慧聪涂料网讯：
张伟德，严章洋，王超
(展辰涂料集团股份有限公司，广东深圳518107)
摘要:介绍了一种可UV固化、室温自交联体系的水性木器涂料的制备方法，并按不同的干燥固化方式制板测试，分析性能，探讨其在家具工厂生产中应用的可能性与优点。
关键词:水性UV；室温自交联；下线堆叠；物理干燥；木器涂料
中图分类号：TQ630 文献标识码：A 文章编号：1006-2556(2013)12-0044-04
0·前言
水性涂料由于其环保性目前在木器涂装中使用得越来越多，特别是单组分体系。由于其干燥速度快，价格低廉，目前在水性涂料家具涂装中使用最多。但是，普通水性涂料的各方面物化性能较差，它的成膜基本上都是靠分子链的交缠排布，交联密度很低。而且由于水分以及成膜助剂的挥发问题，水性涂料的成膜在短时间内很难完成，要有一段时间性能才会提升。近些年来，为了提高单组分水性涂料体系成膜的性能，越来越多的室温自交联型树脂被开发出来(如图1)，这是一种常见的自交联方式，它在成膜时水分和中和剂挥发后体系pH值小于4左右，羰基和酰肼基发生脱水反应。但是由于单组分体系的成膜以及自交联需要有一定的时间，在流水线生产时，就会遇到下线堆叠等实际问题。
图1 一种常规的单组分室温自交联体系交联方式
水性UV涂料兼具水性涂料和UV涂料的优点，它有水性涂料的施工宽容度、工艺可行性，又有UV涂料成膜的优异性能和快速成膜等优点，它的干燥固化过程如图2所示。但是水性UV也有缺点：一方面，很多水性UV树脂在过UV之前不能物理干燥，这样对工厂应用有很大限制；另一方面，对于一些异型的工件，如果有光照死角、UV等照射不到或能量不够，水性UV树脂将无法成膜。
图2 水性UV的干燥固化过程
现在在研究多重固化体系的越来越多，通过对树脂的改性，使其有多种固化方式，如紫外-热固化的混杂体系，但是有些混杂体系的热固化条件较苛刻，且紫外与热固化的平衡很难控制，这使得这些混杂体系在木器涂装上使用受到限制。但是通过在涂料配方设计时一些简单的复配，有时也能达到很好的效果。
1·试验部分
1.1 主要原材料
室温自交联型丙烯酸酯改性聚氨酯PUA分散体(固含量43%，MFFT=55℃)；
含不饱和键可UV固化的丙烯酸酯改性聚氨酯PUA分散体(固含量39%)；
流平剂、消泡剂、光引发剂I500(Ciba)、助溶剂、流变助剂、自制固含量20%亚光浆，市售工业品。
1.2 涂料的制备和性能测试
1.2.1 参考配方(见表1)
表1 可UV固化 室温自交联体系的水性木器涂料的参考配方
按表1配方量依次加入，加到6时高速分散15min，然后依次加入剩余组分，中速分散，混合均匀，过滤。
1.2.2 性能测试
分别在黑胡桃木、玻璃板上按以下工艺制板、测试。测试结果见表2。
表2 不同工艺测试结果
基材：黑胡桃木，玻璃板
工艺A：基材→喷涂样品A(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(300mJ/cm2)→喷涂样品A(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(500mJ/cm2)
工艺B1：基材→喷涂样品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(300mJ/cm2)→喷涂样品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→UV固化(500mJ/cm2)
工艺B2：基材→喷涂样品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→喷涂样品B(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)
工艺C：基材→喷涂样品C(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)→喷涂样品C(涂布量100g/m2)→烘箱(20min/40℃)
2·结果与讨论
2.1 不同体系及工艺在工业应用时能否下线堆叠(抗粘连性)的探讨
在家具流水线生产时，能否下线堆叠、打包对家具厂的生产效率、成本影响很大，从以上测试可以看出，在含有UV固化的体系(样品A、B)且经过UV固化的工艺(工艺A、B1)，下线后抗粘连没问题(该抗粘连测试按一般工厂要求，比国标高)。在含有UV固化的体系经过UV固化时，涂膜树脂内的不饱和基团发生自由基聚合，这种聚合是在几秒钟时间就完成的，而且自由基聚合的交联密度高，涂膜迅速形成网状结构，这样就有良好的物理化学性能。从工艺B2、C，我们可以看出，纯的单组分体系或没有经过UV固化的工艺，在下线堆叠时会发生粘连。一方面，单组分的PUA性能提升慢，有自交联反应，但是自交联一般也是一个缩聚反应，时间比较慢；另一方面单组分体系的涂膜的交联密度不高，大多成膜只是靠分子链的交叉缠绕，这样就决定了它的性能较差。所以在工厂流水线上应用时，下线堆叠这样比较苛刻的条件下，含有UV固化体系的水性涂料在UV固化后方可进行堆叠。
2.2 UV固化前涂膜能否物理干燥在工厂应用时的探讨
单纯的水性UV体系(样品A)，在经过物理干燥、水分挥发后，用手指触摸，仍然会留下指压印，经过UV灯后就能完全干燥，这种情况称为不能物理干燥；而样品B经过物理干燥后，用手指触摸，不会留下指压印，称之为能物理干燥。
那么能不能物理干燥有什么区别?在工厂应用时有什么不同?下面对比进行讨论。一方面，众所周知，在家具厂，一般的卫生环境都不大好，灰尘比较多，如果家具工件从烘干塔里出来不能物理干燥，那么可能就有很多灰尘粘在上面。这些灰尘粘在上面很难吹掉，过完UV灯后会继续粘在涂膜上，这样就会产生很多次品。但是如果能物理干燥，即使有灰尘粘在上面，我们可以很容易地吹走或抹掉，不会影响涂膜的表观。另一方面，对于异型的部件，在整体涂装好之后，不同的部位可能过不同的UV灯，这就需要没有过UV之前要挪动工件的一些部位。这些部位会被手或其他工具接触，如果不能物理干燥，这些没过UV灯的部位是不能接触的，否则会破坏涂膜；但如果能物理干燥，一般的挪动、接触，只要不用力刮擦是没有问题的，即使刮擦时涂膜损坏，在过UV灯之前也是可以修补的。所以能物理干燥是可以“立体涂装”的。
从上面分析可知，水性UV体系在工厂应用时能否物理干燥是十分关键的。现在商业化的水性UV树脂，如果是纯水性UV的，一般的很难物理干燥或者干燥不大好，所以加入一些单组分的树脂(如样品B)，增强它的物理干燥性能是一个很好的办法。
2.3 不同体系的涂膜最终性能比较及应用探讨
从表2中可以看出，工艺A在过完UV灯，放置6d后的涂膜性能几乎没变化，而且它的各方面性能也是最优的；工艺B1在刚下线测试时性能比工艺A差，但放置6d后，性能在慢慢提升，并接近工艺A；工艺B2和工艺C在下线测试时各方面性能最差，但是放置6d后，工艺C的性能提升很大，接近工艺A和B1；工艺B2的性能也有提升，基本上能达到国标的基本要求。可以看出，纯UV体系的性能是最佳的，复配的体系或者纯室温自交联的PUA体系在放置一段时间的性能也能提升到一定高度。
这里重点讨论工艺B2的测试目的，在UV涂料的应用中可知，立体涂装时一些部件的沟槽、死角的固化一直是一个难题，这些部位UV灯很难照到或者有些部位没有足够的能量。B2的测试是一个极端测试(未过UV灯)，可以看出，因为它的体系里含有大量的室温自交联树脂，在一段时间后由于室温自交联树脂的作用，它还是有一些基本的性能。
从上可以看出，在水性UV体系里复配自交联的树脂，在工厂应用时，对于在固化时偶尔出现的一些死角，也能保证它有一些基本的性能，这样也提升了整体涂装的安全性。
2.4 配方结构及成本方面探讨
从配方结构上可以看出，在单组分的自交联体系里加入水性UV树脂，加入热固性的树脂降低了成膜助剂的量，这样也加快了整个体系的干燥速度及性能提升速度。从成本上看，在水性UV体系里加入单组分树脂，大大降低了整个配方的成本。
3·结语
含可UV固化、室温自交联的体系在一定程度上弥补了单独的UV固化体系或单组分体系的不足，为在家具厂生产线上的施工使用水性涂料提供了一种新的解决方案。
