高档亚光树脂及可重涂镜面木器亚光清漆的研制

　　李相权1,2
　　
　　（1.柳州市天都装饰工程有限公司，广西柳州545001；2.浙江南方涂料工业有限公司，浙江东阳322100）
　　
　　摘要：严格控制工艺条件和树脂的分子结构并使树脂的相对分子质量分布尽可能窄，活性基团的分布尽量均匀，从而制备性能优异的醇酸树脂。以该树脂为基料配制亚光清漆并与其它同类产品进行了性能对比，讨论了影响亚光清漆性能的各种因素。
　　
　　关键词：醇酸树脂；亚光清漆；木器涂料
　　
　　1引言
　　
　　随着人们物质文化生活水平的提高，消费者对家具的涂装效果要求亦越来越高，从而带动了国内木器涂料的快速增长。家具表面的涂装效果将直接影响消费者对家具的选择，这对木器涂料提出了更高的要求。木器亚光涂料手感柔和细腻，给人一种优雅舒适的感觉，适应现代的美学观，很受大家的青睐，在家具涂料市场上占据大部分市场份额。在生产亚光涂料时需要使用消光粉，其在涂料中的防沉及均匀排列成为影响涂装质量的关键因素，在喷涂时常常出现发花、流平不佳等弊病。针对这种情况，开发了一种流平性及润湿性优异的亚光涂料用醇酸树脂，用其制备PU亚光清漆可有效解决上述问题。
　　
　　2试验部分
　　
　　2.1原材料
　　
　　油酸、苯酐、顺酐、新戊二醇、季戊四醇、BYK公司助剂、ED-2、二甲苯、醋酸丁酯、DBE、PMA、防沉剂，均为工业品。
　　
　　2.2醇酸树脂的合成
　　
　　将油酸、苯酐、顺酐、新戊二醇和季戊四醇加入到反应釜中，通入N2并升温，待有回流时保温1h，然后以10℃/h的速率升温到200℃，保温酯化，合格后降温对稀。合成的醇酸树脂的技术指标见表1。

　　表1醇酸树脂的技术指标

　　2.3镜面亚光清漆的制备

　　镜面亚光清漆的配方见表2。

　　将制备的亚光清漆和市场上流行的某公司的产品进行比较，结果见表3。

　　3结果与讨论
　　
　　3.1醇酸树脂的合成　　醇酸树脂的相对分子质量及其分布是影响涂料性能的重要因素。树脂的相对分子质量及其分布不同，极（活）性基团的大小和分布的差异都会影响到对消光粉的润湿能力，影响涂膜的性能。为获得较好的涂膜，树脂的相对分子质量分布应尽可能窄，这样使树脂的黏度适中，涂装时对底材湿润好，渗透能力强，流平性及丰满度佳，不易产生缩孔等缺陷。否则相对分子质量分布过宽，黏度也明显增加，在固化过程中，不能与涂料的其它组分很好地相容，涂层的表面张力不易达到平衡，涂膜易出现缩孔、橘皮等弊病。醇酸树脂的相对分子质量太小，树脂黏度低，虽然流平性好，但干燥慢，溶剂释放差，不易消光；同时树脂的极性大，吸附力强，对消光粉的吸附层薄，分散稳定性差，易出现絮凝，造成涂膜发花，在施工时易流挂，涂膜机械性能较差。相对分子质量太大，黏度高，干燥快，易消光，不过很难制备高固体分涂料，在配漆或施工时要加入大量溶剂，严重影响涂膜的丰满度，流平性不好，并且消光粉在体系中的湿润能力差，很难均匀地分散在高分子树脂骨架结构中，会使涂料在贮存过程中发生絮凝，造成涂膜发花。适当的相对分子质量范围，树脂不仅流平性好，湿润能力强，赋予涂料较好的施工性能，而且涂膜性能超群。由于醇酸树脂分子结构的复杂性，处于不同位置的羟基活性有较大的差别，如较长的脂肪酸支链可导致相邻的羟基在固化反应中受到空间位阻的影响而降低反应活性，部分羟基活性低不能参与交联反应，从而影响涂膜的交联密度。通过合理设计树脂的分子结构及羟基的分布，在树脂分子中引入较多的活性基团，并将活性基团更多地设计在支链上，使之成为有效的交联点。此设计可提高树脂的活性，避免主链上过多的活性基团因支链的屏蔽作用无法实现交联而残留在涂膜中降低性能，同时适当降低树脂的相对分子质量及黏度，使基团固化成膜时与NCO交联成网状结构，提高涂膜性能。季戊四醇分子中有4个羟基，反应活性大，使树脂轻度交联，成为网状结构，提高交联密度，具有较高的干性与硬度，易消光，但官能度太高，反应不易控制。用新戊二醇调整官能度，使反应平稳进行，其支链结构有利于降低树脂的极性，提高树脂在烃类溶剂中的溶解性，促进了溶剂化倾向，即在相对分子质量高的情况下黏度低。两者合理搭配，在酯化反应后树脂中留下的羟基都是伯羟基，空间位阻小，反应活性高，同时合成的树脂玻璃化温度高，利于溶剂释放，从而加快涂膜内部溶剂的对流和表层黏度的增加，造成消光粉更多地滞留，消光性变好。制备的树脂黏度低，流平性好，易湿润消光粉，释放溶剂快，可减少消光粉用量，提高涂膜的透明度，丰满度亦好。在树脂合成中升温速率对树脂结构及性能有很大的影响。多元醇中不同位置的羟基与一元酸、多元酸的反应活性不同，而且随着温度的不同存在差异，因此温度控制关系到树脂分子结构和相对分子质量的分布。升温过快会导致低沸点物料来不及反应就流失了，影响原始投料配方的准确性，使生成的树脂相对分子质量分布太宽，相对分子质量高，黏度大，而且反应不平稳，难以控制。升温太慢有利于低相对分子质量的产物的产生，树脂反应程度低，但导致树脂的黏度过低，不利于消光，涂膜性能也差。只有严格控制工艺条件及合理的升温速率，才能有利于反应平稳进行。控制树脂的分子结构及相对分子质量分布，使树脂相对分子质量分布尽可能窄，活性基团的分布尽量均匀，从而制备性能优异的醇酸树脂。
　　
　　3.2消光粉的选择
　　
　　消光粉在亚光清漆中的作用最为关键，直接影响到涂膜的消光作用。目前常用的消光粉主要是二氧化硅和有机蜡粉，其中二氧化硅的消光作用最为明显，其性能主要由空隙率、粒径大小、表面处理方法等决定。试验证明：在同等条件下二氧化硅的粒径越大、空隙率越大消光作用越好；无蜡处理比有蜡处理消光好；加入量越多消光作用越好。不过经蜡处理的二氧化硅及蜡粉虽可提高涂膜的表面性能，如提高涂膜的抗划伤性，增强滑爽性，但影响涂膜的透明度与重涂性，本试验不选用。选用ED-2消光粉，其粒径小，粒径分布均匀，无表面处理，空隙率大，折光系数和树脂相近，消光效率高，涂膜透明度好，易于分散，悬浮性良好，黏度增加非常小，手感细腻，适于制备可重涂的镜面亚光清漆。
　　
　　3.3助剂的影响
　　
　　要想获得丰满如镜面般的亚光效果，就要选择合适的助剂使消光粉均匀地分散在漆液中不发生沉淀，成膜时又能展布于涂膜表面，达到流平与防流挂和防沉淀的平衡。选择的助剂要尽量不影响涂膜的透明度与重涂性。
　　
　　3.3.1分散剂
　　
　　消光粉的分散效果越好，越容易接近原始粒径，涂膜的透明性越好，同时消光粉均匀分散于涂膜中而成膜时又能展布于涂膜表面，避免消光粉聚集及层叠增多而导致不透明的现象出现，分散剂选择十分重要。选择改性嵌段结构的共聚物分散剂，其具有独特的双基团结构，分子一端的锚定基和消光粉形成结构吸引，在消光粉分散过程中，锚定基优先吸附于消光粉粒子的表面并牢牢地固定在上面，形成一种只有树脂介质才能够出入的吸附层，使消光粉粒子被树脂充分润湿，从而起到固定、稳定、分散消光粉的作用。另一端缔合基通过和树脂分子上的羟基、羧基等形成一定的缔合结构，形成更大形式的大分子整体结构及长链空间位阻使锚定的消光粉稳定，均匀地分布在涂料体系中，实现消光粉粒子的稳定分散，分布均匀，使其处于稳定状态，从而防止消光粉沉降、团聚等不良现象的发生，使亚光涂料的光泽更加均匀。
　　
　　3.3.2消泡剂
　　
　　木器亚光清漆由于含有相当多的表面活性剂，容易产生气泡，在生产及施工过程中也会产生气泡，需要加入适宜的消泡剂。选择一种改性聚硅氧烷型消泡剂，可有效消除气泡又不会产生表面雾化及缩孔现象，而且对本体系的流平和光滑度有一定的帮助。

　　 　　3.3.3流平剂
　　
　　在涂料成膜过程中，随着溶剂不断挥发，涂膜表面黏度增加，温度下降，表面密度和张力增大，并向底部下沉；由于涂膜下部溶剂多，表面张力低，将产生一种推动力，使底部涂料向上层移动，并在表面扩散，促使溶剂挥发，这种上下流动反复进行，从而出现涡流。消光粉自然而然参与了这种流动，当消光粉的流动性发生差异时，消光粉随之分离，就会出现发花现象。流平剂一般通过与涂料体系的一种可控制的不相容来降低体系的表面张力，减少表面张力梯度差而引起的涂膜弊病，促使涂膜流平，改善发花等弊病。选择一种对重涂性影响很小的聚酯改性硅烷流平剂，其表面张力很低，可大大降低涂料体系的表面张力，使之小于底材的表面张力，从而增进涂料对基材的润湿能力，避免发生表面张力差异，保证涂膜表面流平，消除表面缺陷，增进涂膜的滑爽性，改善涂装效果。而且聚硅氧烷类流平剂与涂料体系具有或多或少的不混溶性，在表面张力低时，可产生蠕动作用，迁移到涂膜表面形成一个单分子层改变涂料的流动性，保证涂膜表面张力的均匀化，提高抗缩孔能力，防止涡流产生，使消光粉排列均匀，获得均匀的消光效果，使涂料施工后形成平整光滑如镜面般的涂膜。
　　
　　3.3.4防沉剂
　　
　　为获得较好的外观装饰效果，一般涂膜喷涂较厚，而亚光清漆一般选择黏度相对较低的树脂，导致涂料的抗流挂性能降低，但涂料的流平需要较低的黏度，为确保涂料良好的施工性和流平性，一定要提高消光粉的抗沉降性和抗流挂性，加入合适的防沉剂可解决这一问题。BYK410改性脲是一种新的防沉剂，由于脲键的存在，加入清漆中可产生一种氢键作用力，在涂料中形成一种疏松的三维网状结构，它与传统的防沉降产品产生协调作用，提供一定的触变性，使体系中的消光粉在贮存时有一个良好的状态。三维网状结构将消光粉托住，有效防止其沉降，不会发生沉淀，施工时氢键网状结构被打开，涂料体系黏度暂时降低，并在黏度的滞后恢复期间保持低黏度，显示良好的涂膜流平性。一旦已经流平，网状结构在几秒内便可建立，黏度又逐步恢复，起到防止流挂的作用，使涂料流平和流挂达到适当平衡，同时使消光粉在溶剂释放后有一个好的排布，确保光泽均匀。
　　
　　3.4固化剂的影响
　　
　　TDI/TMP加成物具较高的光泽，不易消光，一般与TDI三聚体拼用，可减少消光粉的用量，提高涂膜的透明性。TDI三聚体的Tg高及与溶剂的相容性差，在成膜过程中，由于其自干性和对溶剂的释放性，使湿膜迅速增稠，在短时间内凝定消光粉，使消光粉的排布有利于消光。同时，随着溶剂的挥发，固化剂的不相容性同样会提高涂膜黏度，起到帮助消光的作用。随着TDI三聚体用量的增多，亚光清漆表干速率加快，涂膜光泽下降，流平性变差，涂膜变脆，耐冲击性下降，容易开裂，用量为30%时涂膜性能较好。固化剂应尽量选用进口TDI三聚体与TDI/TMP加成物，其相对分子质量小，分布均匀，黏度低，有利于配制高固体分涂料，使涂膜流平丰满，形成镜面效果。三聚体用量对亚光清漆的影响见表4。

　　表4三聚体用量对亚光清漆的影响

　　3.5溶剂的影响
　　
　　溶剂在涂料中的作用主要是调节涂料的施工黏度和挥发速率，从而控制涂膜的流平性和厚度，改善涂膜外观，提高丰满度。溶剂选择不好，会引起各种弊病，如低沸点溶剂过多，喷涂时就会挥发太快，使涂膜表干时间缩短，不但会产生表面张力差，涂膜流平变差，还会破坏溶剂平衡，一部分树脂会因强溶剂的减少而使吸附的消光粉析出造成涂膜发花，易出现针孔、发白、光泽下降等现象，还会出现凝聚的颗粒影响涂膜的表面平整度。高沸点溶剂过多，喷涂时易流挂，产生边缘过厚。由于涂料黏度上升过缓，涂膜流动时间过长，也会出现发花，涂膜起泡，增加涂膜内溶剂的残留量，光泽变高，影响涂膜性能。应根据天气、施工环境等因素选择合适的溶剂体系，使稀释剂既有良好的溶解力又有合理的挥发速率，保证涂料在喷涂时黏度较小而固体含量较高，改进涂料对底材的润湿能力，增加附着力，赋予涂料最佳的流动性和流平性，使涂料表面开放时间较长，有充足的流平时间使涂膜丰满平滑，增强涂膜表面的镜面效果，但又无流挂、快干、无缩孔、无起泡，保证涂膜的优异性能。应选用毒性较低的有机溶剂，以避免对人体健康造成不良影响。

　　 　　4结语
　　
　　合成一种流平性及湿润性好、消光性优异的低黏度醇酸树脂，用其制备的亚光清漆在贮存时不沉淀，高固低黏，流平性好，一次成膜厚而不产生流挂，获得手感细腻滑爽、如镜面般丰满的装饰效果，提升了产品的品质，而且可减少施工遍数，省时，省力，省能源，并减少环境污染。