0 引 言
聚氨酯亚光清漆的消光就是在配方中加入一定量的消光剂,消光剂在涂料成膜过程中随着溶剂挥发时形成的上下对流而被夹带至涂膜的表层。因表层黏度比较大,所以消光剂就滞留在表层而提高了表层的颜料体积浓度,形成了微细粗糙度表面。当入射光到达表面时发生散射,产生消光的外观。聚氨酯亚光清漆在不同的施工环境和施工方式下经常会出现光泽的不稳定,因此,如何针对聚氨酯亚光清漆的特点,分析其影响消光的因素,实现对光泽的控制是一个成功涂料配方的重要组成部分。本文就影响聚氨酯亚光清漆消光作用的环境因素、施工因素、配方因素等几个方面进行了研究,分析其影响消光的机理,总结了在实际应用和配方设计中如何提高PU亚光清漆的光泽稳定性。
1 试验部分
1.1 试验设备
设备：可调速高速分散机、分散罐、温湿度显示仪、电子天平(感量0.01 g)、恒温恒湿喷房、W-71喷枪、秒表、岩田2＃杯、WGG-S型数字光泽测量仪等。
1.2 原料及配方
主漆：短油醇酸树脂、分散剂、消泡剂、流平剂、聚酰氨蜡浆防沉剂、消光剂(二氧化硅消光粉)、二甲苯、丁酯、PMA。
固化剂：聚二异氰酸酯。
稀释剂：二甲苯、丁酯、PMA等。
1.3 聚氨酯亚光清漆涂膜制备
底材：统一喷过聚氨酯透明底漆的黑色中密度
底板(20 cm×30 cm)。
底板(20 cm×30 cm)。
打磨：600＃砂纸砂光至无亮点。
配漆：主漆-OH:固化剂-NCO＝1:1,加入稀释剂调稀黏度至12 s(岩田2＃杯)。
喷涂：湿膜(110±10)g/m2,干膜厚度25～30 μm。
待干：根据所设定的条件干燥24 h。
1.4 测定方法
通过不同条件制备的涂膜在待干24 h后,用WGG-S型数字光泽测量仪测量。采用85°入射角和60°观测角进行评定。读取数据为五个测试点的算术平均值,各测试点读数与平均值之差不大于平均值的5%。
2 结果与讨论
2.1 环境因素
根据施工现场可能影响光泽的三种因素：温度、湿度、涂膜表面风速分别进行测试。
2.1.1 温度
按1.2、1.3的要求制备涂膜,在同一湿度下不同温度的光泽度如表1。表1表明在同一湿度下,随着温度的上升光泽度明显下降。根据消光的原理入射光只有在粗糙的表面才能产生消光,而且粗糙度越大光泽才会越低。这说明在同等条件下温度影响消光作用是由于：温度的上升加剧了涂膜内部溶剂的上下对流和表面的挥发,致使更多的消光剂随着溶剂的扩散迁移到表层(如图1),同时由于涂膜表层
的黏度上升较快,消光剂在表层的滞留就越多,涂膜表面的粗糙度也就越大,光泽度就越低。因此,在不同温度下要获得稳定的光泽必须调整体系溶剂的挥发速度,选择合适的稀释剂。
2.1.2 湿度
按1.2、1.3的要求制备涂膜,在同一温度下不同湿度的光泽度如表2。表2表明在同一温度下,随着湿度的上升光泽度会缓慢地降低。这主要是空气中的水分与固化剂(聚二异氰酸酯)在涂膜表面发生部分反应,造成涂膜表面的收缩,产生了一定的粗糙度,以致光泽度下降,但影响不明显。
2.1.3 涂膜表面风速
按1.2、1.3的要求制备涂膜,在同一温湿度下不同风速的光泽度如表3。表3表明在同等条件下,随着涂膜表面风速的上升光泽度明显上升。这主要是风促使了涂膜表面的快速表干,从而阻碍了涂膜内部溶剂的扩散和挥发,以致消光剂在涂膜表层的滞留减少,降低表面的粗糙度,光泽度上升。
2.2 施工因素
在现场的施工中也会因操作者的不同施工习惯而造成光泽度的不稳定,主要体现在：涂布量、施工方式等。以下就这些因素进行讨论。
2.2.1 涂布量
在同等条件下,根据现场施工允许的范围内分别测试：90 g/m2、110 g/m2、140 g/m2、170 g/m2。在同等条件下不同涂布量的光泽度如表4。表4表明在相同条件下,涂布量越大光泽度就越高。这主要取决于消光剂的粒径与涂膜厚度的平衡关系,很明显在消光剂粒径固定的情况下,随着的涂布量增加涂膜不断变厚,当消光剂的粒径远小于涂膜厚度时,消光剂滞留在表层的颗粒会减少,形成的表面粗糙度降低,消光度就会上升。相反涂布量减少光泽度就下降,但过少时会影响涂膜的外观和手感。所以只有采取合适的涂布量才能达到很好的消光效果,又有很好的涂膜平整度。
2.2.2 施工方式
目前聚氨酯亚光清漆的施工方式主要有：立面喷涂、平面喷涂、立面刷涂、平面刷涂、二次重涂、湿碰湿重涂等。这些同样会对光泽度有一定的影响,其主要原理与2.2.1相同,在实际应用中,由于立面施工要考虑到是否会流挂,所以施工时涂布量往往比平面施工的少,加上立面的涂膜中消光剂不会因为产生下沉而降低消光,因此立面施工比平面施工消光度要低；至于喷涂和刷涂,一般刷涂的光泽度要低于喷涂,因为刷涂的涂膜没有喷涂的平整,而且刷子走动的过程增加了涂膜与空气的接触面,从而加剧溶剂的挥发,提高了消光作用；二次重涂和湿碰湿重涂主要区别是涂布量,二次重涂是涂膜干燥后打磨再喷涂涂料,因此涂布量不变,光泽不会有较大变化。而湿碰湿重涂则是在涂膜表干(未实干)再喷涂涂料,底层和上层之间有一定的相溶,相当于增加了涂布量,所以光泽度会增加。总之,在现场的施工应用中要获得稳定的光泽度必须考虑涂布量和施工方式对消光作用的影响,只有平衡两者的关系才能达到较好的效果。
2.3 配方因素
在聚氨酯亚光清漆的配方中对光泽度影响的因素主要有：树脂、固化剂、改性物质、溶剂、消光剂等原材料。下面就配方中常用的原材料的类型、特性、用量对光泽度的影响进行讨论。
2.3.1 树脂
在同等条件下,采用了等固含量的常用豆油醇酸树脂、蓖麻油醇酸树脂、椰子油醇酸树脂进行测试。结果如表5。
表5表明在同一配方体系中等固含量的不同类型的树脂对消光作用的影响不大。但在测试过程中发现树脂的玻璃化温度越高其消光性越好,这主要是不同玻璃化温度的树脂会影响湿涂膜中溶剂的释放性,玻璃化温度高的树脂有利于溶剂的释放,从而加快了涂膜内部溶剂的对流和表层黏度的增加,造成消光剂更多的滞留,所以消光性会好一些。
2.3.2 固化剂
采用同一主漆,按-OH:-NCO＝1:1的配比制备涂膜,分别对TDI加成物、TDI三聚体、TDI/HDI混合三聚体进行测试。结果如表6。
表6表明TDI三聚体和TDI/HDI混合三聚体的消光作用明显优于TDI加成物。这可能要取决于固化剂的玻璃化温度和其与溶剂的相溶性。TDI三聚体固化剂和TDI/HDI混合三聚体的玻璃化温度都比较高,所以在成膜过程中由于其自干性和对溶剂的释放性,使得湿涂膜迅速增稠,在短时间内凝定消光剂,使消光剂的排布更有利于消光；同时随着溶剂的挥发,固化剂的不相溶性同样会提高湿涂膜的黏度,起到对消光的帮助。通过试验发现TDI三聚体固化剂对消光作用影响大,所以我们对TDI三聚体固化剂在同一配方中的使用量做了进一步试验。参考配方：TDI三聚体固化剂+TDI加成物固化剂,配方固含量为50％。不同TDI三聚体固化剂加入量的光泽度如表7。表7表明在同一主漆的情况下,随着TDI三聚体固化剂加入量的增加,光泽度明显下降。其中加入量为15％～40％对消光作用明显,而且可以获得较好的物理性能,因此在这一范围的选择利于我们设计高消光效率的聚氨酯亚光清漆。
2.3.3 改性物质
在聚氨酯亚光清漆中使用的改性物质有：硝酸纤维素(NC)、醋酸丁酸纤维素(CAB),主要是改善涂料的施工性能和物理性能,但同时对消光作用也有一定的影响。本试验是将两种改性物质按2％固体分添加到聚氨酯亚光清漆中,分别评价其光泽度。两种改性物质的光泽度如表8。表8表明改性物质的加入可以提高消光作用。这主要是由于以上两种改性物质属于自干性的树脂,具有较高的Tg(都在50 ℃左右),对溶剂有良好的释放性,所以有利于消光。其中硝酸纤维素消光效果尤为明显,除了其对溶剂有好的释放性还跟它与苯类溶剂和固化剂的不相溶性有关。在涂料的成膜过程中,随着溶剂的挥发,硝酸纤维素和固化剂的体积浓度不断提高,两者的不相溶性必然会迅速增加涂膜的黏度,从而增加了消光剂在表面的滞留,消光性自然提高了。因此,选用合适的改性物质不仅可以改善聚氨酯亚光清漆的施工性能和物理性能,同时也可以提高消光作用。
2.3.4 溶剂
在聚氨酯亚光清漆中常用的溶剂及参数如表9。
本试验按参考配方:①二甲苯50％+乙酯50％、②二甲苯50％+丁酯50％、③二甲苯50％+PMA50％、④二甲苯50％+环己酮50％、⑤丁酯50％+甲苯50％、⑥丁酯50％+三甲苯50％作为聚氨酯亚光清漆的稀释剂,在制备涂膜时加入并分别评价其对光泽度的影响。不同溶剂组合后的光泽度如表10。
本试验按参考配方:①二甲苯50％+乙酯50％、②二甲苯50％+丁酯50％、③二甲苯50％+PMA50％、④二甲苯50％+环己酮50％、⑤丁酯50％+甲苯50％、⑥丁酯50％+三甲苯50％作为聚氨酯亚光清漆的稀释剂,在制备涂膜时加入并分别评价其对光泽度的影响。不同溶剂组合后的光泽度如表10。
