水性木器漆用树脂的类型

尘风 · 发表于 2007-6-17 11:25:45

水性树脂技术经过几十年的发展和市场验证，已成功地用于木器漆，其主要类型有醇酸类、丙烯酸类、聚氨酯类及双组分丙烯酸一聚氨酯类。

1 醇酸类
   水性醇酸树脂的成膜机理类似于传统溶剂型醇酸树脂的干燥成膜，其组分中的不饱和脂肪酸通过氧化固化成膜。因此水性醇酸树脂漆无须添加助溶剂 (成膜助剂)，使挥发性有机化合物(VOC)有可能减为零。目前采用的水性醇酸树脂已非传统单一的醇酸体系，一般为自乳化型且经过丙烯酸或聚氨酯改性。水性醇酸树脂具有良好的渗透性 (因其相对分子质量较小)、流动性和丰满度，多用于生产色漆，特别是装饰性漆。但由于其干性较差，保光性不好，所以现在许多公司正在开发新型络合催干剂，以改善其干性并用丙烯酸或脂肪族聚氨酯乳液提高其保光性。

2.丙烯酸类
该类包括苯乙烯一丙烯酸共聚树脂类，因其成本低，玻璃化温度高，硬度高，这类产品多用作打磨底漆，也用于要求不高的装饰性涂料或临时保护涂料。目前，在水性丙烯酸树脂合成中常用的技术已由传统的单相聚合法发展为多种成熟的技术，包括单相／多相(嵌段型)、自交联型、无皂聚合物型及含一OH的双组分丙烯酸类等。通过改变树脂的粒子结构,为漆膜提供了更好的性能，有效降低了成膜助剂的用量;提高硬度和抗粘性；提高对底材的附着力。当然用于木器漆的普通丙烯酸乳液，仍需一定量的成膜助剂,有的还需要添加增塑剂，这样体系的VOC很难降低。成膜助剂会影响到漆膜的耐水性，初期抗粘性也较不适合连续的工业化生产。不过从综合性能考虑，对于工业化生产可以通过调整设备和工艺条件加以改善，但作为民用装饰漆在较低温度条件下施工，上述问题则较棘手。自干型丙烯酸乳液属热塑性树脂，成膜温度较高，低温下漆膜较脆，且硬度较差，特别是初期抗粘连性差，不适合配制高品质木器漆。而采用常温自交联乳液，在提高干燥速度及抗粘性等方面都有突破性的进展。目前，NeoResins公司已经开发出一种无表面活性剂的核一壳丙烯酸乳液 (NeoerylXK一14)，其VOC接近 “0”，但却有很好的成膜性。由于该乳液没有使用表面活性剂，为解决制漆及施工时出现的气泡问题提供了一种捷径。

3 水性聚氨酯类
聚氨酯分散体是一类分散在水中溶胀的聚氨酯粒子，其聚氨酯的水性化主要是通过乳化剂或在聚合物的主链上引入亲水基团，生成的聚合物主链上含有一 NH—c—o一的多重结构单元。水性聚氨酯的粒径大多为0．01～5 m，较丙烯酸类乳液的粒径小。水性聚氨酯分散体为单组分，且无游离的异氰酸酯,无毒，室温成膜，可使体系中的共溶剂降为 “0。”虽然其相对分子质量很高，但粘度较低，易加工，施工方便，其机械性能可与溶剂型媲美。选择不同种类的单体及合成工艺可以制得从软到硬不同特性的产品。如使用TMXDI(CYTEC公司)合成的聚酯／醚类水性分散体，其硬度可达3H，但仍具有很好的柔韧性，且可在低温下成膜，用于地板漆中具有很好的抗粘性能及耐黑鞋印性。但相对成本较高，一般用于性能要求较高的涂料体系。

   20世纪70年代，水性聚氨酯分散液开发成功并商品化以来，全世界已有很多公司掌握并发展了这项技术。目前，商品化的聚氨酯分散液有阴离子型、阳离子型和非离子型3类，其中阳离子型是最早开发成功的，由于其较好的渗透性，多用于皮革及纺织工业；涂料工业中大多使用阴离子型聚氨酯分散体。在聚氨酯合成过程中引入不饱和脂肪酸，再在成膜过程中加入金属类催干剂 (钴、锰、锌、钙盐)，即可制得自交联聚氨酯分散体，如Reichhold公司的SpensolF97。但这类白交联分散体的催干剂在调漆时才能加入，很不方便，而且也不易控制。如果在聚氨酯合成中就将催干剂预先加入，可大大方便制漆工艺，而且产品的质量更加稳定。如 NeoResins公司的NeRezR9403(芳香族)、NeRezR2001(脂肪族)就属于这种类型。
另外一种提高水性聚氨酯分散体的物化性能的方法是在施工前加入诸如氮丙啶、碳化二亚胺、三聚氰胺等外交联剂。成膜后强度增大，耐溶剂性明显提高。但这类交联剂只适合于工业涂装，其主要原因是交联剂本身的反应性较强等。如 NeoResins的CrossLinkerCX一100属于三官能团的氮丙啶，广泛用于水性丙烯酸聚氨酯等含有一cOO基的水性体系中，可明显提高漆膜的物化性能。虽然水性聚氨酯分散体具有很好的物化性能，但因其成本较高，限制了它的推广和使用，所以通常用其与相对成本较低的丙烯酸乳液复配。但应指出的是，多数水性聚氨酯分散体只能与有限的丙烯酸乳液相溶，涂料配方师在使用混合技术时要慎重且反复实验。

4 聚氨酯一丙烯酸共聚树脂
   虽然水性聚氨酯分散体具有突出的耐磨性、耐化但用于木器漆还受到很多限制：首先是成本高；其次它对木材的润湿性、对颜料的分散性较差，且芳香族聚氨酯的耐候性也不尽人意。丙烯酸树脂有优异的耐候性，对底材和颜料良好的润湿性，将其与聚氨酯树脂共混 (也称为冷拼的方法)，虽取得了一定进展，但效果并不十分明显。20世纪80年代末，利用核一壳聚合技术将丙烯酸接枝到(芳香族)聚氨酯链上，合成了一种新型水性聚氨酯一丙烯共聚树脂(如NeoResins公司的NeoPacEl06)，其机械性能超出共混体系而接近聚氨酯树脂，耐溶剂(如醇)性超出共混体系，耐化学性能与亚酰胺交联剂固化的体系相当，且成本与共混体系相当。在此基础上，NeoResins公司又开发出白交联型聚氨酯一丙烯酸共聚树脂 NeoPouE125，其共溶剂大大降低，VOC减少，且增强了耐化学品性、耐沾污性和耐溶剂性。

5 双组分水性聚氨酯
双组分水性聚氨酯涂料中，一组分为含羟基水性分散体，另一组分为水可分散的多异氰酸酯聚合物，两组分混合后，含羟基的组分与异氰酸酯发生反应，同时还有水和其他羟基与异氰酸酯的竞争反应发生，但水与异氰酸酯的反应要在 1～2h后才发生。施工后水及助溶剂开始挥发，使粒子紧密接触，异氰酸酯与羟基的反应大大增强，同时由于水也参与反应，生成CO 而导致大量气泡，这种气泡在成膜前逸出。苯乙烯有利于漆膜硬度的早期形成，而且固化干燥加快，所以含羟基的丙烯酸乳液中常常引入苯乙烯成分(即苯乙烯一丙烯酸乳液)。另外，小粒径的丙烯酸粒子有利于提高漆膜的硬度和外观，而且可以使反应速度加快，从而提高羟基的利用率。与双组分溶剂型聚氨酯涂料相比，水性双组分聚氨酯木器漆的VOC可减少70％～90％，且其干燥速度、光泽、物化性能和适用期都可适应工业化的要求。水性双组分聚氨酯木器漆的一NCO／一OH比通常为1～1．5，过多的一NCO会使涂料的适用期太短。理论上，一NC0／一OH为1时，涂层性能与溶剂型双组分体系相当，但实际操作时，考虑到有一部分一NcO要和水及其它一OH反应，需增大一NCO的比例。
   水性双组分聚氨酯中的表面活性剂、羟基组分均会导致漆膜对水的敏感性。水相本身及空气中的水汽会在成膜过程中产生CO，导致漆膜起泡、缩孔、失光等，所以目前双组分水性聚氨酯木器漆尚未达到商品化的水平，尚需一定的时间去改进和调整。