利用PU樹脂解決壓痕問題
壓痕的產生:
1.水性樹脂
水性樹脂在整個涂料產品中占有最大的比重,也是產生壓痕的主要原因。當前,水性木器涂料用樹脂主要有水性聚氨酯(PU)、水性丙烯酸、水性聚氨酯改性丙烯酸3大類。其中,以丙烯酸類為主,由于其相對于比較便宜,有更好的性價比,較容易為市場接受。但丙烯酸類樹脂有“熱軟冷脆”的特點,尤其是單組分丙烯酸,即便是溶劑型體系,樹脂選擇不當也會產生嚴重的粘連問題。盡管不同廠家的水性丙烯酸類樹脂會有不同程度的改性,但在水性體系中,該問題依舊嚴重。引入羥基后的雙組分丙烯酸體系因為有化學交聯反應,這一缺點有了很大的改善,但在水性體系中,該問題依舊存在,特別是“高溫回粘”。相對于丙烯酸涂料而言,聚氨酯涂料沒有“高溫回粘”的擔憂,但水性聚氨酯的成膜過程與溶劑型聚氨酯(PU涂料)的成膜過程完全不同,前者主要是物理堆積成膜,后者是化學交聯成膜。成膜過程不同導致二者涂膜性能差別較大。盡管水性聚氨酯沒有“高溫回粘”的缺點,但其本身涂膜硬度不夠高,在生產過程中部件的轉移或成品運輸過程中仍然容易出現粘連或壓痕。因此,在涂膜較厚的家具產品上,無論是水性丙烯酸還是水性聚氨酯都難以勝任。雙組分水性丙烯酸由于固化劑的加入改變了其部分成膜結構,使其性能有了很大的提高,但由于其交聯密度不高,一般也只能滿足一些對抗壓痕不太高、不需要長途運輸的家具產品,如一些酒店家具。但對抗壓痕要求高、需要長途運輸的家具則仍力所不及。
2.水分及其他溶劑的殘留
在水性木器涂料干燥過程中,導致其干燥慢的又一個重要原因就是水及少量高沸點溶劑的殘留。水性樹脂的表干主要是通過水的揮發來實現的,但還與水性樹脂本身的結構有關。如在同樣條件下,同等固體含量的水性樹脂其干燥(表干和實干)速度不同就能說明這一點。水性樹脂是通過乳化劑或親水基團的嫁接把本來疏水的高分子樹脂分散在水中的。由于前者在外觀、消泡性等方面有一定缺陷,目前,市面上較多的水性樹脂是通過后種方法制作的。不同的親水方式及不同的親水基團對水及其他少量溶劑的釋放性不同,導致了不同方法合成的水性樹脂干燥(表干和實干)速度不同。這也表明技術方法可以縮短水性樹脂的干燥時間。市面上已經有一些干燥較快的水性樹脂也證實了這一點。在水性木器涂料的制作時,為了保證常溫或較低溫度下能很好成膜,還必須添加一些成膜助劑,尤其是一些Tg高的丙烯酸樹脂,成膜助劑添加量可能需5%以上。在成膜性試驗中,盡管不同樹脂對成膜助劑具有一定的選擇性,但一般來講,成膜性好的成膜助劑往往都有較高的沸點,這些成膜助劑的沸點往往遠高于水,其與水的混合溶劑在涂膜中短期內難以完全揮發,影響涂膜硬度上升。尤其是具有一定增塑效果的成膜助劑,如乳膠漆中常用的Texanal,其在較長的一段時間內都會影響涂膜的硬度上升。另一方面,為了防止水性木器涂料在儲存運輸過程中凍壞,還必須添加少量的防凍劑,如丙二醇。這些溶劑的存在也會影響涂膜的干燥速度,甚至是最終硬度。
2.2水性固化劑
水性固化劑能大大改善雙組分水性木器涂料涂膜的綜合性能,其成為壓痕問題的重要原因主要表現在其影響涂膜的干燥時間。目前,水性固化劑主要以水可稀釋的水性異氰酸酯為主,主要有HDI和IPDI兩種類型。在溶劑型體系中,這兩類固化劑都因其有很好的耐黃變性,而被廣泛應用于戶外建筑涂料或耐黃變型木器涂料中。但由于其固化速度相對于TDI類固化劑慢很多,用于木器涂料時一般會拼入一些TDI類固化劑以加快干燥速度并降低成本。而在水性體系中,因TDI類固化劑與水反應速度較快而難以被應用。這就注定了這種雙組分水性體系的固化過程是較慢的。還有一點不同的是,在溶劑型PU體系中,如果含—OH組分沒有固化劑或固化劑不夠,涂膜會不干或慢干。而在水性體系中,水性樹脂—OH含量一般都比較低,甚至不含—OH。因此,很多雙組分水性樹脂本身可以干燥,并且比加固化劑后的體系快。因此,固化劑的加入反而降低了涂膜的干燥速度。
壓痕的解決方法:
在常用的解決方法中,除了樹脂的選擇和固化劑的搭配是從涂層的主要成膜物著手外,粉體和蠟漿等方法都是從輔助成膜物著手,不能從根本上解決問題。要想從根本上解決這個問題,還必須從涂膜的主要成膜結構入手。在壓痕問題的分析中,我們已得知該問題產生的三個根本原因。其中,最主要的原因是水性樹脂的選擇、水及少量高沸點溶劑的殘留,而水性固化劑方面我們改變的空間十分有限。顯然,在水性清漆體系中,固化劑的引入改變了涂膜的化學結構,從而大大改善了涂膜的綜合性能。除了固化劑外,還有一種改變涂膜結構的方法就是引入水性UV樹脂。我們知道UV涂料具有硬度高、固化快、涂層剛性強的特點,水性UV樹脂也有類似的性質。試驗表明,在雙組分水性清漆體系中加入一定的水性UV樹脂,使之成膜過程具有異氰酸酯和紫外光雙重固化交聯,可以大大提高雙組分清漆涂膜的硬度、抗粘連、抗壓痕等性能。在硬度測試中,這種雙固化涂層在木板上的硬度可達2H(中華鉛筆),超過常用的普通溶劑型PU樹脂硬度H(平衡試驗比較);在60℃、6h抗壓痕測試中,其抗壓痕與常用的普通溶劑PU樹脂相當。說明這種雙固化涂層可以滿足家具在生產及長途運輸過程中的抗粘連、抗壓痕要求.