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双组份水性涂料适用期判定方法的研究

来源:未知 作者:admin 时间:2020-01-10 点击:
导读:针对配方研发的热点问题———涂料适用期,对与之相关的漆膜硬度、光泽、雾影等方面展开了研究。结果发现,针对不同的树脂体系,判断适用期的方法不同,即使对同一个树脂体系来说,不同方法测试得出的适用期的长短也不同,因此要综合不同测试方法来判断适用期的长短。研
双组份水性涂料适用期判定方法的研究
吴丙照1,沈剑平1,许乾慰2,张鑫2
(1.科思创聚合物(中国)有限公司,上海201206;2.同济大学材料科学与工程学院,上海201804)

0 引言
近年来, 我国各级政府不断出台各种与环境保护相关的法律法规及标准。从国家层面,2015 年1 月26日,国家税务总局和财政部发布《关于对电池涂料征收消费税的通知》,涂料行业首当其冲;从各地方来说,截止到2016 年9 月, 已有14 个省市制定了VOCs(Volatile Organic Compounds)排污费征收制度。在北京等部分地区, 木器涂装行业成为了涂料VOCs 的主要排放源。此外,由于溶剂型涂料含有大量危害身体健康的苯及其他类溶剂, 涂料厂和家具厂也不断意识到这类产品对工人及生态环境的危害, 因此更多的涂料厂和家具厂都致力于更加环保安全的水性产品的开发和应用。而在家装木器涂装行业,由于涂装工序都是在居民区进行的,从气味、健康、安全、环保及涂装工人、消费者、居民居住环境等各方面考虑,由溶剂型产品向水性产品转变的驱动力更强。因此,结合外部大环境、内部推动力及消费市场的需求, 大力发展水性涂料是必然趋势。

在家装木器涂装行业, 虽然单组份水性涂料和双组分水性涂料在绿色、环保、健康等方面都远远优于溶剂型产品,但在性能上,特别是漆膜硬度、耐化学品性等, 单组份水性产品与溶剂型产品相比还是有较大的差距。而双组分水性聚氨酯产品,不但在安全环保上具有明显优势, 在性能上与双组分溶剂型聚氨酯产品持平或有所超越。相关性能对比见表1。
典型双组分水性聚氨酯家装木器涂料与市售双组分溶剂型聚氨酯家装木器涂料对比
由表1 可知, 双组分水性聚氨酯家装木器涂料与市售双组分溶剂型聚氨酯家装木器涂料在硬度和耐化学品性上相当。但在抗冲击性、柔韧性和耐磨性上明显优于市售双组分溶剂型聚氨酯家装木器涂料,且VOC含量远远低于溶剂型产品。因此,综合考虑安全环保性和性能优越性, 双组分水性聚氨酯涂料在家装木器行业具有独特的优势。此外,家装涂料除了良好的性能,还需要具有良好广泛的施工性能。对于双组分水性聚氨酯涂料来说, 适用期是施工性能上极其重要的一个指标。

通常, 双组份水性聚氨酯涂料的适用期被认为是:从两个组分混合均匀开始,到涂料成膜后性能产生突变之时止。它一方面在微观上取决于体系的化学反应进程; 另一方面, 它在宏观上体现了涂膜性能的变化,在涂料的实际应用中具有指导性的作用。而区别于传统的双组分溶剂型涂料, 双组分水性聚氨酯涂料不论从分散体系、化学反应,还是涂料适用期、成膜过程都有其独自的特点。因此,要研究双组分水性聚氨酯涂料的适用期就要从研究它的固化行为开始, 其中最主要的是化学反应。
主反应为体系中的多元醇与异氰酸酯的反应,形成以氨基甲酸酯键为交联点的网络结构。化学反应式如下:

此反应符合二级反应动力学。但随着反应的进行,交联网络结构的不断形成, 会阻碍反应基团之间的碰撞,使反应速率变慢。
主要副反应为水和异氰酸酯的反应, 这在以水为分散介质的双组分聚氨酯体系中是不可避免的。也是涂膜产生气泡的原因之一。化学反应式如下:

该副反应是异氰酸根被无效消耗主要原因, 时间越长,异氰酸根消耗量越大,涂膜的性能越差。因此这是影响涂料适用期的重要因素之一。
对双组份水性聚氨酯涂料固化行为研究的目的,目前主要集中在适用期的判断上,其实际意义在于给出产品的有效时间,指导工人施工,保证成品质量。董玉婷等通过NCO 含量和黏度的变化判断适用期长短。陈菲斐等通过研究配置好的涂料的光泽,摆杆硬度,耐水性,耐乙醇擦拭性的变化,来判断适用期。祝宝英等认为当双组分涂料混合均匀后,喷板,待涂膜显著地失去光泽时所需的时间即为其适用期。朱万章发现了一种新颖的水性木器涂料, 黏度在15 d 内无明显变化,存放至35 d , 双组分涂料的外观和涂刷施工时仍未观察到异常现象,认为涂料的适用期在30 d 以上。从上述文献中可以看出, 他们只是对适用期进行了宏观上的观测,没有从微观上进行进一步的研究。

本研究通过对配制好的涂料放置不同时间后制备的漆膜的摆杆硬度。雾影值和光泽进行测量得出不同体系的适用期长短。并通过原子力显微镜(AFM)观察适用期前后漆膜的微观变化, 从而把微观行为和宏观性能相结合, 尝试弄清楚适用期前后涂膜性能变化的微观影响因素。

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