提高聚氨酯亮光白色面漆立面流平性的研究.docx

提高聚氨酯亮光白色面漆立面流平性的研究李相权 （浙江南方涂料工业有限公司，浙江东阳 322100）0 引言消费者的欢迎，是一种装饰性非常优异的涂料。在如此光亮的表面，涂膜的任何缺陷都暴露无遗，直 接影响人们对家具的感官效果及购买欲望，从而影 响产品的市场竞争力。为了提高聚氨酯亮光白色面 漆的流平性，配方中往往加入较多的流平剂及强溶 剂，这样大大增加了流挂的风险。为此，我们从配方 设计及施工工艺方面进行探讨，充分考虑流平和流 挂之间的平衡及溶剂挥发梯度等因素，完善涂料产 品配方，解决聚氨酯亮光白色面漆的立面流平性问 题，改善涂料的施工性能，提高涂膜外观装饰性，确 保涂装效果。涂料施工后，湿膜能够流动而消除痕迹的性能是涂料施工性能的一项重要指标。流平性指涂料在 被涂物表面上流平均匀呈现足够光泽而无针孔的性 能，它对最终装饰效果起到决定作用。涂料喷涂后， 刚形成的湿膜是不平整的，要有一个流平的过程，即 其表层表面张力均匀化的过程。表面张力是涂膜流 动和流平的主要动力，通过降低涂料的表面张力和 涂料与底材的界面张力，可得到较好的流平性，因此 良好的涂膜流平性要求在工艺规定的时间内将涂料 黏度保持在最低点，有充分时间使涂膜流平，形成平 整的涂膜，但这样往往出现湿膜流挂问题。特别在立 面施工时，如果涂料抗流挂性差或施工不当，由于重 力作用，涂料很难获得光滑平整的表面，往往产生流 淌，不是出现类似桔皮波纹，就是湿膜向下流动形成 各种形状下边缘厚的不均匀涂层，面积大时呈现幕 布状，面积小时呈条纹状、水柱状或波纹状。它是涂 层最常见和难以控制的缺陷之一，直接影响涂膜的 装饰和保护效果，已成为家具厂面临的棘手问题。聚氨酯亮光白色家具面漆的涂层光亮如镜，具 有极高的鲜映性，以丰满的视觉，润滑的手感受到1 实验部分1.1 原材料合成脂肪酸树脂 80%，自制 ；丙烯酸树脂 6326， 长兴化学 ；钛白粉 r902，杜邦公司 ；助剂，毕克化 学 ；cab（醋酸丁酸纤维素），伊士曼公司 ；固化剂 n3390、il1451，拜耳材料科技 ；有机膨润土、气相 二氧化硅、聚酰胺蜡、催干剂及溶剂，工业品。1.2 涂料制备涂料配方如下 ： 收稿日期 2014-07-29 作者简介 李相权（1966），男，工程师，主要从事树脂、固化剂及家具涂料的研究。摘要 ：讨论了主要组分对聚氨酯亮光白色面漆立面流平性的影响，提出了改善涂料立面流平 性的方法。关键词 ：聚氨酯亮光面漆 ；立面 ；流平性 ；抗流挂性中图分类号 ：tq 630.7文献标识码 ：a 文章编号 ：1009-1696（2014）11-0053-04上海涂料第 52 卷54程中溶剂释放性，减少溶剂残留，提高涂膜干性，降低流挂现象的发生。树脂体系的影响见表 1。原材料a 组分 合成脂肪酸树脂 丙烯酸树脂 分散剂r902 流平剂 消泡剂 催干剂 防流挂剂 溶剂b 组分 n3390il1451 溶剂w/%40202300.50.30.20.56.5表 1 树脂体系的影响the influences of resin systemtable 1光泽100100防流挂性一般好 外观 丰满平整 丰满平整 由表 1 可见 ：在其他组分不变的前提下，配用部分丙烯酸树脂，抗流挂性提高，这是因为丙烯酸树脂 提供良好的干燥速度和光泽，可改善干性，缩短涂层 不沾尘时间，因此适当拼用部分相容性好的羟基丙 烯酸树脂，既可以满足涂膜高光泽、高丰满度的镜面 效果，又可提高涂料的干燥性，提高溶剂释放性，降 低流挂现象的发生，装饰效果更好，产品的施工性和 性能均可得到满意结果。2.2 颜料用量的影响白色面漆的遮盖力直接关系着涂膜厚度的控制， 如果涂料的遮盖力差，只有过量喷涂使涂膜偏厚才 能遮住底材，就容易发生流挂。提高钛白粉用量，不 仅可提高涂料施工固体分，提高一次成膜厚度，增加 遮盖力，而且因涂膜密度增大，涂膜致密，分子间间 隙减少，喷涂时薄涂即可遮住底材，避免因遮盖力 差多喷，减少流挂产生的几率，同时涂料分散细度越 小，钛白粉在基料中的分散越均匀，可以提高和改善 涂料的流动与流平性，有助于形成平整致密、细腻光 滑的涂膜，提高流平性。2.3 流平剂的影响流平剂对于聚氨酯亮光白色面漆立面流平性起 着决定性作用，特别是有机硅类流平剂对促进立面 流平效果非常有效。它是通过和体系之间较强的不 相容性，迁移到涂膜表面形成单分子层，改善涂料流 动性，缩短涂膜流平时间，起到消除涂膜短波桔纹的 作用，提高涂膜滑爽性和光泽度 ；高分子聚合物类 流平剂通过和涂料体系之间的微弱不相容性，促进 了涂膜垂直面的流平，起到消除涂膜长波桔纹的作 用。两者搭配使用，起到协同增效作用，既可以有较 好的短波流平，也可以有较好的长波流平，从而改善302644将合成脂肪酸树脂、丙烯酸树脂、钛白粉、助剂及溶剂依次加入调漆缸中，高速分散 20 min，然后用 砂磨机研磨分散至细度 20 m 以下，加入余下的溶剂 调整黏度，过滤，包装。1.3 涂料立面流平性测试按施工配比配制涂料，喷涂施工后通过观察湿 膜、干膜表面平整度来判断涂料的流平性及流挂性。2 结果与讨论2.1 羟基树脂的选择树脂是涂料的主要成膜物质，其性能将最大程 度上决定涂料的性能，对体系流平性及是否产生流 挂起着非常重要的作用，在设计聚氨酯白色亮光面 漆配方时首先要选择合适的树脂体系。合成脂肪酸 树脂具有较高的丰满度，亮光面漆通常以合成脂肪 酸树脂为主体树脂，树脂的羟基类型及位置直接决 定羟基与异氰酸酯的反应活性，影响涂膜的干燥性， 同时树脂的相对分子质量对流平性影响极大，树脂 相对分子量太大，则黏度过高，在涂装时必须加入过 多稀释剂，不易获得丰满度好的漆膜，光泽偏低，同 时流平差，易产生桔皮，而树脂的相对分子质量太 小，虽然有较好的流动性，易获得更好的流平效果和 丰满度，但干性较慢，影响涂膜流挂性能。应选择相 对分子质量适中且分布窄，玻璃化温度高的合成脂 肪酸树脂制备白色亮光面漆，可提高涂膜在干燥过流平性好好丰满度好好检测项目合成脂肪酸树脂合成脂肪酸树脂 + 丙烯酸树脂第 11 期李相权 ：提高聚氨酯亮光白色面漆立面流平性的研究55涂膜流平效果，使涂膜均匀，满足涂膜镜面效果，但加量太多会增加流挂的风险，应通过试验确定用量。 而加入 cab 能提高溶剂释放性，加速溶剂的释放， 促使涂料达到瞬间流平的效果，并且对于消除涂膜 长波桔纹有帮助，对提高立面流平有很大好处。2.4 防流挂剂的影响涂料喷涂在垂直表面，湿膜受重力影响必然向 下流动，就容易产生流挂。要保持施工条件下涂膜流 平与防流挂性平衡，以提高涂料的施工效果，需要在 涂料中加入防流挂剂。它在涂料中形成网状结构而 赋予涂料适宜的触变性能，改变涂料在高、中、低剪 切速率下的黏度，因而在提高防流挂性的同时，还使 体系保持较好的流动和流平性，改善涂料施工性能， 从而解决立面流挂问题。在喷涂时网状结构被破坏， 黏度下降，使涂料有良好的流动性，便于施工，并在 黏度的滞后恢复期间，保持在低黏度下，显示良好的 涂膜流平性，一旦流平后，黏度又逐步恢复，达到防 流挂作用，使涂装在立面的湿膜达到流平与流挂之 间的平衡，保证涂膜的丰满度，同时在喷涂过程中， 因涂膜边缘的溶剂挥发较快，导致表面张力不均匀， 易使涂料向边缘移动，而这种网状结构能有效阻止 涂料移动而形成厚边，使涂膜均匀，改善工件边角部 位的涂装质量。常用的防流挂剂有有机膨润土、气相 二氧化硅及聚酰胺蜡等。有机膨润土触变性大，施工后，随着剪切力从高 到低，涂层黏度恢复迅速，使体系成为一个相对静止 的整体，减缓涂层因重力向下而流动的趋势，达到抗 流挂的目的，但降低了体系的流动性，喷涂时漆液受 到的剪切力低，其网络结构未能被破坏，这样漆液流 过喷嘴的速率较慢，造成出漆不流畅，同时漆液喷 到底材后，在低剪切力情况下会阻碍漆液流动，使涂 料没有足够时间流平，涂层表面不平整，涂膜外观较 差，对涂膜光泽和鲜映性有不良影响。另外，有机膨 润土作为功能性消光粉料，随着其用量增加，粉体消 光特性也随之体现出来，在涂膜干燥时影响光泽。聚 酰胺蜡属于有机类防沉剂，它是将脂肪酸酰胺在天 然石蜡中乳化产生极性，再加入二甲苯预先膨胀生 成膏状触变剂，它的膨胀结构成网状，有非常好的强 度，流平与防流挂性俱佳，但在干燥过程中会迁移到 涂膜表面，造成面漆光泽大幅度下降。气相二氧化硅粒度小，比表面积大，表面带有硅烷醇基团。当气相二氧化硅加入漆料中，经过充分搅拌分散，这些硅烷 醇基与相近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成 氢键，通过分子链的相互缠绕形成网状结构而具有 触变性，涂料从喷枪的喷嘴喷出时，这种较弱的剪切 力就可以破坏网状结构，缠绕的分子被拉开，黏度因 而降低，施工后剪切力停止，分子链又重新缠绕形成 网状结构而致使黏度上升防止流挂，但这种重新缠 绕的过程相对缓慢，黏度恢复速度较慢，有较长时间 赋予湿膜流动和流平，形成光滑平整的涂膜，但又不 会导致流挂失控，具有较好的流变性能，因而它具有 良好的喷涂施工性能，出漆流畅，雾化良好，不会阻 碍漆液的流动，赋予涂膜较好流平性，有助于提高涂 层丰满度和光泽，使涂装外观得到很大的改善。本试 验选用气相二氧化硅作为防流挂剂。流平是液体界面涂布过程，流动性越好，流平性 就好，而防流挂剂是为了控制流动，所以它对涂料的 喷涂施工性和流平性有很大影响，在达到防流挂效 果的情况下，应尽量减少其用量。气相二氧化硅用量 对立面流平性的影响见表 2。表 2 气相二氧化硅用量对立面流平性的影响table 2 the influence of fumed silica amount on the facade levelling0.2流挂0.4满足立面要求0.7有桔皮，产生波纹由表2 可见 ：气相二氧化硅用量为 0.4%0.6% 时，使涂装在立面的湿膜达到流平与流挂之间的平衡，具 有优异的施工性能，满足家具产品对装饰的要求。2.5 稀释剂稀释剂是涂料的重要组成部分，在涂料应用中 不仅起着溶解和稀释涂料的作用，调节涂料的黏度 使之便于施工，同时对涂膜的流平性及抗流挂性有 重要影响。在涂料立面施工过程中，要求稀释剂不仅 有适宜的挥发速度，使涂料喷涂后快速成膜，减少流 挂，而且还要有良好的溶解力，提高涂料的施工性 能，赋予涂料极佳的流动及流平性，更能保持涂料在0.6满足立面要求0.3流挂w/% 立面流平性上海涂料第 52 卷56施工时有较高固含量，从而进一步提高涂膜外观。良好的稀释剂使树脂高分子聚合物充分伸展并相互作 用，使树脂分子均匀分散在体系中，保证涂膜在干燥 过程中黏度不会发生突变，处于平衡增长状态，使涂 膜有充分时间流平。而差的稀释剂则使高分子聚合 物成球状或线团状，不能充分伸展，使涂膜表面产生 桔皮，出现小颗粒，涂膜明显不平整。如果稀释剂挥 发过快，涂料从喷枪喷涂到底材的过程中，稀释剂就 会挥发掉一大部分，落到基材表面上的漆料黏度大 大提高，湿膜没有流平推动力，流动性下降，严重影 响涂膜的流平性，从而使涂膜不平滑而出现桔皮。采 用过多高沸点挥发慢的稀释剂，涂膜表面干燥过慢， 湿膜的流平性良好，但这样也容易产生流挂问题。应 根据天气情况合理搭配稀释剂，使稀释剂具有良好的 溶解性和合理的挥发速度，使其挥发速率呈阶梯状， 有利于提高涂膜表面干燥速度，确保涂膜流平效果， 满足大面积立面喷涂的施工要求，获得较好的涂膜。2.6 喷涂工艺的影响要获得质量优异的涂膜，必须有品质良好的涂 料，合格的表面处理，正确的涂装工艺，熟练的涂装 技术。“三分涂料，七分施工”在涂料立面施工过程 中体现更为明显。立面流平性除与涂料特性有关，在 喷涂过程中，施工环境的温湿度、工人的操作技能、 喷涂设备、涂膜的厚度及工艺参数，如喷枪出漆量、 喷涂压力、喷枪喷幅、喷枪与底材距离等均可影响喷 涂效果及外观装饰性。因而要获得良好的涂膜质量， 还要有良好的施工条件作保证。（1）喷涂效果与涂装人员的喷涂经验有很大关 系，有经验的施工人员能充分了解和掌握涂料的性 能，把握施工过程的有关环节，可以喷涂出高质量的 涂膜效果，因此必须加强对施工人员的培训，提高其 喷涂技能水平，掌握正确的喷涂手法、走枪速度及枪 距，减少流挂产生的可能性。（2）喷涂环境对保证涂膜质量起着至关重要的 作用，施工环境必须清洁无污染，压缩空气无水和油 污，选择雾化性能良好的喷涂工具，使得涂料达到最 佳雾化效果，漆液分散细，有利于溶剂挥发，不但减 少流挂，更易形成良好涂层。（3）将底材打磨平整，底材的平整光滑度对涂 膜外观有很大影响，底材过于粗糙就会吸收一部分涂料，使涂膜厚度不够，对光线的反射就会出现明暗间隔，反射光线不集中，给人感觉亮度不强，影响涂 膜丰满度、鲜映性和流平性，而平整的基材，可有效 降低面漆涂膜的长短波桔皮，获得流平良好的涂膜。（4）调配好涂料的施工黏度，合理的施工黏度 才能获得既不流挂又有良好丰满度的涂膜。（5）喷涂压力过低，漆雾微粒大，涂料雾化效 果差，一次成膜薄，涂膜流平时间短，易产生桔皮和 失光。随着喷涂压力增大，漆雾粒径逐渐变小，雾化 效果变好，涂膜流平变好，但压力过大