聚氨酯樹(shù)脂對(duì)清漆光澤的影響

胡廣清，陳炳耀，曹 明

(1.廣東順德三和化工有限公司，廣東 佛山 528325；2.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429)

油漆在我國(guó)古代最開(kāi)始應(yīng)用于木制制品的保護(hù)，到后來(lái)又拓展出裝飾的作用。而在現(xiàn)在，木制制品也仍然在大量使用油性涂料進(jìn)行保護(hù)和裝飾。門(mén)窗、桌椅，衣柜等身邊常見(jiàn)的木制制品都需要經(jīng)過(guò)涂覆涂料來(lái)防止蟲(chóng)害和延長(zhǎng)老化時(shí)間，并表現(xiàn)出一定的光澤、紋理或者色彩，提供視覺(jué)的舒適感。隨著時(shí)代的發(fā)展，從二十世紀(jì)初的高光澤涂料開(kāi)始向亞光轉(zhuǎn)變，部分無(wú)光涂料也開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。

1 涂料成膜及光澤形成

1.1 涂料組成及成膜機(jī)理

油性涂料通常是由樹(shù)脂(成膜物質(zhì))、顏填料、助劑在有機(jī)溶劑的溶解下形成的粘稠溶液。在一份聚氨酯清漆配方中樹(shù)脂含量大概為60%到80%，顏填料為2%到10%，助劑合計(jì)1%到5%，其余為溶劑。以通過(guò)噴涂、輥涂、刷涂等多種方式均勻涂覆被涂物表面，在光、熱或者自然環(huán)境等條件下，能形成致密的連續(xù)薄膜，牢固附著在被涂物表面。油性聚氨酯涂料大部分為雙組分涂料，其主漆負(fù)責(zé)提供-OH，固化時(shí)與固化劑中的-NCO接觸反應(yīng)，方程式為：-NCO+-OH →-NH-COO-。

油性聚氨酯涂料在噴涂或者刷涂在物體表面之后，漆膜表面的溶劑會(huì)逐漸揮發(fā)，涂料主漆和固化劑接觸反應(yīng)。在溶劑揮發(fā)時(shí)，溶劑各組分逐一揮發(fā)，在這個(gè)過(guò)程中，溶劑在漆膜內(nèi)部形成上下對(duì)流，顏填料隨著對(duì)流被帶到表層，因表層溶劑揮發(fā)造成局部增稠而流速降低，從而滯留在表層，部分顏填料會(huì)像冰山在海水漂浮一樣部分露出表面，形成凸起，涂膜表面平整度降低，加上溶劑揮發(fā)而導(dǎo)致漆膜表面部分地方產(chǎn)生凹陷，平整度進(jìn)一步降低，整個(gè)固化過(guò)程使得樹(shù)脂和異氰酸酯交聯(lián)形成的平整的漆膜表面變得凹凸不平。

1.2 光澤定義及涂料光澤

光澤是物體表面反映對(duì)光的鏡面反射能力的固有特性。在規(guī)定條件下對(duì)物體表面反射光的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的物理量稱(chēng)為光澤度，表示了物體表面的鏡面反射能力和完全鏡面反射的接近程度。在工業(yè)中使用光澤計(jì)來(lái)測(cè)定光澤，一般上有20°、60°、85°光澤計(jì)之分。在涂料工業(yè)中常使用60°光澤計(jì)來(lái)測(cè)量涂膜的光澤，根據(jù)測(cè)得光澤又可以區(qū)分為亮光、亞光、無(wú)光等[1]。

鏡面反射能力在微觀上受到物體表面平整程度的影響，當(dāng)表面凹凸間隙小于1/16入射波長(zhǎng)時(shí)，反射光性質(zhì)將不會(huì)發(fā)射變化[2]。在聚氨酯涂料中，由于顏填料的顆粒大小遠(yuǎn)大于光澤計(jì)使用的光線波長(zhǎng)，故當(dāng)顏填料露出漆膜表面時(shí)，入射光部分發(fā)生漫反射，光澤度將比顏填料不露出表面時(shí)低。固化過(guò)程中，溶劑揮發(fā)，顏填料聚集表面形成凸起是一個(gè)緩慢發(fā)生的過(guò)程，故漆膜表面的光澤度會(huì)逐漸降低，干燥24小時(shí)后的光澤可以認(rèn)為是涂膜的最終光澤。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與原料準(zhǔn)備

儀器：高速分散機(jī)、烏氏粘度計(jì)、漆膜涂布器、60°光澤儀等。

原料：5個(gè)批次的醇酸樹(shù)脂、分散劑、消光粉、蠟粉、防沉劑、流平劑、消泡劑、多種溶劑等。

2.2 涂料制備與測(cè)試

按照表1的配方使用高速分散機(jī)制備涂料主漆，其中只改變樹(shù)脂批次的主漆分別命名為A、B、C、D、E。取A主漆所用樹(shù)脂改變其在主漆中的質(zhì)量百分比制漆如表2所示，其樹(shù)脂增加或者減少的部分由溶劑取代。按照表3的配方制備固化劑。

表1 聚氨酯清漆參考配方

表2 樹(shù)脂A的不同百分比漆

表3 固化劑配方

主漆制備完成后，按照GB/T 23997-2009標(biāo)準(zhǔn)在黑玻璃板上涂布漆膜，然后放置在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中干燥24 h。使用烏氏粘度計(jì)在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下分別測(cè)量油漆代號(hào)為A至E的相對(duì)分子質(zhì)量。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 樹(shù)脂含量對(duì)光澤的影響

表4為A0至A4的樹(shù)脂含量和光澤測(cè)試結(jié)果，它們之間的關(guān)系如圖1所示，隨著樹(shù)脂含量增大，光澤隨之上升。樹(shù)脂含量上升，涂膜豐滿度增加，涂膜平整度增加，厚度增加，相對(duì)減少了涂料中顏填料的漆膜表面占比，涂膜表面進(jìn)一步平整，光澤度上升。

表4 樹(shù)脂含量與光澤

圖1 樹(shù)脂含量與光澤的關(guān)系

3.2 樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)光澤的影響

表4是五個(gè)批次的醇酸樹(shù)脂測(cè)得的相對(duì)分子質(zhì)量和其制作的涂料的光澤，他們的關(guān)系如圖1所示。由圖1的曲線可以看出隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加，光澤呈下降趨勢(shì)。在相對(duì)分子質(zhì)量較小時(shí)，樹(shù)脂分子更為緊湊，交聯(lián)固化形成的涂膜更為細(xì)致，相對(duì)分子質(zhì)量增加，分子鏈伸長(zhǎng)變得相對(duì)松弛，空隙加大，顏填料也易于突出表面，表面更粗糙，光澤下降。

表5 五個(gè)批次醇酸樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量

圖2 醇酸樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量與光澤的關(guān)系

4 結(jié)論

在油性聚氨酯涂料中，樹(shù)脂是主漆的主要組成部分，其與固化劑交聯(lián)固化形成的平整致密漆膜是高光澤的來(lái)源，涂料中的顏填料會(huì)隨著溶劑揮發(fā)堆積在漆膜表層，使得漆膜表面平整度降低，光澤度也隨之降低。提高涂料中的樹(shù)脂含量能明顯提高漆膜光澤，而在樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)較小的樹(shù)脂形成的漆膜的光澤相對(duì)較高，要取得較高光澤時(shí)可以采用相對(duì)分子質(zhì)量較小的樹(shù)脂。對(duì)比改變樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量和改變樹(shù)脂含量?jī)煞N方式，后者變化較為明顯，故在需要較大改變涂料漆膜光澤度時(shí)可以采用增減樹(shù)脂含量的方式。