聚氨酯亮光黑面漆的消泡研究
何冬梅1，陈炳耀1，谭学峰1，许耀魁2，张熠2，陈炳强2 ( 1． 广东三和化工科技有限公司，广东中山528429; 2． 佛山夫田涂料化工有限公司，广东佛山528325)
聚氨酯亮光黑面漆具有较好的光泽与黑度，硬度高，耐物化性好，能满足木器产品的高装饰要求，故各种木制工艺品大量使用聚氨酯亮光黑面漆。虽然聚氨酯亮光黑面漆涂膜性能优异，但受到施工条件及环境中的粉尘污染和气流的影响，漆膜容易产生缩孔、气泡等多种缺陷，严重影响涂饰的效果。大多数涂料配方设计师为了克服这些涂膜缺陷，在涂料中加入大量的聚醚改性二甲基硅氧烷溶液，以降低表面张力，增加涂膜的平滑度。但由于涂料表面张力降低，在施工前配漆搅拌时易混入大量空气，从而导致漆膜干燥后气泡难消除，出现暗泡、痱子等现象。本研究主要针对消泡剂、润湿流平剂在聚氨酯亮光黑面漆中的效用和涂膜易产生的弊病，对其进行对比实验，从而对PU 亮光黑面漆用消泡剂、润湿流平剂的搭配进行了优化选择。
1 实验
1. 1 原材料
实验用原料详见表1。
1. 2 参考配方
实验基本配方如表2 所示。
1. 3 制备工艺
先将树脂、溶剂、分散剂投入分散缸中，以500 ～800 r /min 的转速慢速分散，分散均匀后加入催干剂、颜料浆，转速保持为500 ～ 800 r /min，后加入相应的消泡剂、流平剂。
1. 4 性能测试
1. 4. 1 稳泡性、抑泡破泡性测试
按配方将不同型号的流平剂或消泡剂加入漆中，用磁力分散机在1 500 r /min下高速分散5 min，取出静置，通过观察罐内漆液泡沫的多少判定流平剂的稳泡性和消泡剂的抑泡破泡性。
1. 4. 2 流平性、消泡性测试
按施工配比配制涂料，喷涂施工后通过观察湿膜、干膜的表面平整度判断流平剂的流平性; 通过观察湿膜的消泡性、干膜中气泡及暗痱的多少判断消泡剂的消泡性能。
2 结果与讨论
2. 1 流平剂的选择
2. 1. 1 有机硅氧烷类流平剂
此类流平剂可以极大地降低涂料的表面张力，提高涂料对底材的润湿性，防止由于施工环境的影响而产生缩孔，也能有效地防止湿膜表面因溶剂挥发而表面张力变差，改善表面流动状态，缩短涂膜流平时间，提高漆液静置干燥过程中的稳定性，避免产生橘皮、刷痕、浮色等弊病［1］。该类流平剂能在涂膜表面形成一层极薄且光滑的膜，从而提高涂膜滑爽性和光洁度。有机硅氧烷流平剂对搅拌、施工过程中产生的气泡也有稳定作用，且表面张力降低越多稳泡性越强，故在选择该类型的流平剂时需综合考虑其稳泡性与表面张力的协调。本研究在相同规格的量筒中，倒入相同质量的主漆，然后再分别向该体系中加入不同种类的有机硅氧烷流平剂，观察其稳泡性( 1 级差，微泡; 5 级好，多泡) ，测试结果如图1 和表3 所示。
从图1 和表3 可以看出，有机硅氧烷类流平剂OL31 的稳泡性差，使用该流平剂的制漆过程气泡量少，流平效果较好，刷涂施工后湿膜、干膜的刷痕相对较少，且无漩涡状痕迹。
2. 1. 2 丙烯酸酯类流平剂
丙烯酸酯类流平剂可以轻微降低漆液的表面张力，并能快速地迁移至涂膜表面形成单分子层，使表面张力均匀化，减慢溶剂挥发速度，改善表层流动性，消除喷斑等缺陷，使漆膜光滑平整。丙烯酸酯类流平剂在应用时应特别注意其与涂料的相容性［2］。丙烯酸类流平剂的相容性与聚合物的相对分子质量和极性有一定关系，改变相对分子质量和极性可改变其相容性。一般相对分子质量大则相容性差，涂膜的流平性好; 相对分子质量小则相容性好，但涂膜的流动性和流平性要差些。相容性太好，流平剂溶在涂膜中不会在涂膜表面形成新的界面，起不了流平作用; 相容性太差，则不能均匀地分布在涂膜表面，容易产生类似缩孔状的缺陷，使涂膜光泽下降，产生雾影等副作用。因此，选用适当相对分子质量的丙烯酸酯类流平剂易在涂膜表面形成新的单分子层，起到流平作用。本研究在相同规格的量筒中，倒入相同质量的主漆，然后再分别向该体系中加入不同种类的丙烯酸酯类流平剂，比较其与涂料的相容性和稳泡性。其相容性( 1 级好，清澈; 5 级差，浑浊) 如图2 所示，稳泡性如图3 所示，性能测试结果如表4 所示。
从图2、图3 及表4 中可以看出，丙烯酸酯类流平剂BYK358N 相容性适中、稳泡性差，对漆膜内泡沫的迁移排除作用较明显; 流平效果优异，刷涂施工后湿膜、干膜的刷痕相对较少。
2. 2 消泡剂的选择
在热力学角度来说，泡沫是一种热力学不稳定的两相体系，泡沫的表面积越大，体系的能量也就越大;当泡沫破灭后，体系的总表面积大大减小，体系的能量也相应减小。泡沫的形成与表面张力的大小有一定的关系，当气泡扩张的表面积一样时，表面张力小，形成泡沫所需做的功便小，即表面张力小的体系越容易起泡。选用涂料的消泡剂时，需要考虑涂料的种类、体系的构成、起泡的原因等因素。要达到良好的消泡效果，消泡剂的表面张力一定要比涂料体系的表面张力低，且与涂料体系有一定的不相容性，同时要有良好的分散性，但不能对漆膜的附着力及其他性能产生负面影响［3］。本研究选择聚硅氧烷类消泡剂和非硅氧烷类消泡剂进行实验，在相同体系中对比了不同消泡剂的性能，其相容性( 1 级好，清澈; 5 级差，浑浊) 对比结果如图4 所示，消泡性( 1 级好，微泡; 5 级差，多泡) 如图5 所示，测试结果如表5 所示。
从图4、图5 及表5 可以看出，消泡剂BYK141 对漆料在制造、施工时所产生的气泡有较好的抑制和消除效果，且与涂料相容性适中，刷涂施工后湿膜、干膜中基本没有气泡及暗痱。
2. 3 综合性能测试
选用流平剂OL31、BYK358N，消泡剂BYK141 制成的聚氨酯亮光黑面漆，依据GB /T 23997—2009《室内装饰装修用溶剂型聚氨酯木器涂料》( 面漆) 规定的测试方法进行检测，其性能测试结果如表6 所示。
本研究对聚氨酯类漆通用的不同类型流平剂与消泡剂在同等条件下进行了对比实验。实验结果显示，有机硅氧烷类流平剂OL31、丙烯酸酯类流平剂BYK358N，消泡剂BYK141 搭配使用效果优异，既消除了施工时贝纳尔漩涡所形成的漩涡状痕迹，保证了漆膜湿膜的表面控制稳定性，使漆膜均匀，又改善了漆膜流平效果，获得了光洁平整的漆膜外观。将这3种助剂按一定的比例添加到聚氨酯亮光黑面漆中，所制得的漆料喷涂刷涂施工后均无气泡无暗痱等弊病，很好地发挥了聚氨酯黑面漆的保护和装饰作用。
