慧聰涂料網(wǎng)訊：

張偉德，嚴章洋，王超

(展辰涂料集團股份有限公司，廣東深圳518107)

摘要:介紹了一種可UV固化、室溫自交聯(lián)體系的水性木器涂料的制備方法，并按不同的干燥固化方式制板測試，分析性能，探討其在家具工廠生產(chǎn)中應用的可能性與優(yōu)點。

關(guān)鍵詞:水性UV；室溫自交聯(lián)；下線堆疊；物理干燥；木器涂料

中圖分類號：TQ630 文獻標識碼：A 文章編號：1006-2556(2013)12-0044-04

0·前言

水性涂料由于其環(huán)保性目前在木器涂裝中使用得越來越多，特別是單組分體系。由于其干燥速度快，價格低廉，目前在水性涂料家具涂裝中使用最多。但是，普通水性涂料的各方面物化性能較差，它的成膜基本上都是靠分子鏈的交纏排布，交聯(lián)密度很低。而且由于水分以及成膜助劑的揮發(fā)問題，水性涂料的成膜在短時間內(nèi)很難完成，要有一段時間性能才會提升。近些年來，為了提高單組分水性涂料體系成膜的性能，越來越多的室溫自交聯(lián)型樹脂被開發(fā)出來(如圖1)，這是一種常見的自交聯(lián)方式，它在成膜時水分和中和劑揮發(fā)后體系pH值小于4左右，羰基和酰肼基發(fā)生脫水反應。但是由于單組分體系的成膜以及自交聯(lián)需要有一定的時間，在流水線生產(chǎn)時，就會遇到下線堆疊等實際問題。

圖1 一種常規(guī)的單組分室溫自交聯(lián)體系交聯(lián)方式

水性UV涂料兼具水性涂料和UV涂料的優(yōu)點，它有水性涂料的施工寬容度、工藝可行性，又有UV涂料成膜的優(yōu)異性能和快速成膜等優(yōu)點，它的干燥固化過程如圖2所示。但是水性UV也有缺點：一方面，很多水性UV樹脂在過UV之前不能物理干燥，這樣對工廠應用有很大限制；另一方面，對于一些異型的工件，如果有光照死角、UV等照射不到或能量不夠，水性UV樹脂將無法成膜。

圖2 水性UV的干燥固化過程

現(xiàn)在在研究多重固化體系的越來越多，通過對樹脂的改性，使其有多種固化方式，如紫外-熱固化的混雜體系，但是有些混雜體系的熱固化條件較苛刻，且紫外與熱固化的平衡很難控制，這使得這些混雜體系在木器涂裝上使用受到限制。但是通過在涂料配方設計時一些簡單的復配，有時也能達到很好的效果。

1·試驗部分

1.1 主要原材料

室溫自交聯(lián)型丙烯酸酯改性聚氨酯PUA分散體(固含量43%，MFFT=55℃)；

含不飽和鍵可UV固化的丙烯酸酯改性聚氨酯PUA分散體(固含量39%)；

流平劑、消泡劑、光引發(fā)劑I500(Ciba)、助溶劑、流變助劑、自制固含量20%亞光漿，市售工業(yè)品。

1.2 涂料的制備和性能測試

1.2.1 參考配方(見表1)

表1 可UV固化 室溫自交聯(lián)體系的水性木器涂料的參考配方

按表1配方量依次加入，加到6時高速分散15min，然后依次加入剩余組分，中速分散，混合均勻，過濾。

1.2.2 性能測試

分別在黑胡桃木、玻璃板上按以下工藝制板、測試。測試結(jié)果見表2。

表2 不同工藝測試結(jié)果

基材：黑胡桃木，玻璃板

工藝A：基材→噴涂樣品A(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(300mJ/cm2)→噴涂樣品A(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(500mJ/cm2)

工藝B1：基材→噴涂樣品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(300mJ/cm2)→噴涂樣品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(500mJ/cm2)

工藝B2：基材→噴涂樣品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→噴涂樣品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)

工藝C：基材→噴涂樣品C(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→噴涂樣品C(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)

2·結(jié)果與討論

2.1 不同體系及工藝在工業(yè)應用時能否下線堆疊(抗粘連性)的探討

在家具流水線生產(chǎn)時，能否下線堆疊、打包對家具廠的生產(chǎn)效率、成本影響很大，從以上測試可以看出，在含有UV固化的體系(樣品A、B)且經(jīng)過UV固化的工藝(工藝A、B1)，下線后抗粘連沒問題(該抗粘連測試按一般工廠要求，比國標高)。在含有UV固化的體系經(jīng)過UV固化時，涂膜樹脂內(nèi)的不飽和基團發(fā)生自由基聚合，這種聚合是在幾秒鐘時間就完成的，而且自由基聚合的交聯(lián)密度高，涂膜迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣就有良好的物理化學性能。從工藝B2、C，我們可以看出，純的單組分體系或沒有經(jīng)過UV固化的工藝，在下線堆疊時會發(fā)生粘連。一方面，單組分的PUA性能提升慢，有自交聯(lián)反應，但是自交聯(lián)一般也是一個縮聚反應，時間比較慢；另一方面單組分體系的涂膜的交聯(lián)密度不高，大多成膜只是靠分子鏈的交叉纏繞，這樣就決定了它的性能較差。所以在工廠流水線上應用時，下線堆疊這樣比較苛刻的條件下，含有UV固化體系的水性涂料在UV固化后方可進行堆疊。

2.2 UV固化前涂膜能否物理干燥在工廠應用時的探討

單純的水性UV體系(樣品A)，在經(jīng)過物理干燥、水分揮發(fā)后，用手指觸摸，仍然會留下指壓印，經(jīng)過UV燈后就能完全干燥，這種情況稱為不能物理干燥；而樣品B經(jīng)過物理干燥后，用手指觸摸，不會留下指壓印，稱之為能物理干燥。

那么能不能物理干燥有什么區(qū)別?在工廠應用時有什么不同?下面對比進行討論。一方面，眾所周知，在家具廠，一般的衛(wèi)生環(huán)境都不大好，灰塵比較多，如果家具工件從烘干塔里出來不能物理干燥，那么可能就有很多灰塵粘在上面。這些灰塵粘在上面很難吹掉，過完UV燈后會繼續(xù)粘在涂膜上，這樣就會產(chǎn)生很多次品。但是如果能物理干燥，即使有灰塵粘在上面，我們可以很容易地吹走或抹掉，不會影響涂膜的表觀。另一方面，對于異型的部件，在整體涂裝好之后，不同的部位可能過不同的UV燈，這就需要沒有過UV之前要挪動工件的一些部位。這些部位會被手或其他工具接觸，如果不能物理干燥，這些沒過UV燈的部位是不能接觸的，否則會破壞涂膜；但如果能物理干燥，一般的挪動、接觸，只要不用力刮擦是沒有問題的，即使刮擦時涂膜損壞，在過UV燈之前也是可以修補的。所以能物理干燥是可以“立體涂裝”的。

從上面分析可知，水性UV體系在工廠應用時能否物理干燥是十分關(guān)鍵的。現(xiàn)在商業(yè)化的水性UV樹脂，如果是純水性UV的，一般的很難物理干燥或者干燥不大好，所以加入一些單組分的樹脂(如樣品B)，增強它的物理干燥性能是一個很好的辦法。

2.3 不同體系的涂膜最終性能比較及應用探討

從表2中可以看出，工藝A在過完UV燈，放置6d后的涂膜性能幾乎沒變化，而且它的各方面性能也是最優(yōu)的；工藝B1在剛下線測試時性能比工藝A差，但放置6d后，性能在慢慢提升，并接近工藝A；工藝B2和工藝C在下線測試時各方面性能最差，但是放置6d后，工藝C的性能提升很大，接近工藝A和B1；工藝B2的性能也有提升，基本上能達到國標的基本要求。可以看出，純UV體系的性能是最佳的，復配的體系或者純室溫自交聯(lián)的PUA體系在放置一段時間的性能也能提升到一定高度。

這里重點討論工藝B2的測試目的，在UV涂料的應用中可知，立體涂裝時一些部件的溝槽、死角的固化一直是一個難題，這些部位UV燈很難照到或者有些部位沒有足夠的能量。B2的測試是一個極端測試(未過UV燈)，可以看出，因為它的體系里含有大量的室溫自交聯(lián)樹脂，在一段時間后由于室溫自交聯(lián)樹脂的作用，它還是有一些基本的性能。

從上可以看出，在水性UV體系里復配自交聯(lián)的樹脂，在工廠應用時，對于在固化時偶爾出現(xiàn)的一些死角，也能保證它有一些基本的性能，這樣也提升了整體涂裝的安全性。

2.4 配方結(jié)構(gòu)及成本方面探討

從配方結(jié)構(gòu)上可以看出，在單組分的自交聯(lián)體系里加入水性UV樹脂，加入熱固性的樹脂降低了成膜助劑的量，這樣也加快了整個體系的干燥速度及性能提升速度。從成本上看，在水性UV體系里加入單組分樹脂，大大降低了整個配方的成本。

3·結(jié)語

含可UV固化、室溫自交聯(lián)的體系在一定程度上彌補了單獨的UV固化體系或單組分體系的不足，為在家具廠生產(chǎn)線上的施工使用水性涂料提供了一種新的解決方案。