2K PU 透明底漆漆膜發(fā)白現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)室模擬研究

1、2K PU 透明底漆漆膜發(fā)白現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)室模擬研究陳小文1, 2, 荊紅德2, 練世斌2, 賈欣茹1( 1. 北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院, 100871; 2. 廣東華潤涂料有限公司, 順德528306)0  引  言聚氨酯涂料因其具有優(yōu)良的附著力、極好的裝飾性、較全面的耐化學(xué)品性能、超群的耐候性等, 而被廣泛用于航空航天、電子、交通運(yùn)輸、化工防腐及日用器具、民用建筑等領(lǐng)域 1- 2 。在我國, 雙組分聚氨酯( 2K PU)涂料是當(dāng)前聚氨酯涂料的主流, 也是廣大消費(fèi)者心目中比較理想的高檔木器漆 3- 4 。然而, 聚氨酯涂料在施工時(shí), 或者施工后幾天、十幾天、幾個(gè)月乃至更長(zhǎng)的

2、時(shí)間里, 都可能出現(xiàn)漆膜發(fā)白的現(xiàn)象。根據(jù)涂料涂裝后出現(xiàn)漆膜發(fā)白現(xiàn)象的快慢, 可將漆膜發(fā)白情況分為4 類: 施工后1周之內(nèi)出現(xiàn)的發(fā)白(簡(jiǎn)稱" 立即發(fā)白" ) ; 施工后1 周 1 個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)的發(fā)白(簡(jiǎn)稱" 短期滯后發(fā)白" ) ; 施工后1 3個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)的發(fā)白(簡(jiǎn)稱" 中期滯后發(fā)白" ); 施工3 個(gè)月后出現(xiàn)的發(fā)白(簡(jiǎn)稱"長(zhǎng)期滯后發(fā)白"), 后兩種發(fā)白現(xiàn)象又合稱為"中長(zhǎng)期滯后發(fā)白" 。中長(zhǎng)期漆膜發(fā)白因?yàn)槌霈F(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象需要經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境多變、原因眾多 5- 6, 難以進(jìn)行正確迅速的事后處理, 既影響

3、涂料產(chǎn)品在消費(fèi)者心目中的定位, 又會(huì)引發(fā)許多復(fù)雜的索賠、退貨、補(bǔ)償?shù)冉?jīng)濟(jì)糾紛, 帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失與信譽(yù)傷害。本文在了解聚氨酯底漆施工后所處環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 設(shè)置與該環(huán)境具有高度相關(guān)性的特定條件對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬, 可望在較短的時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)出涂料出現(xiàn)中長(zhǎng)期發(fā)白現(xiàn)象的可能性, 從而采取相應(yīng)對(duì)策防治漆病, 改善木器涂料與涂裝的品質(zhì)。1  引發(fā)PU底漆漆膜中長(zhǎng)期發(fā)白的環(huán)境及其特點(diǎn)木器家具在進(jìn)行涂裝之后, 最難預(yù)防也最難模擬的漆膜發(fā)白環(huán)境是中長(zhǎng)期發(fā)白環(huán)境。這是因?yàn)閺耐苛鲜┕ね戤叺狡崮こ霈F(xiàn)中長(zhǎng)期發(fā)白現(xiàn)象, 木器家具所經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)月乃至1年以上, 而在涂裝后存放期間, 木器家具所處的溫度、濕

4、度、空氣流通等環(huán)境因素均可能發(fā)生較大程度的改變, 包括低溫、中溫、高溫的變化, 低濕、中濕、高濕的更替, 以及木器家具所處車間、房屋門窗的開放與關(guān)閉等。要反映所有這些環(huán)境因素對(duì)漆膜發(fā)白現(xiàn)象的影響, 是實(shí)驗(yàn)室模擬模型建立的難點(diǎn)之所在。從近10年來木器涂料用戶反饋回來的信息來看, 2K PU 底漆漆膜出現(xiàn)中長(zhǎng)期發(fā)白現(xiàn)象的涂裝施工與涂裝養(yǎng)護(hù)環(huán)境可分為2種: (1) 常規(guī)環(huán)境, 即隨天氣而變化的自然環(huán)境; (2) 特殊環(huán)境, 即木器家具涂裝后所存放的具體環(huán)境。分析2 種環(huán)境的特點(diǎn), 不難發(fā)現(xiàn), 在常規(guī)環(huán)境中存放的涂裝家具, 隨自然環(huán)境的溫度和濕度的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化; 而對(duì)于特殊環(huán)境中存放

5、的涂裝家具, 因?yàn)榫唧w環(huán)境的多變, 難以準(zhǔn)確地把握其內(nèi)在的共性。常見并具有一定共性的特殊環(huán)境如下: 家具廠在對(duì)批量木器進(jìn)行某種涂料的涂裝施工之后, 將涂裝的木器比較密集地放置, 或?qū)⑼垦b后的家具放在一間門窗經(jīng)常關(guān)閉的房間, 隔了一段較長(zhǎng)的時(shí)間( 1個(gè)月以上)之后, 將涂裝木器放置的空間由較為密集改成較為寬敞, 或?qū)⑼垦b家具所處房間的門窗由經(jīng)常關(guān)閉變更為連續(xù)開放1天以上。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 處在這類特殊環(huán)境下的木器家具, 均出現(xiàn)了中長(zhǎng)期漆膜發(fā)白現(xiàn)象。2  漆膜發(fā)白環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室模擬方法針對(duì)引發(fā)PU 底漆漆膜中長(zhǎng)期發(fā)白現(xiàn)象的環(huán)境,涂料專家進(jìn)行了大量的研究工作, 力求能模擬與其具有高度相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)條

6、件, 使涂裝后的家具在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生與漆膜中長(zhǎng)期發(fā)白相同或相似的效應(yīng)。"高低溫濕熱交變循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)法"是基于漆膜中長(zhǎng)期發(fā)白現(xiàn)象的" 常規(guī)環(huán)境"提出來的, 也是迄今為止在涂料界有一定應(yīng)用且形成了一定共識(shí)的實(shí)驗(yàn)室模擬研究方法。該模擬實(shí)驗(yàn)與漆膜中長(zhǎng)期發(fā)白環(huán)境的相關(guān)性, 在于?常規(guī)環(huán)境 中的溫度與濕度隨著季節(jié)、氣候的變化而發(fā)生變化, 最終導(dǎo)致漆膜發(fā)白。冷熱交變循環(huán)實(shí)驗(yàn)的工藝是將涂裝后的木板放置于高低溫濕熱交變?cè)囼?yàn)箱, 控制試驗(yàn)箱中溫度與濕度的變化規(guī)律, 實(shí)現(xiàn)由低溫到高溫、高濕到低濕的5次循環(huán)。所謂1次循環(huán), 一般是先在1 h之內(nèi)將溫度由- 20 # 升高至60

7、 # , 在60 # 條件下恒溫2 h, 然后,在1 h之內(nèi)將溫度從60 # 降至- 20 # , 再在此溫度恒溫2 h, 即完成1次循環(huán)。在1次循環(huán)的過程中, 試驗(yàn)箱的濕度隨著溫度的變化而逐漸改變。5次循環(huán)后, 取出木板, 觀察漆膜的發(fā)白程度, 即可預(yù)測(cè)該種涂料在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)中長(zhǎng)期漆膜發(fā)白現(xiàn)象的可能性。" 低溫高濕封閉模擬實(shí)驗(yàn)法"是廣東華潤涂料有限公司根據(jù)本文上節(jié)介紹的漆膜中長(zhǎng)期發(fā)白的" 特殊環(huán)境" 而提出來的一種實(shí)驗(yàn)室模擬研究方法, 它對(duì)于引發(fā)漆膜中長(zhǎng)期發(fā)白問題的" 常規(guī)環(huán)境" 同樣具有一定的模擬參考價(jià)值。在上述的&q

8、uot;特殊環(huán)境" 里, 木器家具涂裝后所處環(huán)境經(jīng)歷了空氣流通情況由差到好的轉(zhuǎn)變, 并最終引發(fā)漆膜發(fā)白, 這是設(shè)置模擬實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)。低溫高濕封閉模擬實(shí)驗(yàn)的工藝大致如下: 制作數(shù)塊40 cm* 60 cm柚木木皮夾板粘3mm 厚中纖板的底板, 對(duì)其進(jìn)行2 道厚涂, 2道噴涂之間的時(shí)間間隔為30m in; 噴涂完畢, 在漆膜表干后的不同時(shí)間分別用透明膠帶對(duì)底板的不同部位進(jìn)行封閉, 再將透明膠帶封閉的底板放入溫度為( 25 % 5) # 、濕度55% 65%的大氣環(huán)境; 4 d后, 撕去透明膠, 置于溫度為8 # 、濕度80% 的恒溫恒濕試驗(yàn)箱, 保存24 h;取出樣板, 觀察并記錄漆膜

9、發(fā)白情況, 以此預(yù)測(cè)該種涂料出現(xiàn)漆膜發(fā)白的可能性。3  模擬實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析3. 1 原材料及儀器原材料: 分散劑、潤濕劑、消泡劑、防結(jié)皮劑、防沉劑、短油醇酸樹脂、滑石粉、真溶劑、固化劑、稀釋劑等。儀器: GFJ- 0.4型高速分散機(jī)及配套設(shè)備、分散罐; JS- ANTEWEN 型高低溫濕熱交變?cè)囼?yàn)箱; OC -1360型高倍體視顯微鏡等。3. 2  聚氨酯透明底漆與清漆的制備透明底漆的制備: 按一定比例依次投入短油醇酸樹脂、助劑、溶劑, 中速分散10 m in; 然后在低速分散下加入滑石粉, 高速分散15m in; 加入稀釋劑調(diào)黏度,得到含羥基組分的聚氨酯漆; 按漆&

10、;固化劑&稀釋劑=1:0.5:0.4 0.6(質(zhì)量比)調(diào)制涂料。清漆的制備: 參照透明底漆的配方組分與加入量, 將短油醇酸樹脂、固化劑與稀釋劑調(diào)制成漆, 稀釋劑的準(zhǔn)確添加量以保證噴涂黏度為15 s(涂- 4杯)為準(zhǔn)。3. 3  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論分別以聚氨酯透明底漆與清漆噴涂樣板, 在經(jīng)過5次高低溫濕熱交變循環(huán)實(shí)驗(yàn)之后的漆膜發(fā)白情況如圖1所示。由圖1a可知, 透明底漆噴涂的樣板出現(xiàn)了明顯的發(fā)白現(xiàn)象, 而圖1b表明清漆噴涂的樣板不發(fā)白。圖2、圖3分別為聚氨酯透明底漆與清漆在低溫高濕封閉實(shí)驗(yàn)后的漆膜發(fā)白情況, 其中a、b分別是涂料表干后1 h和2.5 h進(jìn)行封閉之處。從圖2可以看出,

11、 透明底漆噴涂的樣板中, 不封閉之處與表干后2.5 h才封閉之處有輕微的發(fā)白現(xiàn)象, 而表干后1 h封閉之處出現(xiàn)了明顯的發(fā)白現(xiàn)象。圖3則表明, 對(duì)于清漆噴涂的樣板, 表干后1 h封閉之處、表干后2.5 h封閉之處、以及自始至終都不封閉之處, 均無漆膜發(fā)白現(xiàn)象。對(duì)比分析圖1、圖2與圖3, 發(fā)現(xiàn)不管是使用聚氨酯透明底漆還是清漆進(jìn)行噴涂, 涂料表干1 h即進(jìn)行封閉之處的漆膜發(fā)白情況與通過5次高低溫濕熱交變循環(huán)實(shí)驗(yàn)后的漆膜發(fā)白情況是一致的。由此可見," 高低溫濕熱交變循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)法" 和" 低溫高濕封閉模擬實(shí)驗(yàn)法" , 雖然實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)置的實(shí)驗(yàn)條件不同,

12、 卻以相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)了涂料在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)中長(zhǎng)期漆膜發(fā)白現(xiàn)象的可能性。此外, 清漆無發(fā)白現(xiàn)象的結(jié)果也表明, 該種漆料配方中選用的樹脂和固化劑具有較好的相容性; 以相同樹脂和固化劑配制而成的聚氨酯底漆, 其漆膜發(fā)白現(xiàn)象并非樹脂與固化劑的不相容所引起。 利用高倍體視顯微鏡對(duì)漆膜進(jìn)行了表層形貌分析。圖4為高低溫濕熱交變循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)后的漆膜放大100倍的顯微鏡照片, 其中圖a與圖b分別為聚氨酯透明底漆與清漆的漆膜形貌。從圖4可以看出,在經(jīng)過高低溫濕熱循環(huán)后, 透明底漆漆膜明顯發(fā)白,且在漆膜表面裸露著大量粉料; 而清漆表面無發(fā)白現(xiàn)象, 也無粉料裸露的現(xiàn)象。由此可以初步推斷, 涂料中粉料(即滑石粉)在漆膜表面的密集, 是引發(fā)漆膜出現(xiàn)中長(zhǎng)期發(fā)白的重要因素。為了考察滑石粉的吸水性是否是導(dǎo)致漆膜發(fā)白的主要原因, 對(duì)同一礦源不同粒徑的滑石粉進(jìn)行了吸水性的檢測(cè)與配漆涂裝實(shí)驗(yàn)?；哿皆叫? 比表面積越大, 吸水性越強(qiáng); 以不同粒徑滑石粉填充PU底漆的封閉模擬實(shí)驗(yàn)照片(圖5)顯示, 漆膜發(fā)白的嚴(yán)重程度為325目> 800目> 1 250 目, 即粒徑越小, 漆膜發(fā)白程度越輕。因此, 滑石粉的