水性器漆的研發(fā) 這具個因素不容忽視！

為了凈化人類的生存環(huán)境,各國環(huán)保法對涂料體系中有機揮發(fā)物(VOC)含量的嚴格限制促進了以水性涂料為代表的低污染型涂料的發(fā)展。木器涂料是涂料工業(yè)的重要組成部分,隨著人們環(huán)保、能源意識的增強,水性木器涂料得到迅猛的發(fā)展。目前,水性木器漆已成功應(yīng)用于家庭裝修和普通家具上,并正在擴大其市場占有率。水性木器涂料品種主要有水性醇酸漆、丙烯酸水分散體涂料、聚氨酯水分散體涂料和雙組分聚氨酯涂料等。水性醇酸漆在貯存過程中會水解,鈷催干劑易與乳液中的乙氧基非離子表面活性劑、胺及顏填料等形成絡(luò)合物,降低涂膜的干燥速率。丙烯酸水分散體涂料的外觀和耐化學(xué)性較差。而高性能和低VOC含量相結(jié)合的水性聚氨酯涂料,由于聚氨酯分子具有裁剪性,結(jié)合新的合成和交聯(lián)技術(shù),可以有效控制涂料的組成和結(jié)構(gòu),從而使其具有良好的低溫成膜性、耐高溫回粘性、很高的強度,特別耐磨損,使用安全無毒、無環(huán)境污染等,因此成為發(fā)展最快的涂料品種之一。

　　水性聚氨酯作為木器涂料最早進入市場的是保齡球投道涂料和體育館地板涂料。目前開發(fā)水性聚氨酯木器漆的技術(shù)主要包括以下幾個方面。

　　1、聚氨酯水分散體

　　1.1 水性聚氨酯分散體的制備方法

　　聚氨酯水分散體是一類分散在水中溶脹的聚氨酯粒子,其粒徑范圍為0.01～5μm,制備方法通常有強制乳化法和自乳化法。強制乳化法是將聚氨酯預(yù)聚物緩慢加入到含乳化劑的水中,形成粗粒乳液,再送入均化器形成粒徑適當(dāng)?shù)娜橐?。但該法制備的聚氨酯乳液膠體穩(wěn)定性較差,適用于材料的表面處理,如羊毛的不粘處理等。目前聚氨酯水分散體的制備多采用聚合物自乳化法,即在聚合物鏈上引入適量的親水基團,在一定條件下自發(fā)分散形成乳液。根據(jù)擴鏈反應(yīng)不同,自乳化法又可分為：丙酮法、熔融分散法、預(yù)聚體分散法和酮亞胺法等,其中丙酮法和預(yù)聚體分散法較為成熟。丙酮法的擴鏈反應(yīng)在均相體系中進行,易于控制,重復(fù)性好,乳液質(zhì)量高,適應(yīng)性廣。由于丙酮法生產(chǎn)工藝較簡單,目前國內(nèi)水性聚氨酯的生產(chǎn)基本都采用此法。此法存在的缺點則是丙酮回收時易揮發(fā),且有著火危險,回收的丙酮溶劑難以利用,而且生產(chǎn)效率低、能耗大、成本較高。預(yù)聚體分散法則是先制備含親水基團并帶有—NCO端基的預(yù)聚物,在水中分散后,利用氨基實現(xiàn)鏈增長,當(dāng)預(yù)聚物粘度高時可使用少量溶劑稀釋。擴鏈反應(yīng)在非均相體系中進行,此方法的優(yōu)點是工藝簡單,無需使用大量的有機溶劑,減少溶劑回收和處理工序,節(jié)省能源,降低成本,可制備有支化度的聚氨酯乳液;缺點是分散性不如丙酮工藝分散得均勻,產(chǎn)品質(zhì)量也不如丙酮法合成的聚氨酯乳液穩(wěn)定。

　　1.2 聚氨酯水分散體木器涂料的改性方法

　　1.2.1 交聯(lián)改性

　　水性聚氨酯以水為基本介質(zhì),具有不燃、氣味小、不污染環(huán)境等優(yōu)點,但與溶劑型聚氨酯涂料相比,聚氨酯水分散體涂膜的耐化學(xué)性和耐溶劑性不良,硬度較低、表面光澤度不高,而且聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低、乳膠膜的耐水性差等,較大程度地影響了它的推廣應(yīng)用。

　　為進一步提高聚氨酯水分散體涂料的機械性能和耐化學(xué)品性能,往往引入反應(yīng)基團進行交聯(lián)。交聯(lián)的方法主要有3種：

　　(1)內(nèi)交聯(lián)法

　　即在預(yù)聚合時引入三維結(jié)構(gòu),或在水中擴鏈時使用三元胺擴鏈,但三維結(jié)構(gòu)的引入易導(dǎo)致凝膠發(fā)生。該技術(shù)利用過量的二元胺遷移到乳膠粒中,與聚氨酯骨架內(nèi)的尿丁酮基反應(yīng)形成縮二脲鍵,誘發(fā)輔助交聯(lián)反應(yīng)制成。通過使用尿丁酮內(nèi)交聯(lián)劑能夠改善單組分水性聚氨酯涂料的力學(xué)性能和耐溶劑性;

　　(2)自交聯(lián)法

　　即在水性聚氨酯合成時將含不飽和鍵的植物油或其脂肪酸引入分子鏈中,由金屬催化劑(如鈷、錳、鈣鹽)來催化自交聯(lián)。這有助于減小粒徑,調(diào)整聚氨酯水分散體的表面張力,改進聚氨酯水分散清漆對木材毛細孔的滲透能力和提高粒子聚結(jié)的速度和程度,縮短涂膜的干燥時間,從而可獲得性能優(yōu)異的涂膜。這一改性也可降低涂料的成本,提高涂料的干燥性、填充性、透明度、光澤、濕附著力和流平性。則研制開發(fā)了單組分自交聯(lián)水性聚氨酯分散體涂料,該涂料具有優(yōu)異的戶外耐久性、耐沖擊性、耐污、耐刮擦性及耐化學(xué)腐蝕性等,各項指標達到或超過傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯涂料,廣泛應(yīng)用于木地板涂料、外用罩光清漆及家具涂料;

　　(3)外交聯(lián)法

　　即加入交聯(lián)劑。水性聚氨酯的結(jié)構(gòu)決定著外交聯(lián)劑的組成,聚氨酯分子中帶羥基、氨基時,常用的外交聯(lián)劑有水分散多異氰酸酯、氮雜環(huán)丙烷化合物、氨基樹脂等;聚氨酯分子中帶有羧基時,常用多元胺、環(huán)丙烷的化合物及某些金屬化合物,如Al(OH)3,Ca(OH)2等作外交聯(lián)劑，此外還有熱活化交聯(lián)和紫外光交聯(lián)等。外交聯(lián)法使用比較麻煩,且交聯(lián)劑大都有毒，但這些交聯(lián)技術(shù)都存在一些缺點,如自交聯(lián)一般都要求較高的溫度;熱活化交聯(lián)和紫外光交聯(lián)需特殊固化設(shè)備,增加成本等。

　　1.2.2 復(fù)合改性

　　水性聚氨酯復(fù)合改性材料可彌補在交聯(lián)改性中所存在的這些缺陷,改性的材料有很多種,包括環(huán)氧樹脂和有機硅等。環(huán)氧樹脂具有較強剛性和附著力,光澤、穩(wěn)定性、硬度等性能好,且為多羥基化合物,在與聚氨酯的反應(yīng)中,可以將支化點引入聚氨酯的主鏈,使之形成部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),性能更為優(yōu)異。加入環(huán)氧樹脂可以使涂層的抗張強度、耐水性和耐溶劑性明顯增強。

　　通過環(huán)氧改性水性聚氨酯,將環(huán)氧樹脂較高的支化度引入到聚氨酯主鏈上,提高了乳液涂膜的附著力、干燥速率、涂膜硬度和耐水性。用其配制綜合性能良好的水性環(huán)氧改性聚氨酯涂料,適用于木地板涂裝,使用效果好。有機硅因其具有獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和極低的表面能,可有效地提高水性聚氨酯的耐水性、耐候性及附著力。

　　采用氨基硅烷偶聯(lián)劑改性聚醚型水性聚氨酯,制得了性能優(yōu)異的水性聚氨酯木器涂料。其具體做法是以甲苯二異氰酸酯、聚醚二醇、二羥甲基丙酸為原料,通過高分子反應(yīng)得到預(yù)聚體,將此預(yù)聚體在低濃度的氨基硅烷偶聯(lián)劑溶液中擴鏈,制得一種氨基硅烷偶聯(lián)劑改性的聚氨酯水乳液。此乳液再配以其它助劑制得的水性聚氨酯木器涂料,具有優(yōu)異的附著力、耐水性和力學(xué)性能。還可通過其它的一些方法和手段來改善單組分的水性聚氨酯木器涂層的性能。

　　以甲苯二異氰酸酯、聚己二酸己二醇酯二醇、二羥甲基丙酸等為原料,采用內(nèi)乳化法制備了水性聚氨酯,通過提高硬段含量和交聯(lián)度等方法可改善聚氨酯膜的力學(xué)性能和耐介質(zhì)性,制得的水性聚氨酯成膜物性能達到國外同類產(chǎn)品的技術(shù)指標。這種水性聚氨酯可用于木器漆。

　　水性聚氨酯分散體為單組分,且無游離的異氰酸酯,無毒,室溫成膜,具有較低的粘度,易加工,施工方便,其機械性能可與溶劑型媲美。但單組分水性聚氨酯的耐水性差、對底材的潤濕性差、硬度較低、成本高等問題一直是限制其發(fā)展的主要原因。

　　2、雙組分水性聚氨酯

　　水性雙組分聚氨酯涂料已成功應(yīng)用于木器上,具有與溶劑型雙組分聚氨酯涂料相當(dāng)?shù)哪湍バ浴⑷犴g性、耐化學(xué)品性和耐久性,可完全滿足木器漆快速干燥、光澤、適用期等性能的需要。且雙組分水性聚氨酯木器涂料使VOC含量降低了70%～90%,因而倍受矚目,成為涂料工業(yè)領(lǐng)域研究的熱點。與雙組分溶劑型聚氨酯涂料一樣,水性雙組分聚氨酯涂料也由含羥基組分與多異氰酸酯組分制得。

　　雙組分水性聚氨酯涂料涂膜性能好,具有較好的耐水性、耐溶劑性能等。盡管雙組分水性聚氨酯涂料市場在不斷擴大,但仍有不足之處。聚氨酯分子中親水離子基團的引入,羥基組分或水分散多異氰酸酯分子中采用表面活性劑,均會導(dǎo)致涂膜對水的敏感性;水相本身及空氣中的水汽會在成膜過程中產(chǎn)生二氧化碳,則易導(dǎo)致涂膜起泡、縮孔和失光。所以目前雙組分水性聚氨酯木器漆仍未達到商品化的水平,尚需一定的時間去改進和調(diào)整。

　　3、丙烯酸-聚氨酯聚合物

　　聚氨酯水分散體的應(yīng)用障礙之一是價格較高。丙烯酸樹脂具有優(yōu)異的耐候性、耐化學(xué)性和較好的對顏料潤濕性,將其與聚氨酯水分散體兩者有機結(jié)合,可制得綜合性能優(yōu)良的新型復(fù)合樹脂體系?；旌鲜褂貌粌H降低了成本,而且提高了丙烯酸乳液膜的耐磨性、抗沖擊性、低溫柔韌性、早期抗粘連性、抗化學(xué)品性和耐溶劑性。丙烯酸聚氨酯分散體的制備方法多,起初人們采取物理共混,簡單易行，成本低,但由于在水相和涂膜中存在聚氨酯與丙烯酸樹脂的兩相本性區(qū)域,隨著丙烯酸樹脂添加量的增加,涂膜的耐磨和抗沖擊強度線性下降,體系相容性差,改性效果并不十分理想。并且由于僅是簡單的機械共混,它們各自的優(yōu)點不能充分地體現(xiàn),于是人們開始探索化學(xué)方法共混。木器用水性丙烯酸聚氨酯共聚的方法可采用核—殼聚合方法,也可采用互穿網(wǎng)絡(luò)聚合法。

　　丙烯酸聚氨酯木器涂料包括雙組分水性丙烯酸聚氨酯涂料和水性丙烯酸聚氨酯共聚物涂料。水性雙組分丙烯酸聚氨酯涂料是由含羥基組分與脂肪族的聚叔多異氰酸酯組分制得。如，采用水性聚氨酯分散體和丙烯酸乳液復(fù)配制備水性木器涂料,研制的涂料具有干燥速度快、硬度高和耐水性好等優(yōu)點。有人研究了一種用脂肪族聚異氰酸酯作交聯(lián)劑的雙組分水稀釋性聚氨酯木器涂料的配制，這種涂料的干燥時間、外觀和反應(yīng)活性都與溶劑型雙組分聚氨酯體系相當(dāng)。采用統(tǒng)計方法優(yōu)選了羥基丙烯酸乳液的羥基含量、乳液粒徑、聚合物的玻璃化溫度等配方參數(shù)，獲得性能優(yōu)異的水性雙組分聚氨酯木器涂料。行業(yè)有人研究了水性聚氨酯的交聯(lián)、擴鏈和丙烯酸酯復(fù)合這幾種改性方法，制得了可用作水性聚氨酯木器漆的理想樹脂,用改性水性聚氨酯樹脂配制的木器漆主要性能均達到聚酯聚氨酯木器漆行業(yè)標準(HG/T3608-1999)。雙組分水性聚氨酯含—OH丙烯酸樹脂及可水分散聚氨酯固化劑。由于—OH水性丙烯酸樹脂中水性羧基含量大,酸值高,如用于木器漆,對耐水性有一定影響;另一方面,樹脂中含大量乙二醇醚或丙二醇醚作助溶劑,其含有的—OH將會消耗固化劑,影響樹脂的硬度。為此，有人曾采用復(fù)合助溶劑,合成了低酸值—OH水性丙烯酸樹脂,并通過乙二醇丁醚或低分子聚乙二醇改性縮二脲合成了可水分散的水性聚氨酯固化劑,其硬度可達到2H(鉛筆硬度)以上。

　　另外,水性雙組分羥基丙烯酸聚氨酯涂料存在涂膜耐水性和耐溶劑性較差、涂膜干燥時間較長等問題,而通過在水性涂料中使用有機硅助劑,可以顯著地提高涂膜的附著力、爽滑性、耐水性、耐化學(xué)品性、耐高溫性、抗沾污性和耐印刷性等。由于有機硅分子表面能低,能消除用高表面張力的水作溶劑而引起的各種涂膜弊病,同時硅氧烷水解生成的硅醇能與底材羥基縮合反應(yīng),提高涂膜濕附著力,以及發(fā)生硅醇的自交聯(lián)反應(yīng),生成與丙烯酸樹脂因表面能的差異而存在微相分離的Si—O—Si分子鏈,并遷移到涂膜表面,提高涂膜的綜合性能。就是采用有機硅氧烷單體與羥基丙烯酸酯類單體、(甲基)丙烯酸酯類單體等共聚，制備了水溶性有機硅改性聚丙烯酸多元醇樹脂,使聚合物既具有有機硅樹脂的特性，又具備丙烯酸樹脂的性能,并與聚叔異氰酸酯樹脂配伍制備了性能優(yōu)異的雙組分水性木器涂料。

　　20世紀80年代末,利用核—殼聚合技術(shù)將丙烯酸接枝到(芳香族)聚氨酯鏈上，合成了一種新型水性聚氨酯-丙烯酸共聚樹脂，由于丙烯酸聚合物的引入,形成了核—殼結(jié)構(gòu),大大提高了分散體成膜后的硬度,解決了低溫成膜性和膜硬度的矛盾,并具有抗粘連、耐磨、彈性好,沖擊強度高、手感好的特點。同時可避免丙烯酸樹脂與聚氨酯分散體物理混合時相容性差的問題。在這方面,國外比國內(nèi)起步要早。

　　水性聚氨酯與丙烯酸乳液的共混物廣泛地用于不同的應(yīng)用中,如拼花地板清漆、家具涂料、工業(yè)細木工制品、地板上光漆、PVC油墨和涂料等,水性聚氨酯丙烯酸共聚物是比聚氨酯分散液和丙烯酸乳液機械共混具有更好的穩(wěn)定性和表現(xiàn)性能的新一代產(chǎn)品。它提供了一條開發(fā)具有聚氨酯性能,但成本較低的產(chǎn)品的新途徑。目前,水性聚氨酯丙烯酸共聚物的商業(yè)應(yīng)用主要是在地板涂料方面。

　　4、結(jié)語

　　隨著人們環(huán)保意識的增強,以及關(guān)于室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量標準、室內(nèi)空氣質(zhì)量國標標準的相繼出臺,傳統(tǒng)的有機揮發(fā)化合物含量高的溶劑型木器漆受到前所未有的挑戰(zhàn),因此發(fā)展綠色環(huán)保型涂料,必是今后的一個主流方向,而水性聚氨酯木器漆具有良好的低溫成膜性,耐高溫回粘性,優(yōu)異的物理機械性能(如柔韌性、耐磨性),低VOC排放,施涂后漆膜豐滿,因此具有廣闊的應(yīng)用前景,是目前水性木器漆研發(fā)的一個熱點和重點。

　　4、水性器漆推薦解決方案

　   4.1水性通用型超分散劑Disuper S18

應(yīng)用體系：

Disuper S18 分散劑通用于所有體系。

產(chǎn)品特點：

Disuper S18 為含高效錨錠基團的高分子聚合物,主要用于無機顏料的研磨，如：鈦白粉/消光粉。特別是納米材料的分散！

具體表現(xiàn)：

1、 能劇烈降低分散體系的黏度。

2、 改善表面的光澤和流平。

3、 大大改善無機顏料的穩(wěn)定性。

4、 100%有效成分，高性價比

4.2水性聚酰胺抗流掛劑PAMID D772