王小荣，惠瑞敏，朱文婷

(咸阳师范学院化学与化工学院，陕西 咸阳 712000)



单组份水性漆的制备及性能测试

王小荣，惠瑞敏，朱文婷

(咸阳师范学院化学与化工学院，陕西 咸阳 712000)

以自制聚氨酯乳液(MPU)和丙烯酸酯乳液(MPA)为主要成膜物质，将二者进行配比，并添加不同量的助剂成功制得单组份水性木器漆产品，并通过漆膜性能测试对漆膜各项性能进行测试。结果表明，当MPU和MPA配比为1:1，成膜助剂含量为5%，润湿剂含量为9%，消泡剂添加量为1.5%时，漆膜的耐冲击性为120 kg.cm，光泽度为89，柔韧性1 mm，干燥时间也缩短至35 min，漆膜性能提高。

聚氨酯乳液；丙烯酸乳液；单组份；助剂

通常人们使用的涂料含有挥发性溶剂，在使用的过程中会挥发出有刺激性气味物质，严重影响了人们的生活。近来，人们逐渐研制出一种新型水性产品[1]，这类产品以水为溶剂，不含系列有机溶剂，且在涂装使用时能提升家具表面的亮度，对基材没有损伤。此水性产品同时可避免有机溶剂排放对环境造成的危害。此产品的出现逐步成为新一代环保涂料产品[2]。

本研究主要以自制聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液为主要成膜树脂，通过研究筛选出具有较佳性能的成膜物质配比，同时研究不同种类成膜助剂、消泡剂、润湿剂对漆膜性能的影响，最终制得绿色环保的水性清漆产品。

1 实 验

1.1 实验试剂

自制聚氨酯乳液(MPU)[3]；自制丙烯酸酯乳液(MPA)[4]；消泡剂(AGITAN 100)，流平剂(EDAPLAN LA 402)，明凌化工基团；成膜助剂：二丙二醇甲醚(DPM)，二丙二醇丁醚(DPNB)，丙二醇苯醚(PPH)，润湿剂(TEGO Wet 270)，上海德予得贸易有限公司。

1.2 漆膜性能测试

据《GB/T 1732-1993 漆膜耐冲击测定法》以不引起漆膜破坏的最大高度测试漆膜的耐冲击性能；据《GB/T 9286-1998 漆膜附着力测定法》评价漆膜与底材之间附着的牢固程度；据《GB/T 9754-1988 漆膜光泽测定法》，测定涂膜60°光泽度；据《GB/T 1731-1993 漆膜柔韧性测定法》以不引起漆膜破坏的最小轴棒直径表示漆膜的柔韧性；据《GB/T 1728-1979(1989)漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测试漆膜表干和实干时间；采用XJZ-200型表面张力仪在室温下通过吊环法测定成膜树脂乳液的表面张力；采用JC2000A型润湿角测量仪测定成膜树脂乳液在基材表面上的接触角。

1.3 单组份水性清漆制备工艺

在水性清漆的制备过程中需要添加一些助剂以提高清漆产品的性能，其配方组成如表1所示，其具体制备过程为：称取一定质量的①，在1500 rpm转速搅拌条件下分散均匀，然后加入预混的②和③，搅拌均匀后加入④，搅拌一段时间后加入⑤，并在2000 rpm转速下搅拌30 min，然后将转速降至500 rpm，慢速消泡之后添加⑥，搅拌30 min后，用120目的分样筛过滤，静置一段时间出料。其配制工艺过程详见图1。

图1 水性清漆的配制工艺

原料名称质量分数/%原料名称质量分数/%①成膜树脂70～80④消泡剂1～2②助溶剂 2～5⑤润湿剂2～9③去离子水5～6⑥流平剂1～5

2 结果与讨论

水性聚氨酯涂料的力学性能、耐腐蚀性、耐候性优良，但同时它柔韧性及防水性均不足。而丙烯酸树脂柔韧性及防水性能优异，将两者结合起来应用，可以弥补聚氨酯的不足之处，同时提升整个丙烯酸酯乳液的性能。本研究拟通过选取MPU，MPA来研究它们不同配比对漆膜性能的影响。

2.1 聚氨酯与丙烯酸树脂不同配比对漆膜性能的影响

表2为按照图1所示步骤配制的一系列不同MPU与MPA配比的水性清漆的漆膜性能测试结果。

表2 MPU与MPA不同配比对漆膜性能的影响

由表2可以看出，单纯MPU的漆膜光泽度较高，单纯MPA柔韧性能佳，光泽度一般，而两者不同配比的耐冲击性及附着力都同样优良。随着丙烯酸树脂配比的增加，漆膜的柔韧性能变好，这也说明了丙烯酸树脂的引入确实可以提高体系的柔韧性[5]，最终确定以MPU与MPA的配比为1:1作为基本的成膜树脂。

2.2 不同成膜助剂类型对漆膜性能的影响

成膜助剂，又称助溶剂，对聚合物起溶解和增塑作用，使乳液粒子在低温条件下能更好的融合。表3为不同成膜助剂对漆膜性能影响的测试结果。由表3可以看出加入PPH的漆膜光泽度比较小，并且有细小的裂纹。DPNB对乳液溶解能力最强，漆膜的光泽度和硬度比较高，但其挥发速率比较慢[6]。DPM挥发速率较快，成膜性能较好，有较高的硬度及高的光泽度。可将DPNB和DPM按1:1配比协同配合使用，达到较好成膜性。

表3 不同类型成膜助剂对漆膜性能的影响

2.3 不同消泡剂用量对漆膜性能的影响

消泡剂的用量若加入不当会导致涂膜缩孔。控制漆膜基本配方如下：成膜树脂80%(m(MPU):m(MPA)=1:1)，成膜助剂5%(m(DPNB):m(DPM)=1:1)，润湿剂(TEGO Wet 270)9%，添加不同量的消泡剂，高速分散后进行漆膜性能测试。表4为不同消泡剂(AGITAN 100)用量对漆膜性能影响的测试结果。由表4可以看出，消泡剂用量在1.5%时涂层较平整，同时附着力和耐水性优良。

表4 不同消泡剂用量对漆膜性能的影响

2.4 不同润湿剂用量对成膜树脂表面张力的影响

在成膜树脂中，按一定比例加入基材润湿剂TEGO Wet 270 (0%，3%， 6%， 9%)，用表面张力仪对乳液的表面张力进行检测，并对基材表面的接触角进行测定。表5为润湿剂加入量对成膜树脂表面张力和接触角的影响测试结果。

表5 不同润湿剂加入量不同对乳液表面张力和接触角的影响

在表5中，我们可以看到润湿剂用量为0%时，乳液表面的表面张力和接触角数值最大，随着润湿剂用量增加至9%，成膜树脂的表面张力减小至55.34 mN/m，接触角降至52.27°。润湿剂将成膜树脂的表面张力降低，使得成膜树脂表面能降低，从而可以很容易的润湿基材的表面进而进行涂刷。

2.5 单组份清漆性能指标检测结果

采用成膜树脂80%(m(MPU):m(MPA)=1:1)，成膜助剂5%(m(DPNB):m(DPM)=1:1)，润湿剂(TEGO Wet 270)9%，消泡剂(AGITAN 100)1.5%，配制出单组份水性清漆产品，表6为此清漆性能测试结果。

表6 水性漆的性能指标

从表6对漆膜性能测定结果可以看出，在成膜树脂是MPU和MPA的1:1共混物的前提下，成膜助剂，消泡剂和润湿剂的添加量对漆膜的性能影响也至关重要。在确定上述助剂添加量后，漆膜的耐冲击性，柔韧性和光泽度等性能均有所提升，而且干燥更快，从而提高了漆膜的性能。

3 结 论

本研究以自制聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液为主要成膜物质，确定两者的质量配比为1:1，当成膜树脂添加量为80%，成膜助剂[m(DPNB):m(DPM)=1:1]含量为5%，润湿剂(TEGO Wet 270)含量为9%，消泡剂(AGITAN 100)含量为1.5%时，漆膜的耐冲击性为120 kg·cm，光泽度为89，柔韧性1 mm，干燥时间也缩短至35 min，漆膜性能提高。

[1] 王小荣,高于涵,惠瑞敏,等.环境友好型水性聚氨酯的合成及其应用综述[J].广东化工,2016,43(10):109-110.

[2] 康永, 傅和清.环境友好型乳液涂料研究进展[J].化工进展,2011,30(12):2658-2663.

[3] 王小荣,沈一丁,赖小娟.γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷改性聚氨酯的研究[J].功能材料,2011,42(10):1814-1816,1820.

[4] 王小荣,高于涵,朱文婷,等.多交联丙烯酸酯乳液的制备及胶膜性能的研究[J].广州化工,2016,24(9):74-76,110.

[5] 梁飞,吴晓青,刘苏宇,等.丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的合成及性能研究[J].涂料工业,2010,40(4):60-63.

[6] 唐植贤,王君瑞,金瑛芝.如何提高单组分水性木器漆硬度及耐划伤性[J].涂料工业,2010,40(5):53-55.

Preparation and Properties of One-component Waterborne Coatings*

WANGXiao-rong,HuiRui-min,ZHUWen-ting

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xianyang Normal University, Shaanxi Xianyang 712000, China)

The waterborne coatings was prepared by using polyurethane (MPU) and polyacrylate (MPA) emulsions as main materials, and some agents were also added into the system to improve the coatings properties. The properties of the films were tested. The results showed that when the ratio of MPU and MPA was 1:1, the coalescing agent was 5%, the wetting content was 9%, and the deformer was 1.5%, the impact resistance was 120 kg·cm, the gloss was 89, the flexibility was 1 mm, and the drying time was shortened to 35 min, which indicated that the properties of the film were greatly improved.

polyurethane emulsion; polyacrylate emulsion; one-component; additives

咸阳师范学院专项科研基金项目(项目编号：14XSYK014)。

王小荣(1985-)，女，讲师，研究方向为水性高分子材料。

TQ638

A

1001-9677(2016)021-0065-03