性能，同时具有无毒、无味、无污染、安全环境友好的特点，成为了近年来涂料行业的研究重点之一，尤其是在对性能要求较高的高端家具、工业等市场。水性双组分聚氨酯由水性羟基树脂和水性异氰酸酯组成，其性能主要由水性羟基树脂的组成与结构决定。水性双组分聚氨酯由聚合物多元醇和多异氰酸酯组成，其中聚合物多元醇影响着多异氰酸酯在水相的分散性、成膜过程中分子的扩散与交联以及涂膜的最终性能。聚合物多元醇的种类及制备方法较多，其中丙烯酸多元醇具有分子量、玻璃化温度和羟基含量易于调节等优点，采用不同聚合工艺可得乳液和分散型两类丙烯酸多元醇。其中，分散体型多元醇羟基树脂是当前涂料行业的研究重点，同其他水性涂料类似，除施工工艺和施工环境外，配方中的树脂、润湿分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、助溶剂、固化剂等均对涂膜的性能有着很大的影响，尤其是对水性双组分聚氨酯高光系列产品的物理性能和化学性能。水性双组分聚氨酯高光涂料的主要问题是痱子问题，个人认为痱子产生的根本原因是流平问题，因此本文将只就润湿分散剂和流平剂对水性双组分聚氨酯高光白漆的影响做重点论述。
1 实验部分
1.1 实验原材料
制备高光泽产品，选择高羟基含量的树脂是必要的，本实验选择了科思创的水性丙烯酸多元醇分散体A2601为主体树脂，同时为提高其流平、硬度、丰满度等性能，混拼水性聚氨酯多元醇分散体XP2755。
固化剂部分选择了科思创的XP2655(70%)，溶剂为PGDA。消泡剂选择了Tego901W和BYK-024，增稠剂选择了WT105A和PUR40，助溶剂选择了Texanol。n(—NCO)∶n(—OH)＝1.5，因此mA∶mB＝4∶1。
测试采用喷涂，配比为mA∶mB∶m水＝100∶25∶(20～25)，控制成品漆黏度25～30 s，施工黏度为20～25 s，湿膜厚度为120～140 μm。活化期测试采用每隔1h进行测量黏度变化和喷板测试光泽变化，测试环境温度为28 ℃，湿度为60%。基础配方如表1。
1.2 实验仪器
实验过程主要用到的仪器设备见表2。
1.3 涂料的制备
(1)将原料1～4依次加入备料缸中，600～800 r/min搅拌10 min，然后缓慢加入5，用6清洗缸边，全部加完后800～1 000 r/min搅拌20 min至均匀，然后用研磨机研磨至细度≤15 μm。
(2)将原料7～8加入调漆缸中，600～800 r/min搅拌5 min，依次加入原料9～12，并搅拌10 min，然后加入1～6的混合物，800～1 000 r/min搅拌20 min，最后用13调节黏度至70～80 s(23～25 ℃)。
(3)B组分为将1与2加入后，低速400～600 r/min搅拌混合均匀即可。
A组分与B组分制备完成后，制板时采用喷涂方法，配比为mA∶mB∶m水＝100∶25∶(20～25)，控制黏度为20～25 s(T-4杯)。
1.4 涂料性能测试及表征方法
涂料的性能检测及表征方法见表3。
2 分析讨论
2.1 润湿分散剂的选择
润湿分散是制漆过程中非常重要的工序，润湿分散剂的应用是否恰当，直接关系到颜填料的分散效率、颜料浆的黏度与流动性、展色性、贮存状态、涂膜光泽、遮盖力、耐化学品性、耐水性等。严格来讲，颜填料的分散具体可分为润湿、分散和稳定。润湿是指润湿剂降低水/树脂等介质和颜料之间表面张力的过程，而分散是借助机械外力把原本团聚在一起的颜料粒子打开形成稳定状态，并防止其再次絮凝的过程。
润湿剂主要用来降低体系的表面张力，涂料中多使用非离子型和阴离子型润湿剂。分散剂则吸附在颜料表面产生电荷斥力和空间位阻作用，防止颜料的再度絮凝，使分散体保持稳定状态。分散不良，影响涂膜光泽、遮盖力和涂膜耐性。分散良好可使涂膜致密平滑，提高耐性。同时使涂料在贮存期内稳定，防止贮存过程出现沉淀、絮凝、相分离(分水)等不良现象。润湿剂的润湿强度取决于降低界面张力的能力和结构，润湿强度越大，吸附的密度越大。润湿剂用量取决于吸附密度及吸附状态，粉料密度小、比表面积大，润湿剂的用量就多。润湿剂能否在固/液界面处定向吸附排布从而发生润湿作用，关键在于润湿剂分子的两亲化学结构，润湿剂亲油的官能团和粉体结合(表面活性剂能和粉体发生化学反应是最理想的)，润湿剂亲水链端能够在水中疏展而使粉料达到稳定。为了提高和体系的相容性，一般的粉体表面都会做羟基化(碳酸钙除外)等相应的处理，这样涂料体系更加的稳定。
分散剂的评估主要从研磨效率、黏度(降黏性)、展色性、涂膜耐性(如耐水)等方面进行，而在水性双组分聚氨酯高光体系中，分散剂的稳泡性、对光泽的影响也是必须考虑的重点。
在涂料成膜过程中，大部分的水性分散剂会受表面张力的影响迁移到涂膜的表面，导致涂膜表面对水等介质比较敏感，从而对涂膜的耐擦洗性能产生副作用。分散剂的筛选方案见表4。
对分散剂的选择主要是通过测试活化期(每隔1 h测试黏度、光泽等性能变化)、涂膜的光泽(60°)及外观(有无雾影、针孔等)、涂膜的耐性(耐水、醇、酸、碱、咖啡、热水等)以及涂料贮存稳定性(50 ℃贮存15 d)。其测试结果见表5。综合测试结果，⑧最佳，④可作为备选方案。
2.2 流平剂的选择
流平剂对于聚氨酯亮光白色面漆立面流平性起着决定性作用，特别是有机硅类流平剂对促进立面流平效果非常有效。它是通过和体系之间较强的不相容性，迁移到涂膜表面形成单分子层，改善涂料流动性，缩短涂膜流平时间，起到消除涂膜短波橘纹的作用，提高涂膜滑爽性和光泽度；高分子聚合物类流平剂通过和涂料体系之间的微弱不相容性，促进了涂膜垂直面的流平，起到消除涂膜长波橘纹的作用。两者搭配使用，起到协同增效作用，既可以有较好的短波流平，也可以有较好的长波流平，从而改善涂膜流平效果，使涂膜均匀，满足涂膜镜面效果，但加量太多会增加流挂的风险，应通过实验确定用量。而加入高分子聚合物类能提高溶剂释放性，加速溶剂的释放，促使涂料达到瞬间流平的效果，并且对于消除涂膜长波橘纹有帮助，对提高立面流平有很大好处。
流平剂筛选方案见表6，其润湿分散剂均为方案⑧。
其测试结果如表7。
流平剂的选择主要看其涂膜的外观，即是否有针孔、痱子、雾影等不良现象，水性双组分聚氨酯易起痱子，主要还是流平不佳致使涂膜厚薄不一，较厚处便易起痱子。综合测试结果，降低动态表面张力和静态表面张力的流平剂搭配使用，同时流平效果佳的流平剂方案②最佳，方案⑥可作为备选方案，产品施工效果见图1。
3 结 语
(1)水性双组分聚氨酯高光涂料中，润湿分散剂会影响其活化期和光泽，需根据体系选择最佳的分散剂。
(2)流平剂对水性双组分聚氨酯高光涂料的表观效果影响最大，需根据体系选择不影响光泽且流平效果佳的润湿流平剂，且要能同时降低体系的静态表面张力和动态表面张力。
