2.5　水性聚氨酯木器漆的應(yīng)用實(shí)例

（1）基本組成　水性聚氨酯木器漆的基本組成如下。

①水性聚氨酯樹(shù)脂（乳液或分散體）。成膜的基料，決定了漆膜的主要性能。

②抑泡劑和消泡劑。抑制生產(chǎn)和施工過(guò)程中漆液中產(chǎn)生的氣泡，并能使已產(chǎn)生的氣泡逸出液面并徹底清除。消泡劑的種類包括礦物油類、聚醚類、有機(jī)聚硅氧烷類、有機(jī)聚硅氧烷/無(wú)機(jī)硅復(fù)合、超支化聚合物類等。選擇抑泡劑和消泡劑時(shí)應(yīng)對(duì)其與樹(shù)脂的相容性、消泡能力以及持久性等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)木材和水性漆種類、漆膜性能、施工工藝確定種類和用量。

③流平劑。增加漆流動(dòng)性能，改善施工性能，以期形成平整的、光潔的涂層。

④潤(rùn)濕劑。有效降低體系表面張力，改善漆液對(duì)底材的潤(rùn)濕性能，改進(jìn)流平性，增加漆膜對(duì)底材的附著力，并促進(jìn)消泡劑和體系的相容性。潤(rùn)濕劑的種類包括陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、有機(jī)聚硅氧烷類等，潤(rùn)濕劑的種類和用量根據(jù)木器漆樹(shù)脂的表面張力（基材潤(rùn)濕鋪展能力）、基材的界面張力、消泡劑的種類和用量等因素確定。

⑤成膜助劑。在水揮發(fā)后，使水性聚氨酯分散體微粒形成均勻致密的膜，并有效降低樹(shù)脂最低成膜溫度，改善成膜效果。常用成膜助劑包括有N-甲基（或乙基）吡咯烷酮、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、醇酯-12等。根據(jù)水性漆種類、漆膜性能、施工工藝及環(huán)境條件等因素選擇成膜助劑的種類和用量。

⑥分散劑。促進(jìn)顏料和填料在漆液中的分散。

⑦流變助劑。對(duì)漆料提供良好流平性，減少涂裝過(guò)程中的弊病。改善流平與流掛，使漆膜具有較高的豐滿度，提高光澤等。

⑧增稠劑。提高木器漆黏度，增加一次涂裝的濕膜厚度，并且對(duì)顏填料有防沉淀和防分層的作用。

⑨著色劑。主要針對(duì)水性聚氨酯色漆而言的，使得水性漆獲得所需顏色。它包括顏料和染料兩大類，顏料用于不顯露木紋的實(shí)色漆，染料用于顯露木紋的透明色漆。

⑩填料。主要用于膩?zhàn)雍蛯?shí)色漆中，增加遮蓋力，增加固體分。

pH值調(diào)節(jié)劑。調(diào)整水性漆的pH值，使水性漆穩(wěn)定，特別是水性聚氨酯-丙烯酸酯混拼漆。

蠟乳液或蠟粉。增加漆膜表面滑爽程度，提高漆膜抗劃傷性。

特殊添加劑。針對(duì)水性漆的特殊要求添加的助劑，如消光劑、增滑劑、抗粘連劑、交聯(lián)劑、耐水劑、防老劑等，此外，配方設(shè)計(jì)時(shí)必不可少的還要添加少量的水以便制漆。

在具體制備水性聚氨酯木器漆時(shí)必須注意水性漆的特殊性。

（2）顏料分散　水性體系的顏料分散要比溶劑型難，潤(rùn)濕困難，必須使用潤(rùn)濕分散劑。選用潤(rùn)濕分散劑時(shí)要注意以下幾方面。

①潤(rùn)濕分散劑必須與樹(shù)脂相容，與顏料的親和力要大于樹(shù)脂的親和力，HLB值是一個(gè)標(biāo)志。

②潤(rùn)濕分散劑與樹(shù)脂應(yīng)是相同的離子型態(tài)，最好選用非離子和高分子型潤(rùn)濕分散劑。

③添加量，無(wú)機(jī)顏料是該顏料吸油量的10%，通常在1%～5%之間，最好在2%～5%之間。炭黑，可測(cè)定DBP的吸收值，按DBP吸收值的20%添加，一般在20%～30%之間。例如采用FW200炭黑，炭黑占配方量3%，分散劑用量占炭黑量30%（按固體分計(jì)）。

有機(jī)顏料黃、橙、紅是BET的50%，酞菁藍(lán)、綠是BET的25%。

④添加順序：水+分散劑+顏料+（樹(shù)脂）。

⑤研磨色漿，是用樹(shù)脂研磨還是用水制造濃色漿添加，這是個(gè)值得討論的問(wèn)題。實(shí)際以樹(shù)脂而定，具有潤(rùn)濕分散功能的樹(shù)脂可以參加研磨，例如水溶的胺化丙烯酸；沒(méi)有活性官能團(tuán)可以不參加研磨，比如一些含交聯(lián)基團(tuán)丙烯酸乳液。關(guān)于PUD是否參加研磨，理論上講，無(wú)論羧酸型還是磺酸型的，最后分別中和成鹽，關(guān)鍵是羧酸基和磺酸基的多少，吸附牢度和吸附顏料粒子的親水性，第二層吸附的形成等要認(rèn)真研究和實(shí)踐。

（3）基材潤(rùn)濕和流平　高表面張力有助于流平，但對(duì)基材潤(rùn)濕不利，看來(lái)這兩者之間是矛盾的，這個(gè)矛盾并不十分尖銳，因?yàn)樗谋砻鎻埩档?0mN/m以上是不成問(wèn)題的，對(duì)流平有些影響，但并無(wú)大礙。溶劑型涂料大體如此。能夠降低表面張力的流平劑等都可作基材潤(rùn)濕劑，有化合物類、硅類、氟類。

目前比較好的是小分子量的有機(jī)硅化合物，它類似表面活性劑，有固/液界面定向排布的特征而不影響氣/液界面，所以它不同于一般公司所推薦的流平劑，它會(huì)在基材/涂料之間定向排布降低界面張力，增強(qiáng)展布性。

（4）泡沫問(wèn)題　水性涂料比溶劑涂料更容易起泡，原因如下：

①表面張力差距較大；

②水性材料添加的表面活性劑要比溶劑型多；

③木材空隙的填充不實(shí)情況；

④機(jī)械攪拌；

⑤施工刷、滾、高壓無(wú)氣噴涂等。

消泡劑有脫泡和消泡之區(qū)別：

①消泡劑與樹(shù)脂要有一定的不相容性；

②消泡劑的表面張力一定要比涂料低；

③消泡劑要有良好的擴(kuò)散性；

④消泡劑要有良好的滲透性；

⑤消泡劑不能影響涂料的性能（附著力、光澤、漆膜的透明性等）。

消泡劑的使用及添加量的確定：消泡劑的用量最好在所有的添加劑都加完了以后再定，這樣可以排除其他助劑的穩(wěn)泡因素，另外，黏稠的液體最好添加兩種消泡劑，一種脫泡，另一種消泡。

（5）流動(dòng)與流平　流動(dòng)是指無(wú)外力作用涂膜自動(dòng)流平，這個(gè)力就是表面張力，所以高表面張力有助于流平。表面狀態(tài)控制是指消除表面張力差，使表面張力趨于平衡，因表面張力差是產(chǎn)生表面缺陷的主要原因。一般使用表面狀態(tài)控制劑（流平劑）。除消除表面缺陷外，還有抗粘連、抗劃傷的效果。

①降低摩擦系數(shù)（消除表面粗糙度，提高平滑性）。

②在涂料表面形成一層薄的潤(rùn)濕劑，填平空隙，使滑動(dòng)物體與表面保持一定距離。

硅系列流平劑恰好能達(dá)到上述兩項(xiàng)要求，所以具有抗劃傷、防粘連的效果。

（6）動(dòng)態(tài)表面張力控制　動(dòng)態(tài)表面張力失衡在高表面張力、高剪切速率的前提下才能發(fā)生。產(chǎn)生的弊端是滿板縮孔，甚至不展布。

解決辦法：添加在高剪切速率下能夠快速展布的表面活性劑。

（7）黏度控制　水性樹(shù)脂固含量少，黏度低，為達(dá)到顏料防沉的目的，可以用黏度的調(diào)整來(lái)增稠，但不能影響流平，最好添加高剪切增稠的PU型締合增稠劑。

（8）成膜助劑　成膜助劑一般控制在5%以下，這樣對(duì)成膜有好處，條件是：①溶劑揮發(fā)速率要比水慢，沸點(diǎn)在100℃以上；②該溶劑必須能溶所用樹(shù)脂。另外添加溶劑可以降低水的表面張力，調(diào)整表面狀態(tài)，對(duì)消泡也有幫助，特別是不相溶的溶劑。例如200號(hào)溶劑汽油在乳液中就有消泡作用。

應(yīng)用舉例一：用于房門(mén)的底漆和面漆

（1）清漆制備過(guò)程

羥基分散體可拼入成膜助劑用來(lái)形成好的涂膜。當(dāng)加入叔胺中和后,該混合物放至高的pH值和腐蝕抑制劑以避免銹斑。熟化后加入顏料潤(rùn)濕劑、消泡劑、顏料及填料，然后上砂磨機(jī)研磨至所需細(xì)度。清漆過(guò)濾后，如果需要的話，可用增稠劑、水或消泡劑來(lái)調(diào)整黏度。

清漆制備時(shí)，可在機(jī)械攪拌下加入100%樹(shù)脂份的親水的—NCO組分。按常規(guī)通氣5～15min后，物料就可以進(jìn)行加工了。

如果交聯(lián)劑是用—NCO組分溶于異丙烯碳酸酯的80%溶液時(shí)，其混合加入可用手工完成。

總之，用于雙組分聚氨酯體系的開(kāi)配方是十分簡(jiǎn)單的，具體如下。

羥基分散體（固體分，45%）　844.4份

二甲基乙醇胺（約50%）　13.0份

丁基乙二醇　42.7份

消泡劑（約50%溶于丁基乙二醇）　3.2份

水（施工時(shí)加入）　96.7份

親水改性的多異氰酸酯　100.0份

在制備雙組分水性聚氨酯清漆時(shí)，操作人員應(yīng)先向分散體涂料操作人員了解有關(guān)事宜。特別是機(jī)器設(shè)備的處理應(yīng)引起重視，如果殘余分散體干后就不容易清除了,而濕的則簡(jiǎn)單用水沖洗即可。

（2）應(yīng)用結(jié)果

表面：聚酯，聚碳酸酯，木材

干燥：室溫或最高40℃

施工：噴涂（雙嘴噴頭，高壓）

膜厚：0.08mm（底漆和面漆）

光澤（60°）：最大65%

劃方格試驗(yàn)（DIN53151）：1級(jí)

耐候測(cè)試（DIN50017）：20個(gè)循環(huán)后無(wú)變化

交替試驗(yàn)（DIN50018）:5個(gè)循環(huán)后無(wú)變化

人工老化試驗(yàn)（DIN53381）：2000h后無(wú)變化

從實(shí)際應(yīng)用結(jié)果可以看到，該涂料可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溶劑型雙組分聚氨酯，應(yīng)用于房門(mén)等木器上。

應(yīng)用舉例二：RHODIA推薦的黑色柔感涂料

具體配方見(jiàn)表2-1。

此雙組分水性聚氨酯柔性漆具有柔軟舒適的觸感，耐化學(xué)品性及物理耐久性好，附著力、耐沖擊、耐刮擦、耐磨損性能優(yōu)異，低光澤，質(zhì)感很好。