改性羟丙乳液在2K-WPU木器涂料中的应用研究

段晓俊,朱延安

嘉宝莉化工集团股份有限公司

摘要:将自制的羟丙乳液与进口产品进行了对比,研究了2K-WPU涂料配制后的黏度变化规律和适用期,探索了固化剂添加量(即NCO:OH比值)对涂膜性能的影响,为2K-WPU木器涂料的施工提供了重要的数据支持。

关键词:羟丙乳液 K-WPU 木器涂料

0 引言
双组分水性聚氨酯的主剂为水性体系,固化剂为亲水改性的多异氰酸酯体系,两组份混合及固化成膜的过程都较复杂,且影响因素及变化规律与常规的水性单组份涂料和溶剂型双组份聚氨酯均不同,因此其施工应用过程的控制会对涂膜产生较大影响。目前,针对2K-WPU 木器涂料施工应用方面的研究严重不足,本研究将自制的羟丙乳液与进口产品进行了对比,研究了2K-WPU 涂料配制后的黏度变化规律和适用期,探索了固化剂添加量(即NCO∶OH 比值)对涂膜性能的影响, 为2K-WPU 木器涂料的施工提供了重要的数据支持。
1 实验部分
1.1 实验原料

主要实验原料及规格和产地见表1。
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1.2 双组份水性聚氨酯涂料的配制
以羟丙乳液为主要成膜物质,按表2 的参考配方制备黏度、固含量和最低成膜温度基本相同的2KWPU涂料主剂。取一定量的主剂, 根据不同的NCO:OH 比值,边搅拌边加入适量的水性固化剂,混合均匀后静置30 min,根据实际需求决定是否用水调节黏度进行施工。

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1.3 分析与测试
1.3.1 黏度测试

采用涂-4 杯黏度计, 按照GB/T1723—1993 方法检测涂料黏度,测试条件:25 ℃。
1.3.2 涂膜硬度测试
采用天津市材料试验机厂的QBY 型摆杆式涂膜硬度计,依据GB/T1730—1993 制板、测试涂膜硬度。
1.3.3 涂膜光泽度测试
采用60 °WGG60 -E4 型光泽度计, 依据HG/T3828—2006 制板、测试涂膜光泽。
1.3.4 涂膜附着力测试
采用交叉划格胶带试验法,依据GB/T9286—1998制板、测试涂膜附着力。
1.3.5 涂膜耐性测试
根据GB/T 23999—2009 制板、测试涂膜耐水和耐介质性。
2 结果与讨论
2.1 改性羟丙乳液综合性能的对比评估

将改性羟丙乳液与进口产品(拜耳一级分散体Bayhydrol R A 2427, 拜耳二级分散体Bayhydrol R A2620)平行对比。对比结果列于表3。
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备注:关于打磨性:1 为易打磨,2 为可打磨但不易起粉;关于耐水和耐介质性:1 为无明显变化,2 为轻微发白可恢复,3 为轻微发白不可恢复。
由于涂料实际配制时常将多种乳液混合使用,因此,表3 中也包含了改性羟丙乳液与其他乳液混合后的评估结果。由表3 可看出改性羟丙乳液各项性能已达到进口产品的水平,个别性能甚至超过进口产品。但改性羟丙乳液与Bayhydrol R A 2427 混合时存在相容性问题,因而涂膜外观及性能有所下降,但与BayhydrolR A2620 混合时并未出现该问题。
2.2 2K-WPU 木器涂料黏度规律研究
涂料黏度对其施工性能有较大影响,黏度低时涂膜易流挂,黏度高时涂膜流平性差。2K-WPU 使用时需将两组份混合,混合时和混合后涂料黏度会发生变化,从而使该问题变得更加复杂。其黏度变化的主要原因为:(a)两组份自身黏度差距较大,混合存在均化的过程;(b)两组份分属两相,混合存在两相的融合;(c)固化剂加入后变为胶粒状态,混合存在两种胶粒的相容;(d)两组份混合后,固化剂与水反应产生CO2 影响涂料pH;(e)两组份混合后,固化剂与羟基组份发生交联。为了辅助涂装人员能够更好的应用2K-WPU 涂料,需明确其配制后的黏度变化规律。采用改性羟丙乳液配制的2K-WPU 涂料的黏度变化规律见图1。
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由图1 看出,在涂料配制后的前15 min,黏度迅速下降,从25 min 开始,黏度开始增长,且以24 s/h 的速率稳定增长。结合该现象,涂装人员在配制好涂料后需将涂料放置至少20 min , 待其黏度稳定后再视其黏度决定是否需要加水调节黏度施工。在2K-WPU涂料的整个适用期内,黏度较大时均可考虑添加适量水进行黏度调节。
2.3 2K-WPU 木器涂料适用期研究
通常溶剂型双组份PU 的适用期以黏度倍增为标准,但2K-WPU 不能以此作为判断依据。首先,因为2K-WPU 的黏度变化规律与溶剂型PU 不同; 其次,2K-WPU 含有大量水, 涂料配制后固化剂的NCO 不断被消耗,导致最终涂膜交联密度不足,且固化剂与水反应产生脲影响涂膜外观。因此,2K-WPU 的适用期应该以最终涂膜性能失稳作为判断标准。采用改性羟丙乳液配制的2K-WPU 后放置不同时间后制得的涂膜性能见表4。
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备注:关于耐水和耐介质性:1 为无明显变化,2 为轻微发白可恢复,3 为轻微发白不可恢复。

由表4 可看出, 配制好的2K-WPU 涂料放置4 h后涂膜的光泽、耐介质性和附着力均开始下降,因此,2K-WPU 的适用期为4 h。
2.4 固化剂添加量对2K-WPU 木器涂料涂膜性能的影响
双组份聚氨酯最终涂膜性能受NCO 与OH 发生交联反应的程度影响,但2K-WPU 与溶剂型PU 的区别在于其含有大量的水,水会消耗固化剂而造成涂膜交联密度降低。因此,固化剂的添加量将直接影响最终涂膜的交联密度, 而研究中固化剂的添加量常用NCO∶OH 比值来反应,NCO∶OH 比值升高则表示固化剂添加量增加。用改性羟丙乳液配制为羟基组份按不同的NCO∶OH 比值与水性固化剂制得2K-WPU 涂膜,NCO∶OH 比值对涂膜性能的影响见表5 和图2。
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备注:
关于耐水和耐介质性:1为无明显变化,2为轻微发白可恢复,3为轻微发白不可恢复,4为发白不可恢复

由表5 和图2 可看出,随着NCO∶OH 比值的提高涂膜干速变慢,但其他综合性能均有提高,特别是当NCO∶OH 比值小于1.5 时, 涂膜的耐水和耐介质性明显提高。当NCO∶OH 比值大于1.5 后,涂膜耐性无明显提高,但硬度仍有所提高,但当NCO∶OH 比值达到2.0后由于过多的固化剂与水反应产生CO2, 涂膜开始出现“痱子”。木器的涂装有多种工艺,且每一道施工所需的涂料性能要求均不同,因此,应用中NCO∶OH 比值多根据实际要求在1.0-1.8 之间选择。
3 结语
本研究对比了自制羟丙乳液与进口产品的基础漆膜性能, 研究了自制羟丙乳液添加固化剂后的粘度变化规律和适用期, 探明了固化剂添加量对漆膜性能的影响, 补充了2K-WPU 木器涂料在施工应用方面研究的不足,对2K-WPU 木器涂料的应用有较大推进作用。

文章发表于《涂料技术与文摘》2017年3月


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