水性双组分亚光透明木器涂料的制备

何金太，路国忠，吕懿训，马占雄，丁秀娟（北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100041）

工艺·设备

水性双组分亚光透明木器涂料的制备

何金太，路国忠，吕懿训，马占雄，丁秀娟
（北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100041）

以水性羟基丙烯酸树脂、消光粉和其他助剂为原料，通过配方优化，研制了一种高透明度的水性双组分亚光木器涂料。探讨了水性羟基丙烯酸树脂、消光粉和固化剂种类对涂膜性能和透明度的影响。

水性木器涂料；双组分；透明度

0 引言

随着国家环保法规对挥发性有机化合物（VOC）的限制，以及人们环保和健康意识的增强，溶剂型涂料受到了前所未有的挑战，而水性涂料日益受到重视。近年来，水性木器涂料发展迅速，水性单组分木器涂料的性能也越来越好，涂膜柔韧、附着力好，耐水性和耐化学品性也有了较大提高，现已基本能满足户外门窗和松木儿童家具的性能要求。然而水性单组分木器涂料由于涂膜的交联度不高，性能上的瓶颈很难突破，导致最终硬度不高、耐化学品性一般、漆膜丰满度差、封闭效果不理想等。为了满足上述性能要求，水性双组分木器涂料就成为必然的选择。水性双组分木器涂料综合性能好，耐水性、耐化学品性、硬度、丰满度等性能都表现突出，基本上可以与传统溶剂型双组分木器涂料相媲美，满足高档实木家具的涂装要求。

本研究制备的水性双组分木器涂料以羟基丙烯酸树脂为主要成膜物质，水性异氰酸酯为交联剂，常温下发生固化反应，得到光泽柔和、透明度好、综合性能优异的涂膜。

1 试验部分

1.1 原材料

水性羟基丙烯酸树脂，工业级，科思创；水性异氰酸酯，工业级，科思创；消光粉TS100、OK607、SYLOID C-805，工业级，德固赛；消泡剂1、消泡剂2，工业级，迪高；基材润湿剂，工业级，进口；成膜助剂、流变助剂、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA），工业级，陶氏化学；增稠剂，工业级，海明斯；流平剂，工业级，毕克化学。

1.2 仪器设备

SFJ-400高速分散机，上海现代环境工程技术股份有限公司；BGD 206/3湿膜制备器、BGD 516/3 光泽计、BGD 506/2铅笔硬度计，广州标格达实验室仪器用品有限公司。

1.3 试验配方

水性双组分木器涂料的配方见表1。

1.4 制备工艺

1.4.1 主剂制备工艺

将水性羟基丙烯酸树脂加入容器中，加入消泡剂1和消泡剂2，以800 r/min搅拌5 min，然后将消光粉缓慢加入到容器中，以1 500 r/min搅拌30 min；依次加入成膜助剂、流变助剂、基材润湿剂、增稠剂、去离子水，以1 000 r/min搅拌15 min；加入防腐剂，搅拌5 min后，过滤，出料。

表1 水性双组分木器涂料的配方Table 1 The formula of waterborne two-component wood varnish

1.4.2 固化剂制备工艺

将水性异氰酸酯加入容器中，加入PMA溶液，以500 r/min搅拌15 min后，过滤，出料。

1.5 性能测试

按照m（主剂） ∶m（固化剂）∶m（水）= 100∶（15~25）∶（15~25）比例配漆、制板，并进行性能测试。

1.5.1 理化性能测试

按照GB/T 23999—2009中的要求，对涂膜的干燥时间、硬度、耐划伤性、耐水性、耐醇性等性能进行测试。

1.5.2 涂膜透明性测试

取150 mm×100 mm×3 mm的玻璃板，用150 μm湿膜涂布器刮涂1道水性双组分木器涂料，放置48 h后待用，观察者在保持相同距离下目视比对经刮涂不同涂料后玻璃板对远景的清晰度。

2 结果与讨论

2.1 水性羟基树脂的选择

水性羟基树脂按制备方法不同分为乳液型和分散体型多元醇。乳液型多元醇称为一级分散体，通过乳液聚合反应合成，产品一般不含溶剂，相对分子质量大，玻璃化温度较高，羟基含量低（1%~2%）；配漆后，固化剂难以在乳胶粒子内部扩散，涂膜干燥速度较快，适用期短，光泽低，一般适用于亚光和快干的工业木器涂装。

分散体型多元醇称为二级分散体，在均相体系中合成以后再分散在水中形成稳定状态，常含有少量溶剂，因结构不同可分为聚酯型、聚氨酯型、羟基丙烯酸型和聚酯-聚氨酯型等。与一级分散体相比，分散体型多元醇一般相对分子质量较低，相对分子质量分布更窄，羟基含量较高（3%~5%），可以达到更高的交联密度，使涂膜具有良好的机械性能和耐化学品性；同时漆膜更加通透，木纹显影性好，也可以获得更高的光泽，但是干燥速度稍慢。

一般来说，分散体型多元醇（高羟值树脂）的单价偏高，乳液型多元醇（低羟值树脂）的单价较低。因此，本研究尝试将高羟值树脂和低羟值树脂搭配使用，一方面可降低产品的成本，另一方面有利于亚光涂料的制备。羟基树脂的种类对涂膜性能的影响见表2。

表2 羟基树脂的种类对涂膜性能的影响Table 2 The influence of hydroxyl resin types on film performance

由表2可见：在低羟值乳液类型树脂中混拼高羟值树脂后，可明显改善涂膜的透明性、光泽和硬度。

2.2 消光粉的选择

消光粉是制备亚光涂料的必备组分，其应具有消光性好、易分散、对涂膜透明度干扰小、长时间贮存后不产生硬沉淀等特点。采用m（乳液型多元醇） ∶m（分散体型多元醇）=1∶1，分别加入一定量的消光粉TS100、OK607和SYLOID C-805，在玻璃板上涂膜，将涂膜光泽统一调节至3分光，测试涂膜透明度和其他性能指标，结果见表3。

表3 消光粉种类对涂膜性能的影响Table 3 The influence of matting powder types on film performance

由表3可见：在成膜物质相同的前提下，相比其他消光粉，选择OK607的涂膜透明度更佳。可能的原因是OK607经过了有机表面改性，在体系中具有更好的相容性和更小的吸油量（220 g/100 m），在涂膜干燥过程中不易析出。

2.3 固化剂的选择

固化剂是水性双组分木器涂料的重要组分，对涂膜的光泽、透明度、适用期、耐醇性等有一定的影响。本研究筛选了几款比较典型的异氰酸酯，分别是科思创的Bayhydur XP 2655、Bayhydur 305和巴斯夫的Basonat HW2100。以n（—NCO）/n（—OH）为1.4确定主剂和固化剂的添加量，测试涂膜性能，结果见表4。由表4可见：Bayhydur XP 2655的综合性能最好，适合配制水性双组分木器涂料，且其黏度低，可以直接手工搅拌，施工方便。

2.4 n（—NCO）/n（—OH）对涂膜性能的影响

采用m（乳液型多元醇）∶m（分散体型多元醇）= 1 ∶1，加入一定量的消光粉OK607和其他助剂制备水性双组分木器涂料的主剂，固化剂选择Bayhydur XP 2655，考察n（—NCO）/ n（—OH）不同配比对涂膜性能的影响，结果如表5所示。

表4 水性异氰酸酯的选择Table 4 The choice of waterborne isocyanate

表5 n（—NCO）/n（—OH）配比对涂膜性能的影响Table 5 The influence of ratio between —NCO and —OH on film performance

由表5可见：随着n（—NCO）/n（—OH）配比的升高，涂膜的透明度和光泽基本没有变化，而其他性能均得到提高。当n（—NCO）/n（—OH）配比为1.4时，涂膜性能最佳，继续增加固化剂用量，涂膜性能基本保持不变。为控制成本，n（—NCO）/n（—OH）配比以1.4为宜。

3 结语

采用水性羟基丙烯酸树脂和固化剂搭配，制备了性能优异的水性双组分亚光透明木器涂料。

（1） 高羟值和低羟值树脂混拼，有利于制备性能优异、价格合适的水性双组分木器涂料。

（2） 消光粉OK607由于经过有机表面改性，具有更好的相容性和更低的吸油量，从而能够制备出透明度优异的水性亚光面漆。

（3） XP2655异氰酸酯固化剂是制备水性双组分木器涂料较为合适的固化剂。

（4） n（—NCO）/n（—OH）的配比为1.4时，漆膜的综合性能最好。

Preparation of Waterborne Two-Component Matt Clear Wood Varnish

He Jintai，Lu Guozhong，Lv Yixun，Ma Zhanxiong，Ding Xiujuan
（Beijing Building Materials Academy of Science Research，Beijing，100041，China）

A waterborne two-component matt wood varnish with high transparency was prepared by waterborne hydroxyl acrylic resin，matting powder and other additives on the basis of optimizing formula design. The influences of waterborne hydroxyl acrylic resin，matting powder and curing agent type on the properties and transparency of film were discussed.

waterborne wood coatings；two-component；transparency

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）03-0014-04

2016-11-24

何金太（1978—），男，硕士，工程师，主要从事新型环保涂料的研发工作。