水性聚氨酯的应用
日期：2022-01-06
浏览：
134 核心提示：0 引言近年来，上低碳的呼声越来越高。在国内，人们对健康、环境以及可持续发展的关注程度也在进一步提升，对水性涂料的认知
0 引言
近年来，上“低碳”的呼声越来越高。在国内，人们对健康、环境以及可持续发展的关注程度也在进一步提升，对水性涂料的认知度大幅提高。涂料水性化的趋势已经形成并且显得尤为紧迫。各学校及企业研发机构对涂料产品的水性化工作也进行得如火如荼。聚氨酯为官能性高分子，可以通过改变其组成来调控其物理化学性质，此一特性使其可应用在油漆、粘合剂、弹性体等方面。由于传统的溶剂型聚氨酯含有大量的溶剂且会残余有毒单体，对环境和健康具有危害性，因此溶剂型聚氨酯已在逐渐被水性聚氨酯所取代。水性聚氨酯以水分散介质，在木器涂料、工业涂料、皮革涂饰、粘合剂等行业受到广泛关注，并得到实际应用。本文结合本公司10 年来科研攻关开发的各种水性聚氨酯产品及客户应用的实际经验，探讨了水性聚氨酯在不同行业领域中的应用。
1 水性聚氨酯木器涂料
1.1 简述
木器家具用的油漆水性化已经进入了快速发展期，但是水性木器漆的性能还存在着各种各样的缺陷，比如0.5成膜后的耐水性、耐醇性、耐高温性能的不足就直接影响了产品的广泛应用。因此，围绕产品的这几方面性能进行研究改性成为各研发机构和研究人员的主要工作内容。经过10 年来的潜心研究和攻关，本公司开发出了适合水性木器漆用的耐水耐醇性好且硬度高的水性聚氨酯产品，在珠三角和长三角地区应用后，得到水性木器漆客户的认可。
1.2 树脂选型
底漆：ADM-FD106、ADM-FD108、ADM-F206；
面漆：ADM-F206、ADM-F206A、ADM-Z719、Z208。
1.3 水性聚氨酯底漆
1.3.1 底漆树脂及助剂选型
水性木器底漆的打磨性、封底性、高固含与高透明度是基本要求，因此选择水性树脂时要注意固含量、打磨性、渗透性这几方面的性能，ADM-FD106、ADM-FD108 这两款产品固含量高，比较硬，容易打磨，黏度低，渗透性好，比较适合做底漆。另外，填料的选择也要做到好打磨，填充性好、透明度高，分散容易，密度尽可能做到与树脂一致或者接近。
1.3.2 底漆基本配方
水性聚氨酯底漆参考配方见表1。
工艺：
① 将原料6、7 加入到原料1 中搅拌5 min；
② 将原料2、3、4 混合均匀慢慢倒入步骤①制得的混合物中，将原料5 与水按1∶7 比例混合均匀倒入乳液中；
③ 加入8 及适量的增稠剂搅拌20~30 min；
④ 静置2 h，过滤，装桶。
1.4 水性聚氨酯面漆
1.4.1 水性中涂漆
中涂漆作为承上启下的过渡层，对涂料终形成的丰满度、附着力和其他机械性能及耐候性能均非常重要，既要与底漆的附着力好，又要不影响面漆的附着力，透明度要高，打磨性要好，重要的是比终面漆的成本低。因此在选型上可采用ADM-F206 这一款树脂产品。
工艺：
① 准确称量原料1；
② 将原料6 配成12.5%的水溶液(按流平剂∶水=1∶7)，表中“0.1”为12.5%的水溶液的用量；
③ 将原料3、4、5 预混于原料2 中，在高速搅拌下加入步骤①中的原料，然后中速搅拌下加入步骤②制得的混合物中，搅拌30 min；
④ 静置2 h，过滤、装桶。
1.4.2 水性聚氨酯高光面漆
水性聚氨酯高光面漆参考配方见表3。水性高光面漆是终的涂层，表面要求比较高。一般要求光泽高，手感好；耐水、耐一般有机溶剂；硬度高、抗刮伤性好；抗高温不返粘，室外用的还需要耐候性好；要求比较苛刻。因此，在选型上要注意选有以上性能要求的产品。室内用的可选ADM-F206A ， 室外用的可选用ADM-Z719 或者ADM-Z208。
工艺：
① 准确称量原料1。
② 将原料3、4、5、6 混合搅拌均匀，再加入原料2，搅拌30 min。
③ 将步骤②制得的混合物在搅拌状态下缓慢加入到步骤①中原料，搅拌30~60 min，可根据施工要求添加适量增稠剂，以达到合适的施工黏度。
④ 静置2 h 以上，过滤，装桶。
1.4.3 水性聚氨酯亚光面漆
水性聚氨酯面漆一般分为：高光、亮光、半亚、亚光，目前流行的是亚光漆。亚光漆和半亚漆主要是指漆膜的光泽。一般半亚漆的光泽应在40~60 之间(60°)。亚光漆光泽应在20 以下(60°)。涂刷后半亚漆漆膜较淡雅，亚光漆漆面比较柔和，漆膜更有质感和丝滑感。
工艺：
① 准确称量原料1；
② 将⑦在搅拌状态下加入到步骤①中的原料，搅拌10 min；
③ 将原料3、4、5、6 混合搅拌均匀，再加入原料2，搅拌30 min；
④ 将步骤③制得的混合物在搅拌状态下缓慢加入到步骤②制得的混合物中，搅拌30~60 min，可根据施工要求添加适量增稠剂，以达到合适的施工黏度；
⑤ 静置2 h 以上，过滤，装桶；
⑥ 亚浆的调制：哑光粉35 份、分散剂5 份、乙二醇丁醚10 份、水50 份，搅拌均匀。
1.4.4 水性聚氨酯色漆
木器用水性聚氨酯色漆用量比较大的是白漆，其次是黑漆，其他颜色一般用擦色宝先将木材进行擦色处理，然后用高光或者亚光面漆涂1~2 遍即可，不必制作专门的色漆。表5 是水性聚氨酯白色面漆的参考配方。
工艺：
① 将原料6 按流平剂∶水=1∶7 调成12.5%的溶液；
② 将原料4、5 溶于原料3，然后与原料2 混合，搅拌均匀；
③ 称量原料1，将原料8 加入到原料1 中，搅拌状态下缓缓加入原料7，然后加入步骤①、②制得的混合物，分散20 min，放入研磨机研磨原料2 遍；
④ 适量添加增稠剂；
⑤ 过滤，装桶；
⑥ 原料6 加量0.3 kg 为配成12.5%水溶液的用量。
1.5 注意事项
水性聚氨酯木器涂料的溶剂是水，因为水的沸点比较高，因此干燥速度比较慢，所以在制造水性木器漆的过程中要尽量减少助剂的品种，并且助剂和高沸点的溶剂的添加量也要尽量在符合使用要求上减少量。另外，添加助剂时要注意搅拌速度和助剂的添加速度，搅拌速度宜控制在600~1 000 r/min 左右，助剂添加速度一定要缓慢加入，不要一次性加进去再进行搅拌或者在搅拌状态下快速加入，否则助剂在油漆里的分散均匀度会很差，可能造成某些涂布弊病或者分层。
2 水性聚氨酯上光油和油墨用树脂
2.1 水性聚氨酯上光油
水性聚氨酯上光油具有无色、无味、无有机挥发物，有良好的光泽性、耐折性、耐磨性和耐化学药品性，无职业性危害等特点。在操作中可消除对人体的危害及给环境带来的污染，已越来越被食品、烟草印刷企业所重视。
(1) 水性聚氨酯上光油树脂选型
水性上光油主要由主剂、溶剂、辅助剂三大类组成。水性上光油的主剂是成膜树脂，通常是合成树脂，它影响和支配着深层的各种物理性能和膜层的上光品质、如光泽性、附着性、干燥性等。树脂作为水性上光油主要的成膜物，对上光油的黏度、附着力、光泽、滑爽和抗刮伤以及印刷适应性有着直接的影响。树脂的选择必须符合以上的使用要求，水性烟包印刷用光油对VOC 的要求比较严格，除去苯系物外，对疑似苯系物也不能出现，以下系列产品不含有苯系物和疑似苯系物，非常适合做烟包印刷用的水性上光油：ADM-Z7224，ADM-1040，ADM-F236，ADM-Z736，ADM-F217。
(2) 水性聚氨酯上光油的制备
水性聚氨酯上光油参考配方见表6。
工艺：
① 准确称量原料1；
② 将原料3、4、5、6 混合搅拌均匀，再加入原料2，搅拌30 min；
③ 将步骤②制得的混合物在搅拌状态下缓慢加入到步骤①中的原料，搅拌30~60 min，可根据涂布要求和涂布方式添加适量增稠剂，以达到合适的涂布黏度；
④ 静置2 h 以上，过滤装桶。
注意：如果上光油的表面还要进行后印刷，在添加抗刮耐磨助剂时要进行应用评价，对于影响后印刷油墨的附着力的助剂不能添加。
2.2 水性聚氨酯油墨
水性聚氨酯油墨具有高光耐水、强附着、干性可调、色彩鲜艳、层次清晰、无毒不燃、耐候、粘稠易控等特点，与其他水性油墨相比，对各种承印物材料具有广泛的适应性。被列为环境友好型印刷用水性油墨的连接料。水性聚氨酯树脂与其他类型的水性树脂相比，在耐磨性、耐水、耐化学性、抗冲击性以及柔韧与硬度的平衡性方面更具优势，代表了现代印刷的发展方向。
2.3.1 油墨用树脂选型
水性聚氨酯油墨由于自身的优势以及与其他树脂良好的相容性，正不断地得到完善并开拓越来越广泛的应用领域。目前，水性聚氨酯油墨越来越受到人们的重视。水性聚氨酯油墨应用主要以柔性版印刷和凹版印刷为主，在国外，已经得到广泛的应用。水性聚氨酯油墨性能主要表现在墨稳定性好、亮度高、着色力强，附着牢度高。因此，在选型上要注意兼顾这些性能的平衡。制造烟包用水性印刷油墨可以选以下产品：ADM-F207，ADM-F209，ADM-F756，ADM-F709，ADM-F719 等。
2.2.2 油墨制备
(1) 水性聚氨酯白色油墨
水性聚氨酯白色油墨参考配方见表7。
工艺：
① 准确称量原料1；
② 将原料4、5、6、7 混合搅拌均匀，再加入原料2，搅拌30 min；
③ 将步骤②制得的混合物在搅拌状态下缓慢加入到步骤①中的原料，搅拌10 min，再缓慢加入原料3，搅拌30~60 min。后添加适量增稠剂，以达到合适的黏度；
④ 静置2 h 以上，挤出式过滤，装桶。
(2) 水性聚氨酯黑色油墨参考配方
水性聚氨酯黑色油墨参考配方见表8。
工艺：
① 准确称量原料1；
② 将原料4、5、6、7 混合搅拌均匀，再加入原料2，搅拌30 min；
③ 将步骤②制得的混合物在搅拌状态下缓慢加入到步骤①中的原料，搅拌10 min，再缓慢加入原料3，搅拌30~60 min。后添加适量增稠剂，以达到合适的黏度；
④ 静置2 h 以上，挤出式过滤，装桶。
(3) 水性聚氨酯其他色墨
其他颜色的色墨可在白色墨的基础上将钛白粉稍减，然后加入配方量的水性色浆，工艺等同于白色油墨的制造方法。
2.3 高光玻卡纸和镭射转移金银卡纸用水性聚氨酯树脂
随着人们对包装工业的美观要求，玻璃卡纸作为精美的包装材料广泛应用于化妆品、首饰盒、保健品、烟酒等高档产品的外包装。与普通卡纸相比，玻璃卡纸具有油墨鲜艳、高光、高白、高平滑度等特点，用它印刷的高档产品能够达到网点完整、图像清晰、光泽好、色调再现性强等良好的印刷质量效果。目前国内用于玻璃卡纸的涂料印刷大多存在印迹色泽差、光泽低、油墨适应性差等弊病。ADM-9052 系列产品的光泽高，手感爽滑，耐水擦性好，油墨的印刷适应性优异，特别适合各种烫金工艺要求，已在珠三角的玻卡生产商得以成功采用。
真空镀铝转移纸是一种特殊工艺生产的金属光泽纸，该产品色泽光亮，金属感强，油墨亮丽高雅。真空镀铝转移内衬纸区别于复合铝箔纸，具有环保、防伪、成本低等优势，是一种绿色包装材料。镀铝转移纸无气味、无毒，符合食品卫生方面的要求，光洁度好、平滑度高、色泽鲜艳、外观亮丽、视觉冲击力强，具有优良的阻隔性，防潮、抗氧化效果显著。目前转移镀铝纸用的相关涂料大部分是溶剂型的。
ADM-F237，F207，1040，Z7224 等水性聚氨酯产品，非常适合做转移镀铝纸的离型层和转移胶，也可以用于转移镀铝纸的表面涂布，用来增加油墨的附着力等。现已经在长三角和珠三角的许多上市公司得到成熟应用。
3 水性聚氨酯粘合剂
3.1 木材粘结用水性聚氨酯粘合剂
木器粘接用水性聚氨酯粘合剂参考配方见表9。
木材加工是水性粘合剂应用比较大的一类领域，由于水性聚氨酯粘合剂不含有害的溶剂，并且对木材的含水量没有太高的要求，只需很少的用量就能对木材的粘结非常牢固。
工艺：
① 准确称量原料1；
② 将原料3、4、5、混合搅拌均匀，再加入原料2，搅拌30 min；
③ 将步骤②制得的混合物在搅拌状态下缓慢加入到步骤①的原料，搅拌10 min，再加入原料6，搅拌30~60min，可添加适量增稠剂，以达到合适的粘结工艺要求的黏度；
④ 静置2 h 以上，过滤装桶。
3.2 军工用防伪石子水性粘合剂
军工防伪用水性聚氨酯粘合剂参考配方见表10。
军工防伪用石子粘合剂的要求是对石子的粘结强度高、透水性强、防滑耐磨、环保耐腐蚀、色泽鲜艳、高档美观、不褪色、使用寿命长等特点。因此首先要求附着力更好，耐水性更好，因为石子是不规则的形状，在粘结时需要高填充性，所以在选取主要成膜物时还要注意选择高固含量的产品。
工艺：
① 准确称量原料1。
② 将原料3、4、5、混合搅拌均匀，再加入原料2，搅拌30 min。
③ 将步骤②制得的混合物在搅拌状态下缓慢加入到步骤①的原料，搅拌10 min，再加入原料6，搅拌30~60min，可添加适量增稠剂，以达到粘结工艺要求的合适黏度。
④ 静置2 h 以上，过滤装桶。
4 结语
水性聚氨酯产品既具有良好的综合性能，又具有无污染、不燃烧、无毒的环保性、运输安全、工作环境好等特点，在越来越多的领域得到重视和应用。本文只是在其中的3 个方面做了简单的介绍。水性聚氨酯产品在皮革涂料、车用涂料，塑料涂料，织物整理，鞋用粘合剂以及其他领域的使用也比较活跃。
由于目前的技术现状，水性聚氨酯与已经成熟的溶剂型聚氨酯相比，在耐水性、耐醇性、初始粘合力、干燥速度等方面还有差距和缺陷，所以研究机构和研究者还需在这些技术性能以及相关设备的研究方面多努力，促使水性聚氨酯产品得到更广泛使用。
(注：本文章中所列基本配方中的助剂数量可根据实际应用中的某些微小缺陷进行微调，以达到佳使用状态。)
