高性能水性木器漆用PUA树脂

孙伟祖，张洁，孙家宽，华卫琦，丁建生(烟台万华聚氨酯股份有限公司，国家聚氯酯工程技术研究中心，山东烟台264002)

0引言
木器漆在日常生活中随处可见，它不仅有装饰美化作用，而且对木材起着很好的保护作用。但目前使用的木器涂料大多为溶剂型，从早期的酚醛漆、醇酸漆、硝基漆发展到目前大量使用的聚氨酯漆，这些木器涂料都含有大量有毒的有机挥发性化合物(voc)，严重危害生产和施工人员的身体耀康，且污染大气环境。随着人们环保意识的日益增强，溶剂型涂料的使用范围已经日益受到限制，而水性涂料具有无环境污染、，毒性小及无火灾隐患等优点而越来越受到人们的关注和重视。
水性聚氨酯涂料具有溶剂型聚氨酯涂料的大部分优异性能，加之其溶剂为水，耐化学品性以及硬度等方面的不足仍限制了其应用范围。本文介绍了一种用于木器涂料的综合性能优异的水性聚氨酯丙烯酸酯(PUA)树脂。该树脂通过特殊的交联技术，经测试表明具有干燥速度快，硬度建立快，与丙烯酸类树脂的共混性能好等突出优点；同时讨论了使用该树脂配制清漆时各种助剂的选择，综合性能优异，应用前景好。

1实验部分
1．1树脂合成
1．1．1实验原料(见表1)

1．1．2合成工艺
预聚体的合成：在干燥N2的保护下，向装有回流冷凝管、水银温度计和机械搅拌的四口烧瓶中加入计量好的H12MDl、经减压蒸馏好的聚酯二元醇，在60～90℃下反应1～3h，跟踪一NCO至规定值；降温加入计量好的BDO和TMP丙酮溶液、DMPA的NMP溶液，保温反应2～4h，实验过程跟踪检测-NCO的含量，当一NCO含量接近理论值时，降温出料到分散桶中加入TEA中和，加水乳化分散。将分散得到的PUD乳液加入聚合反应烧瓶中，加入一定量的设定T g的混和丙烯酸酯单体进行搅拌溶胀，引发聚合，过滤，得到水性聚氨酯丙烯酸酯树(PUA)。

I．2清漆配制
树脂的调配配方见表3

2结果讨论
2 12．1不同Tg(理论值)丙烯酸酯混合单体对树脂性能的影响
固定PUA树脂中聚氨脂组分的质置分数，通过改变丙烯酸酯部分软硬单体的组成．考察不同Tg丙烯酸酯混合单体条件下树脂合成的稳定性以及所得树脂的吸水性和硬度．结果发现．采取种子乳液聚合工艺．不同Tg的丙烯酸酯混合单体均可聚合得到稳定的乳液．不出现增稠以及不相容等现象，分别合成了丙烯酸酯混合单体Tg理沦值为5℃，65℃，80℃样品，测试其吸水率及摆杆硬度。结果如表4。

2 2清漆的性能检测及助剂对其性能的影响
2 2 1配方优化后puA树脂Lacper 4210与丙烯酸树脂的物理共混性能(见表5)

实验结果显示，Lacper 4210与丙烯酸耐脂A有非常好的物理共混性能，不会出现增稠现象。并目从数据中可以看出来在丙烯酸中添加定量的PU树脂．对其耐碱．抗热粘性能等都有一定的提升。

2 2 2成膜助剂的选择对其性能的影响
成膜助剂是水性木器涂料助剂中最重要的成分之一，直接影响水性木器涂料的干速，硬度、初期耐水性、低温施工性以及贮存稳定性。Lacper 4210在不同成膜助剂体系下的性能见表6)。

成膜助剂对涂膜硬度展现的影响主要取决于3个因素：成膜助剂在涂膜中的迁移速度、成膜助剂在空气中的挥发速率以及成膜助剂在树脂中的溶解性。由图可知，采用PPH和Texanol做成腹助剂，7d硬度较低．DPM作为成膜肋剂，7d后硬度最高。这是由于PPH和Texano恽发得慢，因此成膜硬度较低。而DPM的挥发速度最快，硬度也最高。DPnB对树脂溶解能力更强，光泽最高，表面效果较好．但沸点较高．其硬度比DPM稍低。高低沸点溶剂搭配使用时，漆膜硬度往往优于单一溶剂。这是因为低沸点溶剂的挥发速度和高沸点溶剂的溶解能力发生协同作用，从而有较高的硬度较好的表面效果以及高的光泽。从光泽看，DPnB制漆漆膜的光泽最高．DPM制漆漆膜光泽最低，将DPnB和DPM搭配使用，硬度光泽和表面效果部较好，因此，配方体系选用DPM：DPnB=3 ：7复配使用。

2 2 3快干型产品性能的优异体现
水性涂膜干燥一般认为分二个阶段：(1)自由水分蒸发阶段，乳胶粒子以布朗运动形式自由运动；(2）乳胶粒子的变形及融合过程．(3)聚合物分子链扩散过程，在PUA树脂中，在平衡最低成腰温度和硬度的前提下，引入了相对多的硬单体甲基丙烯酸甲醑．由于烷基链较长较疏水．水分子与乳腔粒子之间的作用力就相对弱，水分挥发就比较抉一同对，相对聚氨酯链段，大量丙烯酸酯链段的引人降低了极性基团密度，与水形成氢键能力减弱，水分子也更容易扩散。实验发现．优化产品配方后(表3)，该PUA树脂具有很好的干燥速度以及硬度建立速度。在玻璃板上涂刮100um湿膜厚度的如下几个产品，放置在22℃，50％RH的恒温恒湿箱里进行实验测定，其干燥时间以及硬度上升速度见表7、8。