2.3　水性聚氨酯木器漆配方設計

在選擇水性聚氨酯木器漆樹脂時，為了保證漆膜的硬度和亮度，一般選擇樹脂玻璃化溫度（Tg）較高的水性樹脂。但在使用過程中，特別是噴涂工藝中，高Tg的水性樹脂在混配以及施工中更容易起顆粒，其主要原因是水性聚氨酯乳液處在不穩定狀態：①樹脂干燥較快，在霧化過程中已成膠粒；②在噴涂時，涂料在霧化過程中受到較大的剪切力，這可能造成局部破乳。另外為了保證較好的成膜性，較高Tg的水性聚氨酯樹脂需要加入較多的成膜助劑，增加了涂料成本及VOC含量。而Tg太低時，漆膜的硬度低。因此，木器用水性聚氨酯樹脂的玻璃化溫度不能過高或過低。另外，涂料基本上是要求透明的，所以膠膜的結晶性能在涂料用樹脂中盡可能不體現。因此，在水性聚氨酯木器漆中，樹脂原料的選擇和配比十分重要。

（1）軟段鏈部分的選擇　在聚氨酯軟段鏈的選擇上，有兩大類，即端氨基和端羥基大分子化合物，尤其以端羥基化合物為主，這里包括聚醚和聚酯，如聚環氧丙烷二醇類、聚四氫呋喃醚類、二聚酸類、聚碳酸酯二醇類、聚己內酯二醇類、聚己二酸酯類、苯酐聚酯多元醇、油脂類（蓖麻油）等幾種。

聚酯型比聚醚型有較高的強度和硬度，這歸因于酯基的極性大，內聚能（12.2kJ/mol）比醚鍵內聚能（4.22kJ/mol）高，軟段鏈分子間作用力大，內聚強度大，理化性能好。并且由于酯鍵的極性作用，內聚強度大，熱氧化性能也好。有時為獲得較好的硬度和亮度，通常采用聚酯為軟段鏈。然而由于醚鍵較易旋轉，具有較好的柔韌性和優越的低溫性能，并且耐水解性好，所以，某些情況下還是要選擇聚醚作為軟段鏈。

在水性聚氨酯木器漆中多選擇聚酯類或結晶性聚醚，如聚四氫呋喃醚類。但要注意，聚酯類，特別是直鏈聚己二酸酯類，結晶性太強，以致會影響到漆膜的透明性，如要制備透明的漆膜，同時要顧及硬度等性能，建議使用帶有支鏈的聚己二酸酯類，或混入聚醚多元醇，以破壞其結晶性能。

軟段鏈的種類對水性聚氨酯木器漆漆膜亮度影響還體現在軟段中雙鍵的存在和數量。軟段鏈中含有的雙鍵，造成其折射率較大、光澤好。比如苯酐聚酯多元醇、蓖麻油等含有雙鍵，實際應用中，蓖麻油對光亮貢獻最大，苯酐聚酯多元醇次之，而其他幾種原材料對光亮度貢獻相對較小。

（2）多異氰酸酯的選擇　在水性聚氨酯涂料樹脂中，多異氰酸酯類型為兩大類：芳香族（包括TDI、MDI等）和脂肪族（包括HDI、HMDI、IPDI等）。芳香族綜合強度大，價格低，但耐老化性能差；脂肪族耐老化性能好。這些要根據具體要求加以選擇。

在多異氰酸酯中，除了耐老化性能外，分子規整性和苯環等剛性環對漆膜性能的影響這些年研究的很多，如水性聚氨酯木器漆中常用的MDI和H12MDI，分子規整性好，同時含有六元環，利于氨基甲酸酯硬段的結晶，對提高水性聚氨酯木器漆的物理性能、硬度及光亮度有很好的促進作用。另外，MDI在苯環數量上多于TDI，所以就力學性能和硬度等方面MDI比TDI表現得更為突出。但考慮規整性易產生結晶性，降低了涂膜的透明性，所以，很多情況下還是選擇TDI。與脂肪族多異氰酸酯相比，芳香族異氰酸酯的耐紫外線等老化性能差，但苯環的存在，使得硬度以及由于折射率大造成的光澤度高等性能是脂肪族不能相比的，所以在水性聚氨酯木器漆中，建議使用TDI。

在水性聚氨酯木器漆中，目前使用的雙組分水性漆中多應用的是親水改性的多異氰酸酯，活潑的—NCO基團在水中不穩定，極易與水進行反應。實際應用時希望與水的反應速率盡量降低，這樣水性聚氨酯漆的開放期長，利于應用操作。實際上，親水改性的多異氰酸酯的—NCO基團在酸性至弱堿性的pH值范圍內，在水中的反應是很慢的。如在pH值為8左右時，要6h才能消耗掉—NCO總量的1/4。所以，親水改性的多異氰酸酯在pH值為5～8時可以滿足水性漆開放期要求。

親水改性多異氰酸酯具有好的自乳化性能，但其黏度通常約4000mPa·s。黏度過大會影響到實際應用，如果降低—NCO含量，其黏度會降低，自乳化性能增加，但交聯作用又會下降。所以，通常使用高—NCO含量的親水改性的多異氰酸酯時，用溶劑稀釋到80%左右的固體含量。這樣，溶劑的選擇就十分重要。實際上，在碳酸異丙烯酯中80%的親水改性多異氰酸酯溶液就可以自乳化，其他溶劑（如甲氧基丙烯乙酸酯或二丙烯基乙二醇二甲基醚）配制的80%親水改性異氰酸酯，則需高速攪拌才能乳化。

（3）軟硬段比例對水性聚氨酯木器漆性能的影響　隨著n（—NCO）/n（—OH）值的增大，剛性鏈段（氨基甲酸酯鍵和脲鍵等）增加。而TDI的量的增加，使鏈段中的苯類含量增加，硬度增大，光澤度增高，但過高，如大于9，就會影響到耐沖擊強度，所以建議氰羥比在8以內。

軟硬段比例調整中，牽涉到小分子多元醇等擴鏈劑，如1,4-丁二醇、一縮二乙二醇、三羥甲基丙烷、二羥甲基丙酸、乙二胺、異佛爾酮二胺等?？偟膩碚f，胺類擴鏈劑比醇類擴鏈劑的理化性能好，光澤度高。破壞結晶性的帶有支鏈甲基的擴鏈劑，光澤度高。對于二羥甲基丙酸來說，其加入量越大，乳液粒徑越小，漆膜的平整度增加，光澤度就會增大。但親水組分的增大會使耐水性能下降，干燥時間延長，所以要統籌考慮。