1.哈尔滨乐普实业有限公司 哈尔滨 150090；
2.石家庄市油漆厂 石家庄 050051
摘要：通过水性羟基丙烯酸分散体、消泡剂、固化剂和流平剂筛选实验，制备了玻璃钢用水性聚氨酯产品，此水性聚氨酯产品在玻璃钢底材上附着力性能优异，具有极佳的耐水性、高光泽和理想的立面流平效果。
关键词：水性羟基丙烯酸分散体；固化剂；玻璃钢
The Exploitation of Two-component Waterborne Acrylic Polyurethane Coating Used in FRP
YANG Dongwei，SONG Lianjing
（Harbin ROPV Industrial Co.,Ltd,Harbin 150090,Heilongjiang Shijiazhuang Paint Factory, Shijiazhuang 050051, Hebei）
Abstract: Two-component waterborne acrylic polyurethane coating have been developed by selecting two-component waterborne hydroxyl acrylic dispersion, curing agent, defoaming agent, leveling agent. The two-component waterborne acrylic polyurethane coating which used in FRP have high adhesive force, excellent water resistance, high gloss and good flowing property.
Key words: two-component waterborne hydroxyl acrylic dispersion；curing agent；FRP
0前言
随着环境污染问题日渐突出，国家对环境治理愈发严格，普通油性涂料很难达到环保要求，水性涂料、高固体份涂料、UV涂料等环境友好型涂料已成为涂料行业发展趋势[1]。双组分水性聚氨酯涂料将溶剂型双组分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC 排放相结合，成为涂料工业研究的热点[2-3]。玻璃钢用聚氨酯涂料急需升级换代，研发一款环保低VOC、玻璃钢上附着力好、装饰性好的水性聚氨酯涂料势在必行。
1实验部分
1.1实验原料
水性丙烯酸聚氨酯涂料由A组分和B组分两个部分组成，A组分由水性羟基丙烯酸分散体、去离子水、颜填料、分散剂、消泡剂、润湿剂、流平剂、成膜助剂和防霉剂组成，B组分由水性异氰酸酯固化剂组成。
1.2制备工艺
组分A制备工艺：将分散剂、润湿剂、PH调节剂、颜填料、去离子水、消泡剂、成膜助剂加入配料罐中，搅拌均匀，高速研磨分散到指定的细度后得到色浆料，在色浆料中加入水性羟基丙烯酸分散体、去离子水、流平剂、杀菌防霉剂、成膜助剂、增稠剂调节体系到指定粘度，搅拌均匀后得到组分A。B组分为水性异氰酸酯固化剂，将A组分与B组分按照一定比例混合均匀，加去离子水调节到合适粘度施工即可。
1.3配方设计
表1 色浆料配方
Table 1 Formula of pigment printing paste
表2 A组分配方
Table 2 Formula of part A
2 结果与讨论
2.1 水性羟基丙烯酸分散体的筛选
水性双组份丙烯酸聚氨酯涂料通过羟基组分与水性异氰酸酯固化剂的反应形成该涂料的树脂体系，水性羟基丙烯酸聚氨酯可将聚氨酯的较高的拉伸强度和抗冲击强度、优异的柔性和耐磨损性能与丙烯酸树脂的优异的耐水性、优异的耐老化性能、较低的成本等许多优点有机地结合起来[4-5]。
水性树脂按照分散形态分类可分为水溶液、水分散体、水乳型，水溶液由于分子上亲水集团，后期涂膜耐水性较差，且羟基含量高，消耗较多异氰酸酯。而水乳型树脂完全靠乳化剂包裹起来才能分散于水中，在体系PH值、温度、搅拌动力等情况下易破乳，后期储存不稳定，因此选用市面应用较普遍的分散体作为主体树脂。
本研究分别选用5种水性羟基丙烯酸分散体，如下表3所示，进行对比试验。
表3不同厂家水性羟基丙烯酸分散体
Table 3 Two-component waterborne hydroxyl acrylic dispersion from different company
表4 漆膜性能测试结果
通过表4对比可知2143H丰满度最好，光泽最高，不同的羟基丙烯酸树脂与固化剂反应后的漆膜光泽度存在差异，原因可能是固化剂亲水改性程度与粒径的不同，造成了其与不同的羟基丙烯酸树脂的相容性存在差异。粒径小的羟基丙烯酸树脂，对固化剂的乳化分散能力强，因此-NCO基团能更好地与-OH接触，形成更致密的涂膜，从而使得光泽升高，且2134H树脂的羟基含量高，更易于与固化剂-NCO基团固化反应，从而形成致密的涂膜，提升光泽，但是2143H树脂羟基含量高，相应的固化剂用量也增大，增加成本。6014树脂因羟基含量偏低，故光泽度一般，但在玻璃钢底材上附着力性能优异，耐候性、耐水性优异，且羟值含量低，相应固化剂用量少，节约成本，综合考虑本实验选用6014作为主体树脂。
2.2固化剂的选择
水性聚氨酯固化剂，多基于TDI、HDI、IPDI等异氰酸单体，通过聚醚或磺酸盐亲水改性，较容易分散于水中。可以改进羟基丙烯酸酯混合物的性能，水性双组份聚氨酯涂料，采用多异氰酸酯交联剂，即含(-NCO)端基的异氰酸酯预聚物，经亲水处理后分散于各种含羟基聚合物中而形成的分散体，与多种含羟基聚合物水分散体组成能在室温固的聚氨酯水性涂料。由于以HDI为原料制备的聚氨酯树脂，具有突出的耐候性，保光保色性好，因此选用改性HDI作为固化剂，待选固化剂如表5所示。
表5不同厂家固化剂
Table 5 Curing agent from different company
固化剂用丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）稀释到固含量70%，分别同6014树脂按照OH：NCO=1:1.2配比配漆，在马口铁板喷涂，恒温室养护7天测性能，检测结果如下表6所示。
表6 漆膜性能测试
通过表6综合对比可知，拜耳的3900固化剂不仅耐水性能突出（玻璃钢底材用户对于耐水性有严格要求），且光泽，附着力等性能优异，从上表可以看出相同的树脂选用不同的固化剂，漆膜的光泽也存在差异，这是因为固化剂的亲水改性程度不同，如HDI三聚体比相同官能度的HDI 缩二脲易分散在水中[6]固化剂的亲水性越高，在羟基树脂中越容易分散，混合后粒子的粒径越小，涂膜表面更致密，制备的涂膜光泽也越高，综合对比，选用拜耳的3900固化剂。
2.3 消泡剂的选择
在水性涂料的生产和施工过程中，空气将不可避免地分散在涂料液体中从而形成泡沫，而水性涂料中的乳化剂、润湿剂以及颜料分散剂等表面活性物质的存在有促进了稳定泡沫的形成，泡沫的存在使得涂料体积变大，影响生产，使施工过程变得难以控制，因此如何消除泡沫并能得到理想效果的板面效果成为了做水性漆首要克服的问题。抑制泡沫的助剂可分为消泡剂和抑泡剂，正常生产涂料时，抑泡剂主要在研磨制浆过程抑制气泡的产生，便于生产，消泡剂主要作用在于施工过程中，及时消除产生的气泡，得到理想漆膜。
本实验选用5种抑泡剂如下表7所示，进行对比试验研究。
表7 不同厂家拟泡剂
按照配方制漆，选用6014树脂和3900固化剂，按照OH：NCO=1:1.2配比配漆，喷大样板对比最终漆膜效果，实验平行进行，无差异，实干后板面结果如表8所示。
表8不同抑泡剂的效果
Table 8 Test results of different defoaming agent
通过对比知道，在6014这个树脂体系里，毕克的抑泡剂024搭配毕克消泡剂028能得到理想的板面效果。有机硅系列是现在水性涂料所用消泡剂的主流产品，其活性部分是聚硅氧烷链段，依靠改性的聚醚链段来控制其相容性。消泡机理消泡剂必须具备以下三个条件，①表面张力低于起泡介质的表面张力②消泡剂和介质间存在一定程度的不相容性③消泡剂的密度应小于介质的密度，以便其在介质表面发挥作用。消泡剂必须与涂料体系有一定的不相容性，相容性太好会导致脱泡失效，相容性过差，会导致产生缩孔之类的负面作用，因此一般的抑制泡沫助剂加量很小，而且一般后期补加的少量消泡剂不会引起漆膜缺陷，而前期研磨时加入的抑泡剂，由于强烈的不混溶性会引起漆膜缺陷，因为涂料体系是千差万别的，一种消泡剂不可能与所有涂料体系都相匹配，所以消泡剂不可能是通用的。
2.4流平剂的选择
水性聚氨酯涂料由于施工固体份较油性的低很多，而且水性聚氨酯涂料粘度太低时容易施工流挂，因此施工粘度远高于油性常用施工粘度（4#杯18-25s）,一般要4#杯35-40S，由于施工粘度过高，喷涂后会自然会出现橘皮现象，影响漆膜的整体美观效果，克服流平性不好这一弊病比较有效的方法是添加合适的流平剂，即能保证漆膜的流平性，又不至于流挂，常用的流平剂种类有三类：①混合溶剂类流平剂，基本由高沸点的芳香烃溶剂、酮类、酯类或多官能团的优良溶剂混合物为主要组成，此流平剂仅适用于改善因干燥太快和基料溶解性不良而产生的流平缺陷，此前配方中已有大量高沸点溶剂，因此实验未对这类流平剂进行筛选。②丙烯酸酯类，这类流平剂多是丙烯酸酯类的共聚物，在通用体系中这些树脂的相容性是受限的，它能迁移到漆膜表面，但对表面张力影响不大，主要是消除表面张力梯度，起流平作用，这类流平剂对底材没有润湿作用，因其不会降低表面张力，所以对层间附着力没有影响。③有机硅类流平剂，有机硅类是指以硅氧键为骨架，硅原子上接有机基团的一类聚合物，绝大多数的有机硅化合物都带有低表面能的侧基，特别是烷烃中表面能最低的甲基，因此有机硅分子有很低的表面能和很低的表面张力，因此具有很好的流平性和光滑感。现对常用的5种流平剂进行实验选择，如下表9所示。
表9不同厂家流平剂
Table 9 Leveling agent from different company
取4个样漆各100g，分别按比例添加各种流平剂，搅拌均匀后，配漆立面喷板，施工粘度都调到35-36s，实干后对比表面效果，结果如表10所示。
表10、流平剂对比结果
Table 10 Test results of different leveling agent
通过对比可知，在6014树脂体系里3570流平剂的流平效果最好而且板面无缺陷，为排除Levaslip409、Glide410和S-400因为过量造成暗包，减少其添加量到0.05%做流平对比试验，结果是仍然有少许暗包，但流平效果不如3570的好，说明这三个有机硅类流平剂虽然加量少，流平效果好，但有一定的稳泡作用，不适合6014这个树脂体系。
3.总结
通过树脂、消泡剂、固化剂和流平剂筛选实验，选择光泽、附着力、耐老化等综合性能优异的树脂，搭配具有优异耐候性的固化剂，制备了玻璃钢用水性聚氨酯产品的初步研发实验，此水性聚氨酯在玻璃钢底材上附着力性能优异，具有极佳的耐水性和高光泽和理想的立面流平效果，各项性能满足客户需求。
参考文献
[1]高金利,牛顺,刘建颖,等.双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料的研制[J].中国涂料,2016,31(4):62-65.
[2] Tawa T, Ito S. Preparation and reactions of hydrophilic isocyanate micelles dispersed in water [J]. Colloid and Polymer Science, 2005, 283(7): 731-737.
[3]瞿金清,李佩妍,陈焕钦,甲基丙烯酸甲酯与水性聚氨酯的共聚反应[J].华南理工大学学报(自然科学版), 2004,32(8): 54-57.
[4]候青顺,张剑秋,张翔飞.聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液的研究进展[J].化工进展,2002,21(11):831-835.
[5]于良民,王秀娟.水性聚氨酯的改性及水性聚氨酯涂料[J].热固性树脂，2007,22(4):44-46.
[6]Reiff H. Polyisocyanate mixtures, a process for their production and their use [P]. US: 5258452, 1993-02-11.
论文作者:杨东伟1,宋联景2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/25
标签：固化剂论文; 水性论文; 聚氨酯论文; 涂料论文; 羟基论文; 树脂论文; 丙烯酸论文; 《基层建设》2018年第14期论文;