改善聚氨酯亮光色漆边角覆盖性的研究

改善聚氨酯亮光色漆边角覆盖性的研究
李相权 ( 河北泽耀建材有限公司,河北故城 253803)
李梦雨 ( 上海建桥学院信息技术学院,上海 201306)

0 引言
随着现代家具工业的迅速发展及满足个性化需求的要求,家具的复杂化、多边角化是任何工件制作中不可避免的问题,越来越多的家具会在表面进行开槽,形成大小不同的棱边和边角,由于家具工件棱边和边角在打磨过程中容易打穿露底,对涂料的边角覆盖性提出了更高的要求。聚氨酯亮光色漆由于追求装饰效果,往往添加较多的强溶剂及流平剂,具有较好的流动性,易形成光滑平整的漆膜,但被涂物的边缘或棱角部位就非常容易出现比平面部分覆盖率差的现象,往往在角尖或棱边留下一条交接线,导致此处的涂膜特别薄甚至露底,出现黑边现象,特别是在气温较低的冬季,由于产品喷涂后涂膜干燥较慢,此类现象更加明显。它是家具涂装过程中最常见和难以控制的缺陷之一,直接影响家具的整体装饰效果及施工效率,已成为家具行业面临的棘手问题之一。
通过提高涂料的施工黏度,降低涂层流动性,可以改善家具边、棱角处的流挂现象,提高边缘覆盖率,但施工黏度过大,会导致流平不良,涂膜平滑性受到损害,影响涂饰效果。涂膜的边角覆盖性和流平性是一对矛盾体,良好的流平性要求在足够长的时间内将黏度保持在最低点,有充分的时间使涂膜流平,获得平滑丰满的涂装效果,而这就容易出现流挂、边角覆盖不良等现象。为此,我们从产品配方设计及施工工艺方面进行探讨,充分考虑流平和边角覆盖性之间的平衡及溶剂挥发梯度等因素的影响,制备了具有较好施工宽容性的聚氨酯亮光色漆,有效抑制施工中的流挂现象,解决聚氨酯亮光色漆边角覆盖性的问题,确保良好的涂装效果,满足家具涂装的要求。

1 试验部分
1.1 原材料
合成脂肪酸树脂80%,工业品;R902 钛白粉,杜邦公司;分散剂、流平剂、消泡剂,毕克化学;固化剂N3390、IL1451,科思创公司;有机膨润土、聚酰胺蜡,海明斯公司;气相二氧化硅,卡博特公司;CAB 醋酸丁酸纤维素,伊士曼公司;催干剂,气体化工;溶剂,工业品。
1.2 涂料制备
涂料配方如下:
原材料 w/%
甲组分:
合成脂肪酸树脂 50~55
分散剂 1~2
R902 钛白粉 30~40
流平剂 0.3~0.6
消泡剂 0.3~0.5
催干剂 0.1~0.3
流变助剂 1~2
CAB 液 3~5
溶剂 3~6
乙组分:
N3390 25
IL1451 50
溶剂 25
甲组分合成工艺:将合成脂肪酸树脂、钛白粉、分散剂及部分溶剂依次加入调漆缸中,高速分散20 min,然后用砂磨机研磨分散至细度20 μm 以下,加入其余助剂,分散均匀,用余下的溶剂调整黏度,过滤,包装。
1.3 涂料边角覆盖性测试
按m(主漆)∶m(固化剂)∶m(稀释剂)=1∶0.8∶0.5 配制涂料,喷涂施工后通过观察工件边角是否露出黑边来判断涂料的边角覆盖性。

2 结果与讨论
2.1 羟基树脂的选择
羟基树脂作为聚氨酯涂料的主要成膜物质,对体系的流平性及边角覆盖性起着非常重要的作用,在设计聚氨酯亮光色漆时首先要选择合适的树脂体系。合成脂肪酸树脂具有较高的丰满度,聚氨酯亮光色漆通常以合成脂肪酸树脂为主要成膜物,本试验采用实际生产中曾使用过的几种合成脂肪酸树脂进行测试,其对聚氨酯亮光色漆性能的影响见表1。
合成脂肪酸树脂对涂料性能的影响
由表1 可见,不同的合成脂肪酸树脂制备的亮光色漆在边角覆盖性方面差异较大,树脂黏度较低时,虽然有较好的流动性,易获得更好的流平效果和丰满度,但涂料干性较差,容易产生流挂现象,影响边角覆盖性能;随着树脂黏度的增大,其相对分子质量增大,在相同羟值情况下其分子上的羟基也多,形成的交联点多,交联反应效率提高,有利于加快漆膜的干燥速度,改善漆膜的边角覆盖性,但树脂黏度过高时,润湿分散性差,不利于润湿工件边角部位,施工时必须加入较多的稀释剂,不易获得丰满度好的漆膜,漆膜光泽偏低且流平性不佳,容易出现桔皮现象,边角覆盖性不好。将合成脂肪酸树脂的黏度控制在合适的范围内,解决流挂与流平之间的平衡问题,才能获得较为理想的边角覆盖性能。本试验选择的合成脂肪酸树脂C 玻璃化温度较高,有利于涂膜内溶剂释放,同时树脂分子结构中都是伯羟基,空间位阻小,反应活性高,有利于提高漆膜的干燥速度,特别是具有一定的触变性,喷涂时黏度降低形成低黏度漆液,喷涂后黏度又逐渐增高,恢复到初始黏度,中间有一个滞后期有利于流平,能较好地平衡流平和流挂间的关系,明显改善边角部位流挂现象,具有较好的涂膜边角覆盖性。
2.2 钛白粉用量的影响
聚氨酯亮光色漆的遮盖力是改善边角覆盖性能的关键因素,钛白粉用量对涂料性能的影响见表2。
钛白粉用量对涂料性能的影响
由表2 可见,随着钛白粉用量的增加,涂膜边角覆盖性有明显改进,色漆的遮盖力直接关系到对涂膜厚度的控制,如果涂料中钛白粉用量较少,则遮盖力差,为了满足遮盖需求,只能通过过量喷涂获得较厚的涂膜才能遮盖住底材,涂膜过厚的边角部位就更加容易产生流挂现象,造成边角覆盖性变差。通过增加钛白粉的用量,不仅可提高施工固体分,增加遮盖力,更好地遮盖底材,减少底材颜色对面漆颜色的影响,而且在满足遮盖力的要求下,可以薄涂,降低流挂风险,改善边角覆盖性,本试验选择钛白粉用量为40% 左右为宜。同时钛白粉在基料中的分散细度越小,其在树脂中分散越均匀,不仅提高了遮盖底材的能力,还改善了涂料的流动与流平性,有助于形成平整致密、细腻光滑的涂膜,获得良好的装饰效果。
2.3 流变助剂的影响
聚氨酯亮光色漆为了获得优异的流平性,涂料的黏度通常保持较低的水平,这样才能使色漆有充分的时间自由流动形成平滑的漆膜,但在喷涂工件边角时,由于工件边角处的湿膜面积与平面相比要更大,为了降低体系的总表面能,湿膜就被迫从边角上缩回,加上湿膜受重力影响必然向下流动,就容易造成边角部位涂料挂不住而产生流挂现象,往往会漏出边角部位引起边缘覆盖性不良,要消除这种现象,必须提高涂料的黏度,降低涂层固化前的流动性,缩短湿膜的有效流动时间来减少其回缩量,这就需要在涂料中加入流变助剂,流变助剂在涂料体系中形成网状结构而赋予涂料适宜的触变性能,改善涂料的流变性,使流动性和边角覆盖性之间保持较好的平衡,喷涂后,较低的剪切力作用就能够破坏这种网状结构,获得较低的黏度,有助于涂料充分流动并易于施工,赋予漆膜良好的流平性,一旦形成光滑平整的漆膜后,重新形成网状结构,有效降低湿膜流动时间,阻止边角部位涂层的回缩及湿膜流挂,提高工件边角部位的涂层覆盖性,改善施工宽容性。常用的流变助剂为有机膨润土、气相SiO2 及聚酰胺蜡,其对聚氨酯亮光色漆性能的影响见表3。
流变助剂对涂料性能的影响
由表3 可见,有机膨润土及聚酰胺蜡虽然能赋予涂料一定的触变性,但喷涂时依然易流挂,不能满足边角覆盖性的要求,同时容易出现消光现象,在本试验中不能采用。而气相SiO2 粒度小,比表面积大,表面上带有硅烷醇基团,颗粒之间通过硅醇基实现氢键交联,形成主体网状结构而产生触变性,能被喷涂时的剪切力破坏,黏度迅速下降,具有良好的喷涂施工性,赋予涂膜较好的流平性,有助于提高涂层丰满度和光泽,失去剪切力后网状结构又迅速自行恢复,黏度上升,降低湿膜的流动,阻止边角部分涂层的回缩,有利于提高工件边角部位涂层的覆盖性,具有良好的涂装效果。因此本试验中流变助剂选用气相SiO2,其用量为1.2% 时,能达到流平与边角覆盖性之间的平衡,满足家具产品的装饰要求。
2.4 其他助剂的影响
醋酸丁酸纤维素CAB 可以改善颜料分散状态,提供恰当的流变性能,涂膜容易达到瞬间流平效果并且加快湿膜中溶剂的挥发速度,明显改善涂料的喷涂施工性能。在聚氨酯亮光色漆中添加CAB,与气相二氧化硅产生协同作用,在涂装后取得较好的流平效果,湿膜在较短的静置时间内溶剂迅速挥发,提高漆膜的干燥速度,湿膜黏度提高到一定程度时,颜料迅速被固定在边角位置,流平过程中抑制边角部位涂层的流动,有效防止流挂现象的产生,确保工件各个部位的涂膜厚度均匀,避免边角覆盖性不良现象,提高了涂层的装饰效果。加入催干剂,能够降低体系的反应活化能,促进异氰酸酯基与羟基的反应,提高体系的交联固化速率,有效缩短漆膜干燥时间,减少涂膜流动时间,改善涂膜边角覆盖性。
2.5 稀释剂的影响
稀释剂的主要作用是调节涂料的施工黏度,满足施工要求,为了保证工件边角具有良好的装饰效果,稀释剂不仅要有良好的溶解能力,促使涂料获得良好的雾化效果,赋予涂料极佳的流动及流平性,确保涂料有较高的施工固体分,容易遮盖底材,改善涂膜外观,还要有适当的挥发速度,使涂料喷涂后快速成膜,避免工件边角位置的流挂现象,提高边角覆盖性。稀释剂挥发速度太快,喷涂过程中大部分溶剂就会挥发掉,涂在工件上的漆料黏度大大提高,湿膜没有流平推动力,降低了漆膜的流平性和润湿性,容易出现桔皮及针孔等弊病,影响装饰性能和效果;而采用过多高沸点、挥发慢的稀释剂,虽然湿膜的流平性良好,但表干时间延长,漆膜干燥速度变慢,漆膜内部溶剂残留量增加,容易产生流挂造成边角覆盖效果差。因此应根据季节变换及实际施工情况选择芳烃、醋酸丁酯及甲基异丁基酮等中沸点溶剂并合理搭配,使稀释剂具有优异的溶解能力和合理的挥发速度,适应不同季节或环境温湿度下的施工,改善涂料的施工性,使涂料喷涂后快速流平成膜,避免流挂现象,满足多边角工件的喷涂施工要求,保证家具的装饰效果。
2.6 喷涂工艺的影响
家具要获得良好的喷涂效果及外观装饰性,需要加强车间涂装管理,进行合格的家具工件表面处理,采用正确的涂装工艺:
(1) 对家具工件的棱边进行处理,平雕刀口尽量使用R 弧刀,返工刀要对刃口进行平弧处理,同时用砂纸进行倒棱处理,尽量产生弧度,不留直角棱边。加强打磨工序管理,打磨边角部位底漆时尽量轻磨,避免打穿露出底材,一旦出现磨穿现象时,可以在喷涂面漆前先对磨穿的部位薄涂遮盖,放置一边待表干后再进行整件涂装,从根本上解决边角覆盖性不良的状况,获得良好的涂装效果。
(2) 加强对施工人员的岗位培训,及时掌握涂料的性能及重要施工环节,提高其喷涂技能水平,掌握正确的喷涂手法,施工时保持稳定的压力,注意调节好喷枪的出油量,以便获得良好的雾化效果,调整适当的喷涂距离并控制好喷枪移动速度,喷涂均匀,避免出现流挂现象,改善边角涂装质量,喷出高质量的涂膜效果。
(3) 涂料的施工黏度直接影响其流平性及边角覆盖性,施工黏度过大,会导致涂料雾化不良,造成涂膜不平整出现桔皮等弊病,施工黏度太小,虽然流平性改善,但会降低色漆对底材的遮盖能力,薄涂容易露底,厚涂边角部位易产生流挂现象,均会造成边角覆盖性不佳,合适的施工黏度才能保证既有良好的丰满涂膜又可以覆盖边角部位。
(4) 环境温湿度直接影响溶剂的挥发速度,对涂膜边角覆盖性产生重要影响,特别是在高湿度和低温条件下,导致涂料施工后溶剂挥发减慢,涂层流动时间延长而增加流挂风险,影响边角覆盖性。应根据季节变换选择具有良好的溶解能力和较好的挥发速率的合适稀释剂,以适应不同季节或环境温湿度下的施工,获得良好的边角覆盖性。

3 结语
聚氨酯亮光色漆在固化过程中由于表面张力的变化,家具边角部位的涂层逐渐向两侧移动,变薄的趋势是不可避免的,要使边角涂层达到平面涂层同样的覆盖率是比较困难的。为了减少和改善边角覆盖性差的问题,从调整涂料配方和改进喷涂工艺方面着手,选择合适的原材料,制得了具有优异施工性能的新型聚氨酯亮光色漆,大大改善了涂料的施工性能,方便涂料的使用,大幅度提高家具的涂装效率及外观质量。