关于双组分木器漆封闭底漆树脂产品应用及研究解决应用方案推广

近年来，随着社会经济的进步和人们生活水平的 提高，人们对环保意识的加强和对自身的健康重视， 环保产品越来越受到人们的欢迎[ 1 ] 。乳液型水性木器涂料是一种新型的环保涂料产品，以水为稀释剂， 具有气味低、安全、环保、节能等特点，但其漆膜性能 跟传统溶剂型的木器涂料还有一定的差距，尤其是应 用在木器封闭底涂上 。原因是木材遇到水会导致涨 筋、发白等现象，并且提高了木材的含水率，放置时间 长会出现漆膜脱层、木材变形等问题。而水溶性丙烯 酸木器封闭底漆，是以醇醚类溶剂作为稀释剂(不含 水，但溶于水)，具有气味低、防涨筋好、渗透性好、打磨性好等优点。与乳液型水性木器封闭底漆相比，水溶性丙烯酸木器封闭底漆的渗透性、封闭性、防涨筋、 通透性更好，干性更快，打磨效率更高；与传统溶剂型 木器封闭底漆相比，水溶性丙烯酸封闭底漆具有气味 低、毒性小，更加环保和健康的优点。因此，研制一种 高性能双组分水溶性丙烯酸木器封闭底漆，更贴合市场的性能和环保需求。

本选取广东科鼎功能材料有限公司的水溶性丙烯酸树脂 等为基体树脂，搭配异氰酸酯固化剂和封 闭助剂，制备一种双组分水溶性丙烯酸木器封闭底 漆，并涂装于木材上，对其配方和性能特点进行分析和研究

测试项目及制板工艺

测试底材为红橡木和巴西松木，原因是红橡木富含单宁酸，巴西松木富含松节油，而且两者均容易出现涨筋现象，性能数据更加直观。其测试项目及制板工艺如下(实验条件为：恒温 25 ℃ ，相对湿度 60%)：

( 1) 打磨性：取 1 块未经打磨处理的红橡木，经过 仔细打磨后喷涂调配好的双组分水溶性丙烯酸木器 封闭底漆，室温干燥 1 h、2 h 和 4 h，每个时间点都用 400 目砂纸打磨封闭底漆，分别观察打磨时的出粉、 粘砂纸情况和打磨手感。

( 2) 耐变色性：各取 1 块未经打磨处理的红橡木 和巴西松木，经过仔细打磨后喷涂调配好的双组分水 溶性丙烯酸木器封闭底漆，室温干燥 2 h 后，用 400 目 砂纸打磨封闭底漆，表面喷涂水性白色面漆，室温干 燥 24 h，把 2 块板放入 50 ℃烘箱中存放 1 d、7 d、14 d， 分别用色差仪测色差，标准板为喷涂同一白漆的马口 铁板。

( 3) 防涨筋性：各取 2 块未经打磨处理的红橡木和巴西松木，经过仔细打磨后喷涂调配好的双组分水溶性丙烯酸木器封闭底漆，室温干燥 2 h 后观察木材导管的涨筋情况。观察并记录数据后，用 400 目砂纸打磨封闭底漆，表面喷涂水性白色面漆，室温干燥24 h后观察木材的涨筋情况。

(4) 耐水性：取 1 块未经打磨处理的红橡木，经过仔细打磨后喷涂调配好的双组分水溶性丙烯酸木器封闭底漆，室温干燥 24 h 后，滴水在封闭底表面并盖上一次性塑料杯，观察 24 h后的漆膜变化。

( 5) 通透性：取 2 块未经打磨处理的红橡木，经过仔细打磨后修色，把木材颜色喷涂至深红色，然后将调配好的双组分水溶性丙烯酸木器封闭底漆喷涂在深色红橡木，室温干燥 2 h 后再重涂一遍，肉眼观察其透明度。

( 6) 附着力测试按GB/T 1720—2020标准要求进行；

(7) 硬 度 测 试 底 材 为 玻 璃 板 ，其 余 按 GB/T6739—2006 标准要求进行。

表 1 双组分水溶性丙烯酸木器封闭底漆配方

表 2 水溶性丙烯酸树脂对打磨性能的影响

表 3 水溶性丙烯酸树脂对单宁酸引起变色的影响

注：实验底材为红橡木。

表 4 水溶性丙烯酸树脂对植物油引起变色的影响

注：实验底材为巴西松木

表 5 水溶性丙烯酸树脂对漆膜综合性能的影响

2.2 封闭助剂

木材上的色素具有亲水性，例如单宁酸，其分子 结构(见图 1)中含有大量的羟基，因而能溶于水中， 也能溶于乙醇等醇类或醇醚类溶剂，却不溶于苯、乙 醚、石油醚等溶剂，所以单宁酸在水溶性丙烯酸木器 封闭底漆体系中影响较大，因为醇类溶剂把单宁酸溶 解并使其渗上漆面，而在传统的溶剂型木器封闭底漆。体系中几乎没有影响。

封闭助剂可以配合水溶性丙烯酸树脂提高封闭 能力，加强封闭作用，阻隔水性色素渗出，使封闭底可 以应用于各种类型的木材[ 4 ] 。常用的封闭助剂主要 有隔离剂、漂白助剂、离子交换剂、基材预处理剂和金 属螯合剂。本研究采取的封闭助剂是金属螯合剂，封闭原理为利用螯合剂的金属阳离子与单宁酸的阴离 子发生螯合，在单宁酸上形成酚环，使单宁酸的醇溶性(水溶性)减弱。

图 1 单宁酸的分子结构

2.3 稀释剂

对于水溶性丙烯酸木器封闭底漆而言，选择合适 的稀释剂至关重要，因为稀释剂的选择影响着封闭底漆的气味、干性、防涨筋性等性能 。水溶性丙烯酸木 器封闭底漆的稀释剂选择以气味低、干性快、不含有 毒物质(苯、酮等)为基本原则，如无水乙醇。无水乙 醇是一种气味低、无毒、性价比高的溶剂，但其分子中 的羟基可以形成氢键，具有潮解性，能很快从空气中 吸收水份，并且无水乙醇在挥发的时候会吸热降温， 会形成水雾，容易使木材涨筋 。另一方面，无水乙醇 上的-OH 能与异氰酸酯固化剂的-NCO 发生反应，重 排为氨基甲酸酯，使固化剂失效，严重影响木器封闭 底漆的施工时限。在双组分水溶性木器漆体系中，由 于-NCO 与多种官能团反应，有些反应并不会使涂料 的黏度产生明显的升高，所以不能以黏度为依据来判 断施工时限，要以漆膜性能上的变化为依据来判断施 工时限(见图 2 和表 6)。 因此，当醇类溶剂作为稀释 剂应用在水溶性木器封闭底漆时，需注意其添加量。 综合各种影响因素，本研究的双组分水溶性木器漆稀 释剂中无水乙醇的添加量应在 10% ~ 20%。

图 2 无水乙醇添加量对打磨性的影响

表 6 无水乙醇添加量对耐水性的影响

DMC (碳酸二甲酯)是一种快干、气味低、毒性小 的酯类溶剂，可以作为稀释剂代替一部分的乙醇，但如 果稀释剂只使用快干溶剂，会出现发白、流平不好等漆膜弊病，所以在水溶性木器封闭底漆中还添加了一部分的 PMA(丙二醇甲醚醋酸酯)。 PMA 是一种干性偏慢、气味低、溶解力强、毒性小、渗透性好的溶剂，广泛应用在油性和水性涂料。因此，本研究选择了无水乙醇、DMC、PMA作为稀释剂，制成一种快干、气味低、毒性小和防涨筋好的水溶性丙烯酸木器封闭底漆。

2.4 异氰酸酯固化剂

2.4.1 异氰酸酯固化剂对漆膜性能的影响

双组分木器涂料常用的异氰酸酯固化剂有六亚 甲基二异氰酸酯( HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯( IPDI) 类型的脂肪族聚异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯(TDI)类 型的芳香族异氰酸酯，其中按结构上可分成三聚体和加成物 。由于多异氰酸酯三聚体环的强烈吸电子效 应，使得分子中-NCO 基团的 N、C 电位差增加，反应 性成倍增加，所以，多异氰酸酯三聚体作为固化剂可 配成快干涂料 。对于双组分水溶性丙烯酸木器封闭 底而言，干性是重点考虑的性能，因此选择多异氰酸 酯三聚体作为固化剂 。由表 7 可见，佳孚诚 2655-80 干性最快、打磨性能最好，因此选择佳孚诚 2655-80 作为固化剂。

表 7 异氰酸酯固化剂对漆膜性能的影响

注：“1”表示打磨性最好，数字越大，打磨性越差。

2.4.2 异氰酸酯固化剂的施工配比

一般而言，-NCO 与-OH 之比的理论值为 1，但在 双组分水溶性木器漆体系中，-NCO 的反应比较复杂， 其主要的反应除了与树脂中的-OH 反应，还与醇醚类 溶剂反应[ 5] ，甚至跟胺反应(中和剂)。 因此，在设计- NCO 与-OH 的配比时，不得不添加过量固化剂以保证 有足够的-NCO 与树脂的-OH 反应。一般的双组分水 溶性木器漆体系中，n(-NCO)︰ n(-OH)在 1.5 ~ 2之间。

3 性能对比

表 8 与市售常规的双组分水性木器封闭底漆性能对比

注：“1”表示打磨性最好，数字越大，打磨性越差。

由表8

可知，本实验研究的双组分水溶性木器封闭底漆的综合性能较好，其中打磨性、硬度、耐水性防涨筋性、防单宁酸、活化期等性能均比市面上常规 的双组分水溶性木器封闭底漆好，而乳液型的木器封闭底漆综合性能均比水溶性体系的差。

4 总结

本技术选取广东科鼎功能材料有限公司的水溶性丙烯酸树脂为基体树脂，搭配异氰酸酯固化剂和封闭助剂，制备一种双组分水溶性丙烯酸木器封闭底漆，并对其配方的组成进行了筛选和研究，主要结论如下：

( 1)该双组分水溶性木器封闭底漆是水性体系， 安全环保，施工结束后可用自来水清洁喷涂设备。

( 2)漆膜性能优异。与市面上常规的双组分水性 木器封闭底漆对比，性能优势明显 。其中封闭性能 (防涨筋性、防变色性)特别优异，消除了某些客户因 封闭底漆封闭性不够而容易出现各种问题的顾虑。

( 3)可施工时间长。活化期＞4 h，显著提高了客户施工的灵活性

(4)干性快，生产效率高 。该封闭底漆可打磨时间为 1 ~ 2 h，缩短了漆膜的干燥时间，而且打磨性优异，提高了客户的生产效率。

技术论文实验数数据来自KDD技术部：李俊鹏 工程师 整理编辑：KDD小钟