改善聚氨酯亮光色漆邊角覆蓋性的研究

李相權(quán) （河北澤耀建材有限公司，河北故城 253803）

李夢雨 （上海建橋?qū)W院信息技術學院，上海 201306）

0 引言

隨著現(xiàn)代家具工業(yè)的迅速發(fā)展及滿足個性化需求的要求，家具的復雜化、多邊角化是任何工件制作中不可避免的問題，越來越多的家具會在表面進行開槽，形成大小不同的棱邊和邊角，由于家具工件棱邊和邊角在打磨過程中容易打穿露底，對涂料的邊角覆蓋性提出了更高的要求。聚氨酯亮光色漆由于追求裝飾效果，往往添加較多的強溶劑及流平劑，具有較好的流動性，易形成光滑平整的漆膜，但被涂物的邊緣或棱角部位就非常容易出現(xiàn)比平面部分覆蓋率差的現(xiàn)象，往往在角尖或棱邊留下一條交接線，導致此處的涂膜特別薄甚至露底，出現(xiàn)黑邊現(xiàn)象，特別是在氣溫較低的冬季，由于產(chǎn)品噴涂后涂膜干燥較慢，此類現(xiàn)象更加明顯。它是家具涂裝過程中最常見和難以控制的缺陷之一，直接影響家具的整體裝飾效果及施工效率，已成為家具行業(yè)面臨的棘手問題之一。

通過提高涂料的施工黏度，降低涂層流動性，可以改善家具邊、棱角處的流掛現(xiàn)象，提高邊緣覆蓋率，但施工黏度過大，會導致流平不良，涂膜平滑性受到損害，影響涂飾效果。涂膜的邊角覆蓋性和流平性是一對矛盾體，良好的流平性要求在足夠長的時間內(nèi)將黏度保持在最低點，有充分的時間使涂膜流平，獲得平滑豐滿的涂裝效果，而這就容易出現(xiàn)流掛、邊角覆蓋不良等現(xiàn)象。為此，我們從產(chǎn)品配方設計及施工工藝方面進行探討，充分考慮流平和邊角覆蓋性之間的平衡及溶劑揮發(fā)梯度等因素的影響，制備了具有較好施工寬容性的聚氨酯亮光色漆，有效抑制施工中的流掛現(xiàn)象，解決聚氨酯亮光色漆邊角覆蓋性的問題，確保良好的涂裝效果，滿足家具涂裝的要求。

1 試驗部分

1.1 原材料

合成脂肪酸樹脂80%，工業(yè)品；R902鈦白粉，杜邦公司；分散劑、流平劑、消泡劑，畢克化學；固化劑N3390、IL1451，科思創(chuàng)公司；有機膨潤土、聚酰胺蠟，海明斯公司；氣相二氧化硅，卡博特公司；CAB醋酸丁酸纖維素，伊士曼公司；催干劑，氣體化工；溶劑，工業(yè)品。

1.2 涂料制備

涂料配方如下：

原材料w/%

甲組分：

合成脂肪酸樹脂 50～55

分散劑 1～2

R902鈦白粉 30～40

流平劑 0.3～0.6

消泡劑 0.3～0.5

催干劑 0.1～0.3

流變助劑 1～2

CAB液 3～5

溶劑 3～6

乙組分：

N3390 25

IL1451 50

溶劑 25

甲組分合成工藝：將合成脂肪酸樹脂、鈦白粉、分散劑及部分溶劑依次加入調(diào)漆缸中，高速分散20 min，然后用砂磨機研磨分散至細度20 μm以下，加入其余助劑，分散均勻，用余下的溶劑調(diào)整黏度，過濾，包裝。

1.3 涂料邊角覆蓋性測試

按m（主漆）∶m（固化劑）∶m（稀釋劑）=1∶0.8∶0.5配制涂料，噴涂施工后通過觀察工件邊角是否露出黑邊來判斷涂料的邊角覆蓋性。

2 結(jié)果與討論

2.1 羥基樹脂的選擇

羥基樹脂作為聚氨酯涂料的主要成膜物質(zhì)，對體系的流平性及邊角覆蓋性起著非常重要的作用，在設計聚氨酯亮光色漆時首先要選擇合適的樹脂體系。合成脂肪酸樹脂具有較高的豐滿度，聚氨酯亮光色漆通常以合成脂肪酸樹脂為主要成膜物，本試驗采用實際生產(chǎn)中曾使用過的幾種合成脂肪酸樹脂進行測試，其對聚氨酯亮光色漆性能的影響見表1。

表1 合成脂肪酸樹脂對涂料性能的影響Table 1 Effect of synthetic fatty acid resin on coatings properties

由表1可見，不同的合成脂肪酸樹脂制備的亮光色漆在邊角覆蓋性方面差異較大，樹脂黏度較低時，雖然有較好的流動性，易獲得更好的流平效果和豐滿度，但涂料干性較差，容易產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，影響邊角覆蓋性能；隨著樹脂黏度的增大，其相對分子質(zhì)量增大，在相同羥值情況下其分子上的羥基也多，形成的交聯(lián)點多，交聯(lián)反應效率提高，有利于加快漆膜的干燥速度，改善漆膜的邊角覆蓋性，但樹脂黏度過高時，潤濕分散性差，不利于潤濕工件邊角部位，施工時必須加入較多的稀釋劑，不易獲得豐滿度好的漆膜，漆膜光澤偏低且流平性不佳，容易出現(xiàn)桔皮現(xiàn)象，邊角覆蓋性不好。將合成脂肪酸樹脂的黏度控制在合適的范圍內(nèi)，解決流掛與流平之間的平衡問題，才能獲得較為理想的邊角覆蓋性能。本試驗選擇的合成脂肪酸樹脂C玻璃化溫度較高，有利于涂膜內(nèi)溶劑釋放，同時樹脂分子結(jié)構(gòu)中都是伯羥基，空間位阻小，反應活性高，有利于提高漆膜的干燥速度，特別是具有一定的觸變性，噴涂時黏度降低形成低黏度漆液，噴涂后黏度又逐漸增高，恢復到初始黏度，中間有一個滯后期有利于流平，能較好地平衡流平和流掛間的關系，明顯改善邊角部位流掛現(xiàn)象，具有較好的涂膜邊角覆蓋性。

2.2 鈦白粉用量的影響

聚氨酯亮光色漆的遮蓋力是改善邊角覆蓋性能的關鍵因素，鈦白粉用量對涂料性能的影響見表2。由表2可見，隨著鈦白粉用量的增加，涂膜邊角覆蓋性有明顯改進，色漆的遮蓋力直接關系到對涂膜厚度的控制，如果涂料中鈦白粉用量較少，則遮蓋力差，為了滿足遮蓋需求，只能通過過量噴涂獲得較厚的涂膜才能遮蓋住底材，涂膜過厚的邊角部位就更加容易產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，造成邊角覆蓋性變差。通過增加鈦白粉的用量，不僅可提高施工固體分，增加遮蓋力，更好地遮蓋底材，減少底材顏色對面漆顏色的影響，而且在滿足遮蓋力的要求下，可以薄涂，降低流掛風險，改善邊角覆蓋性，本試驗選擇鈦白粉用量為40%左右為宜。同時鈦白粉在基料中的分散細度越小，其在樹脂中分散越均勻，不僅提高了遮蓋底材的能力，還改善了涂料的流動與流平性，有助于形成平整致密、細膩光滑的涂膜，獲得良好的裝飾效果。

表2 鈦白粉用量對涂料性能的影響Table 2 Effect of the amount of titanium dioxide on the coatings properties

2.3 流變助劑的影響

聚氨酯亮光色漆為了獲得優(yōu)異的流平性，涂料的黏度通常保持較低的水平，這樣才能使色漆有充分的時間自由流動形成平滑的漆膜，但在噴涂工件邊角時，由于工件邊角處的濕膜面積與平面相比要更大，為了降低體系的總表面能，濕膜就被迫從邊角上縮回，加上濕膜受重力影響必然向下流動，就容易造成邊角部位涂料掛不住而產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，往往會漏出邊角部位引起邊緣覆蓋性不良，要消除這種現(xiàn)象，必須提高涂料的黏度，降低涂層固化前的流動性，縮短濕膜的有效流動時間來減少其回縮量，這就需要在涂料中加入流變助劑，流變助劑在涂料體系中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而賦予涂料適宜的觸變性能，改善涂料的流變性，使流動性和邊角覆蓋性之間保持較好的平衡，噴涂后，較低的剪切力作用就能夠破壞這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，獲得較低的黏度，有助于涂料充分流動并易于施工，賦予漆膜良好的流平性，一旦形成光滑平整的漆膜后，重新形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效降低濕膜流動時間，阻止邊角部位涂層的回縮及濕膜流掛，提高工件邊角部位的涂層覆蓋性，改善施工寬容性。常用的流變助劑為有機膨潤土、氣相SiO2及聚酰胺蠟，其對聚氨酯亮光色漆性能的影響見表3。

表3 流變助劑對涂料性能的影響Table 3 Effect of rheological additives on coatings properties

由表3可見，有機膨潤土及聚酰胺蠟雖然能賦予涂料一定的觸變性，但噴涂時依然易流掛，不能滿足邊角覆蓋性的要求，同時容易出現(xiàn)消光現(xiàn)象，在本試驗中不能采用。而氣相SiO2粒度小，比表面積大，表面上帶有硅烷醇基團，顆粒之間通過硅醇基實現(xiàn)氫鍵交聯(lián)，形成主體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生觸變性，能被噴涂時的剪切力破壞，黏度迅速下降，具有良好的噴涂施工性，賦予涂膜較好的流平性，有助于提高涂層豐滿度和光澤，失去剪切力后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又迅速自行恢復，黏度上升，降低濕膜的流動，阻止邊角部分涂層的回縮，有利于提高工件邊角部位涂層的覆蓋性，具有良好的涂裝效果。因此本試驗中流變助劑選用氣相SiO2，其用量為1.2%時，能達到流平與邊角覆蓋性之間的平衡，滿足家具產(chǎn)品的裝飾要求。

2.4 其他助劑的影響

醋酸丁酸纖維素CAB可以改善顏料分散狀態(tài)，提供恰當?shù)牧髯冃阅?，涂膜容易達到瞬間流平效果并且加快濕膜中溶劑的揮發(fā)速度，明顯改善涂料的噴涂施工性能。在聚氨酯亮光色漆中添加CAB，與氣相二氧化硅產(chǎn)生協(xié)同作用，在涂裝后取得較好的流平效果，濕膜在較短的靜置時間內(nèi)溶劑迅速揮發(fā)，提高漆膜的干燥速度，濕膜黏度提高到一定程度時，顏料迅速被固定在邊角位置，流平過程中抑制邊角部位涂層的流動，有效防止流掛現(xiàn)象的產(chǎn)生，確保工件各個部位的涂膜厚度均勻，避免邊角覆蓋性不良現(xiàn)象，提高了涂層的裝飾效果。加入催干劑，能夠降低體系的反應活化能，促進異氰酸酯基與羥基的反應，提高體系的交聯(lián)固化速率，有效縮短漆膜干燥時間，減少涂膜流動時間，改善涂膜邊角覆蓋性。

2.5 稀釋劑的影響

稀釋劑的主要作用是調(diào)節(jié)涂料的施工黏度，滿足施工要求，為了保證工件邊角具有良好的裝飾效果，稀釋劑不僅要有良好的溶解能力，促使涂料獲得良好的霧化效果，賦予涂料極佳的流動及流平性，確保涂料有較高的施工固體分，容易遮蓋底材，改善涂膜外觀，還要有適當?shù)膿]發(fā)速度，使涂料噴涂后快速成膜，避免工件邊角位置的流掛現(xiàn)象，提高邊角覆蓋性。稀釋劑揮發(fā)速度太快，噴涂過程中大部分溶劑就會揮發(fā)掉，涂在工件上的漆料黏度大大提高，濕膜沒有流平推動力，降低了漆膜的流平性和潤濕性，容易出現(xiàn)桔皮及針孔等弊病，影響裝飾性能和效果；而采用過多高沸點、揮發(fā)慢的稀釋劑，雖然濕膜的流平性良好，但表干時間延長，漆膜干燥速度變慢，漆膜內(nèi)部溶劑殘留量增加，容易產(chǎn)生流掛造成邊角覆蓋效果差。因此應根據(jù)季節(jié)變換及實際施工情況選擇芳烴、醋酸丁酯及甲基異丁基酮等中沸點溶劑并合理搭配，使稀釋劑具有優(yōu)異的溶解能力和合理的揮發(fā)速度，適應不同季節(jié)或環(huán)境溫濕度下的施工，改善涂料的施工性，使涂料噴涂后快速流平成膜，避免流掛現(xiàn)象，滿足多邊角工件的噴涂施工要求，保證家具的裝飾效果。

2.6 噴涂工藝的影響

家具要獲得良好的噴涂效果及外觀裝飾性，需要加強車間涂裝管理，進行合格的家具工件表面處理，采用正確的涂裝工藝：

（1） 對家具工件的棱邊進行處理，平雕刀口盡量使用R弧刀，返工刀要對刃口進行平弧處理，同時用砂紙進行倒棱處理，盡量產(chǎn)生弧度，不留直角棱邊。加強打磨工序管理，打磨邊角部位底漆時盡量輕磨，避免打穿露出底材，一旦出現(xiàn)磨穿現(xiàn)象時，可以在噴涂面漆前先對磨穿的部位薄涂遮蓋，放置一邊待表干后再進行整件涂裝，從根本上解決邊角覆蓋性不良的狀況，獲得良好的涂裝效果。

（2） 加強對施工人員的崗位培訓，及時掌握涂料的性能及重要施工環(huán)節(jié)，提高其噴涂技能水平，掌握正確的噴涂手法，施工時保持穩(wěn)定的壓力，注意調(diào)節(jié)好噴槍的出油量，以便獲得良好的霧化效果，調(diào)整適當?shù)膰娡烤嚯x并控制好噴槍移動速度，噴涂均勻，避免出現(xiàn)流掛現(xiàn)象，改善邊角涂裝質(zhì)量，噴出高質(zhì)量的涂膜效果。

（3） 涂料的施工黏度直接影響其流平性及邊角覆蓋性，施工黏度過大，會導致涂料霧化不良，造成涂膜不平整出現(xiàn)桔皮等弊病，施工黏度太小，雖然流平性改善，但會降低色漆對底材的遮蓋能力，薄涂容易露底，厚涂邊角部位易產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，均會造成邊角覆蓋性不佳，合適的施工黏度才能保證既有良好的豐滿涂膜又可以覆蓋邊角部位。

（4） 環(huán)境溫濕度直接影響溶劑的揮發(fā)速度，對涂膜邊角覆蓋性產(chǎn)生重要影響，特別是在高濕度和低溫條件下，導致涂料施工后溶劑揮發(fā)減慢，涂層流動時間延長而增加流掛風險，影響邊角覆蓋性。應根據(jù)季節(jié)變換選擇具有良好的溶解能力和較好的揮發(fā)速率的合適稀釋劑，以適應不同季節(jié)或環(huán)境溫濕度下的施工，獲得良好的邊角覆蓋性。

3 結(jié)語

聚氨酯亮光色漆在固化過程中由于表面張力的變化，家具邊角部位的涂層逐漸向兩側(cè)移動，變薄的趨勢是不可避免的，要使邊角涂層達到平面涂層同樣的覆蓋率是比較困難的。為了減少和改善邊角覆蓋性差的問題，從調(diào)整涂料配方和改進噴涂工藝方面著手，選擇合適的原材料，制得了具有優(yōu)異施工性能的新型聚氨酯亮光色漆，大大改善了涂料的施工性能，方便涂料的使用，大幅度提高家具的涂裝效率及外觀質(zhì)量。