水性双组分环氧涂料在木器上应用研究

杨朝军

珠海展辰新材料股份有限公司 

1.引言

随着环保意识加强以及政府“油改水”政策逐步推行，很多家具公司也积极从使用油性涂料在逐步向水性涂料转型，同时设备升级改造中，为后续的水性涂料应用打下厚实的硬件基础。目前在水性漆的推广过程中发现有些需求是水性产品还不能达到的，如如水性漆丰满度，硬度，高光泽，鲜映度，手感等与油性漆对比均有些偏差。在应用羟基丙烯酸与异氰酸酯水性涂料中反应原理的副产物就是二氧化碳气体，在反应的后期会鼓泡，形成表面缺陷，影响外观，而且对涂膜的涂装厚度有严格限定。在水性聚氨酯双组分体系中除了-OH与-NCO化学反应外，还有其他的化学反应，如水，羟基，胺与-NCO反应 以及酸与-NCO反应，其反应速率：胺>醇/水>酸，在反应过程中其副反应也很难控制，尤其是产生CO₂气体，会给表面带来缺陷，且不能厚喷，一般超过200克/平米，不然就会有风险存在，而水性双组分环氧涂料在反应过程中不会出现有气体的副产物，反应式如下：

其特点漆膜可厚涂，省时省力，低碳节能，提高效率。

本文采用水性双组分环氧白底漆，与油性PU白底漆，油性PE白底漆比较，具有低的VOC,性能与油性漆相比也毫不逊色；与现在市场的水性单组分丙烯酸漆对比，成膜物是水性单组分漆的两三倍以上，同时是水性聚氨酯双组分漆的两倍以上，而且可以厚涂（>300克/平米），涂装一次就可以达到聚氨酯两三次涂装的效果；利用环氧的封黄性好做封闭漆也是一种很好的方法；由于环氧树脂耐候差特性，且用水性环氧涂料在木器在涂装中制备封闭底漆和白底漆，再配套丙烯酸面漆，即拥有油性漆的效果和性能，又可以避免变色问题，在油改水的政策下是值得推荐的配套产品。 

2. 实验原料及设备

环氧乳液与固化剂：瀚森化工提供，环氧当量：620，固体份：55%活泼氢：235，固体份：53%；PU白底，PE白底及其配套固化剂，蓝白水稀释剂均为市售产品。

设备仪器：斯托默粘度计，型号：STM-IV；喷涂粘度，涂-2cup，秒表；喷枪：W-77手持式喷枪；VOC：手持式VOC分析仪，TD8000-TVOC，测三次计算平均值；附着力：划百格法，用M3胶带黏住连续测试3次；光泽：WGG60E4仪器，BG 9754-2007法测试；铅笔硬度计：QHQ-A型铅笔硬度计，GB 6739-2006；冷热循环：可程式恒温恒湿箱，GB/T 4893.7-2013 家具表面漆膜理化性能试验测试，-20℃X2H~60℃X2H,RH:85%,10次；色差仪：美国X-xite爱色丽SP60色差分析仪；干膜流平：BYK-4840橘皮仪，激光光源轮廓扫面；QUV老化：QUV紫外光老化机，灯管： 340nm,温度：60℃，辐照度：0.68W/平米，辐照时间：168H,GB/T 23983-2009          木器涂料耐黄变性测定法；冲击：QCJ-50抗冲击仪，GB/T 1732-1993. 

3实验：

3-1：水性双组分环氧白底漆与油性PU白底、油性PE白底对比。

3-1-1：实验配方如下：

3-1-2：施工工艺：橡胶木--->喷涂水性双组分环氧封闭清底---->干燥50℃4小时，320#砂磨--->喷涂白底漆（不同涂布量200/300/400）,干燥50℃4小时，对比性能涂膜性能。

 

3-1-3：测试标准：GB/T 23999-2009  室内装饰装修用水性木器涂料；

             GB 18581-2020    木器涂料中有害物质限量

备注：①PU200/300/400:分别表示PU白底在涂布量为200/300/400g/M2

PE200/300/400：分别表示PE白底在涂布量为200/300/400g/M2

HY200/300/400：分别表示环氧涂层在涂布量为200/300/400g/M2

②填充性：A>A->B

 

从上表数据看出，水性双组分环氧白底漆在使用时间可以与油性PU漆相当，且厚涂不起泡，冷热循环不开裂，VOC量比油性漆有了很大的降低，性能与油性漆不分伯仲。由于体系中的固化剂组分在合成过程中选用了和树脂组分一样的固体环氧树脂以及相同的乳化剂，因此两个组分相容性好，溶解度参数很接近，所以固化剂分子很容易向树脂粒子渗透扩散，固化成膜，所得的漆膜固化均匀，机械性能优异。

 

3.实验

3-2：水性双组分环氧封闭清底在木器封黄性测试

3-2-1：实验配方如下：

3-2-2：施工工艺：黑核桃木皮----->320#砂纸打磨-------->喷涂封闭清底-------->干燥50℃X4H---->喷涂相同涂布量(150g/m²)的相同的水性单组分白面------>干燥50℃X24H，测试一次色差值①，并找好记号，再放入冷热循环仪器中（-20℃X2H~60℃X2H,RH:85%,10次），完毕再测试一次色差值②，并对比耐黄性；并用环氧未做冷热循环前做标准对比其他的色差值③。 

3-2-3：测试标准：GB/T 23999-2009  室内装饰装修用水性木器涂料；

                   GB 18581-2020    木器涂料中有害物质限量

经过于水性单组分阴离子/阳离子/双组分聚氨酯/环氧封闭清底漆做测试发现，水性环氧双组分做封闭底封黄效果比起其他的会好些。如下图

 

 由于采用了多官能度的环氧乳液与优选的固化剂，混合后具有很好的相容性，形成的体系乳液粒径小，分布范围窄，所以渗透性强，能充分渗透进木材中，并漆膜具有很高的交联密度，能形成致密的涂膜，附着力佳，既可以和木材中的单宁酸反应形成稳定的螯合物，阻止单宁酸物质的渗出，同时又可以阻止木材中的油脂与外界分开，消除涂膜后期因气温变化而鼓起，甚至剥落现象。

3-3：水性双组分环氧涂料制备白色亮光面漆

3-3-1：实验配方如下：

3-3-2：工艺：MDF板----->320#砂纸打磨-------->喷涂水性双组分环氧封闭清底漆（涂布量150-200g/m²）----->干燥50℃X4H------->砂磨320#--------->水性双组分环氧白底漆（涂布量：200-400g/m²）------->干燥50℃X4H，砂磨600#--------->水性双组分环氧白面漆（涂布量200g/m²）。

 

3-3-3:测试标准：GB/T 23999-2009  室内装饰装修用水性木器涂料；

                 GB 18581-2020    木器涂料中有害物质限量

由于环氧乳液的分子结构的特征，在硬度，附着力，柔韧性，冲击性，耐性等方面都很突出，但是在耐候性方面会比丙烯酸乳液逊色不少，其主要原因是环氧树脂中一般含有芳香醚键，漆膜经老化后易降解断裂，如本文中用的双酚A型环氧树脂的分子结构中具有共轭键，经老化后会降解成醌式发色基团，产生变色。即使加入紫外光吸收剂，耐老化的效果也不理想。

3-4水性双组分环氧涂料（封闭清底+白底）与丙烯酸涂料配套的使用

3-4-1：工艺：MDF板----->320#砂纸打磨-------->喷涂水性双组分环氧封闭清底漆（涂布量150-200g/m²）----->干燥50℃X4H------->砂磨320#--------->水性双组分环氧白底漆（涂布量：200-400g/m²）------->干燥50℃X4H，砂磨600#--------->水性丙烯酸白面漆（涂布量150g/m²）。

 

3-4-2：测试标准：GB/T 23999-2009  室内装饰装修用水性木器涂料；

                   GB 18581-2020    木器涂料中有害物质限量

 

由于环氧乳液的分子结构的特征，在硬度，附着力，柔韧性，冲击性，耐性等方面都很突出，但是用环氧做底漆搭配丙烯酸面漆就能很好的解决耐候性的问题。既让漆膜拥有优异的性能，又在耐候性上很突出。这种搭配可以在木器漆的水性化中值得推荐使用。

 

4.结论：

4-1：由于水性双组分环氧涂料用水做稀释，可以做到很低的VOC或者零VOC,同时也具有油性漆很接近的性能，如丰满度，硬度等，在目前油改水政策的推广中满足客户特殊需求,可以替代油性漆。

 4-2：由于水性双组分环氧涂料在反应中不生成气体的副产物，所以可以厚喷，这是目前聚氨酯涂料无法达到的优势所在，可以涂装一次达到聚氨酯2-3次涂装的效果，节能低碳。

 4-3.由于水性双组分环氧用胺做固化剂，PH值都是较高，这个给涂料溶解单宁酸并形成稳定络合物提供一定的条件，且成膜后致密性很高，阻止单宁酸渗出，所以对木材的封黄性有很好的帮助。

4-4.环氧的耐候性比较差，由于其分子结构所决定，不推荐用在面漆.所以用环氧做封闭底漆或白底漆，面漆用水性丙烯酸涂料，耐候性QUV 168H可以保持在ΔE<0.5。保光保色均符合要求。