上海六链集团：特种DP引发剂对水性木器漆的性能影响研究

司马军师

作者：陈正林

中国水漆全产业链模式缔造者

中国汽车非金属水性漆开创者

全球汽车密封高分子材料专家

摘    要：采用丙三醇三缩水甘油醚和含聚醚的多元胺进行反应，合成了一种可用于水性聚氨酯木器漆体系预先设计的活性基团进行反应的交联剂，该交联剂和水漆的副反应少，活化期长，施工方便。研究发现，随着交联剂的加入，活化期有所缩短，漆膜的基本性能如耐划伤、耐水、耐乙醇、耐热均有所提高，且加入量越大，性能提高越明显。

关键词：DP引发剂       水性木器漆      活化期        物理性能

1  引言

       随着人们环保和健康意识的逐渐提高，无毒无害无污染的水性木器漆已经受到了人们的关注。目前市面的水性木器漆主要以单组份为主，虽施工方便，但耐水、耐溶剂、硬度等各方面性能较差，而双组份水性木器漆由于固化剂的活化期较短，施工不方便，容易导致水漆凝固报废，仍未完全得到市场的认可。本研究以含有氨基的二元胺对多环氧化合物进行亲水和支化改性，合成了带多环氧基团的低聚物，以此低聚物为交联剂加入到水性木器漆（特别是水性聚氨酯木器漆）中，参与水性木器漆的反应交联，既能保证了涂料足够长的活化期，又使漆膜性能在温和条件下短时间内得到很大提升，完全可满足市场的需求。

2   实验部分

2.1   原料

丙三醇三缩水甘油醚，试剂级，阿拉丁试剂；1,2-丙二胺，试剂级，阿拉丁试剂；端氨基聚醚D400，工业品，扬州晨化科技集团有限公司；二丙二醇丁醚，试剂级，阿拉丁试剂；水性聚氨酯木器漆，工业品，上海六链集团。

2.2   设备

       1L玻璃反应釜1台；恒压滴液漏斗1个；温控仪1台；加热煲1台；耐划伤仪1台；搅拌电机1台。

2.3   DP引发剂合成工艺

       在1L的玻璃反应釜中投入500g丙三醇三缩水甘油醚、100g二丙二醇丁醚，搅拌均匀。在氮气保护下，在30-35℃下向反应釜内滴加160g端氨基聚醚，在60min内滴加完毕，滴加完毕，继续搅拌反应1h。在30-35℃下，继续滴加1,2-丙二胺，在60min内滴加完毕。升温至70±2℃，保温反应5h，保温结束，降温至常温，200目滤布过滤，得到富含环氧基团的低聚物，简称DP引发剂。

2.4   水漆配制及打板

      采用上海六链集团自产的水性聚氨酯树脂，在搅拌条件下加入成膜助剂、润湿剂、流平剂、消光粉、消泡剂、增稠剂等助剂，以及可促进环氧基开环的辅助助剂，得到水性聚氨酯木器漆。

      水性木器漆中加入一定比例的DP引发剂，搅拌均匀，喷涂在已施工了底漆并打磨的木质板材上，喷涂量100g/m2；喷涂后在温度25℃、湿度55%的环境中存放养护24h，测试膜面性能。

3    结果与讨论

3.1 DP引发剂对水性木器漆活化期的影响

       用上海六链集团自产水性聚氨酯树脂配制的水性木器漆，加入不同量的DP引发剂下，搅拌均匀，在28℃、55%下测其活化期，以自然状态下无法喷涂为准。本研究发现，DP引发剂和水漆混合后，其活化期都较长（15h以上），且没有表现出很明显的凝胶点，未出现如加异氰酸酯固化剂所表现的粘度快速增大、快速凝胶的现象。随着引发剂用量增大，可施工的时间缩短，但都在10h以上，解决了由于固化剂快速固化导致水漆报废的问题。结果如图1。

       DP引发剂的长活化期应与活性基团和涂料的反应机理有关。异氰酸酯固化剂的活性高，其加入水性涂料后，分散在水相中的异氰酸酯基团（-NCO）即开始和水反应，且时间越长，反应有加快的趋势，导致其活化期很短。而DP引发剂的活性基团环氧基不参与和水的反应，只少量和树脂中的氨基、羧基进行反应，所以其活化期长，且由于其化学反应发生在涂料水分挥发以后，所以在干燥养护的过程中，其性能便可快速提升。

3.2 DP引发剂对水性木器漆耐划伤的影响

在保持涂料组分不变的情况下，改变DP引发剂的用量，经喷板常温养护24h后，对比研究了涂料在不加引发剂，及引发剂在不同加入量下的漆膜膜面耐划伤性的比较，按GB/T 9279和GB/T 23999-2009的规定执行，在划针上给定100g负荷进行抗划伤试验，结果如图2。

0级代表最好，表面基本无划痕；

1级代表轻微划伤，少量划痕；

2级代表少量可视划伤，但划痕不严重；

3级代表可视划伤，划痕较清晰；

4级代表明显划伤，且划痕明显较深；

5级代表最差，表面划伤严重，膜面被严重划破并脱落。

       从图2可以看出，涂料中引发剂用量越大，涂膜表面的耐划伤性越好。对于水性聚氨酯涂料而言，其主要成膜物质即水性聚氨酯树脂，而水性聚氨酯通常含有大量维持树脂稳定存在的羧基，同时水性聚氨酯为了具有较高的分子量，一般采用多元胺进行后扩链，部分未完全参与扩链、在聚氨酯分子链端的氨基也是较活泼的基团。加入富含环氧基团的DP引发剂，在催化剂的作用下，环氧基和羧基、氨基能够进行较快速的反应，提高聚氨酯树脂分子链间的交联密度，从而提高水性聚氨酯涂料漆膜的致密性，提高漆膜的耐划伤性。

3.3  DP引发剂对水性木器漆耐水的影响

      如上所述方法，漆膜在测试温度、湿度下养护24h后进行耐水检测，按GB/T 23999-2009的规定执行，膜面浸水24h，用滤纸吸干表面水分，观察膜面的破坏情况，结果如图3。

       0级，膜面无可视变化；

     1级，膜面轻微涨起，不发白；

     2级，膜面轻微发白，轻微涨起；

     3级，膜面明显发白，较多涨起；

     4级，膜面较严重发白，严重涨起；

5级，膜面涨起，脱落。

从图3可以看出，涂料中加入引发剂后，在短期内（常温干燥24h）涂膜的耐水性显著提高，且引发剂用量越大，涂膜的耐水性越好。这可能和涂料中聚氨酯树脂的亲水基羧基和环氧基团反应有关，随着羧基被消灭，涂膜的亲水性下降，耐水性提高，同时交联密度进一步增大，耐水性也进一步提高。

3.4  DP引发剂对水性木器漆耐乙醇的影响

如上所述方法，漆膜在测试温度、湿度下养护24h后进行耐水检测，按GB/T 23999-2009的规定执行，膜面浸50%的乙醇溶液2h后，用滤纸吸干表面乙醇溶液，观察膜面的破坏情况，结果如图4。

0级，膜面无可视变化；

     1级，膜面轻微涨起，不发白；

     2级，膜面轻微发白，轻微涨起；

     3级，膜面明显发白，较多涨起；

     4级，膜面较严重发白，严重涨起；

5级，膜面涨起，脱落。

从图4可以看出，涂料中加入少量引发剂后，在短期内（常温干燥24h）涂膜的耐乙醇性迅速提高，由最差的5级提高2级，且引发剂用量越大，涂膜的耐乙醇性越好，超过1%引发剂用量，涂膜耐乙醇就可以达到1级，超过3%用量后，可以达到0级，表面基本无破坏。这可能和涂料中聚氨酯树脂的亲水基羧基和环氧基团反应有关，随着羧基被消灭，涂膜的交联度提高，耐乙醇性也明显提高。

3.5  DP引发剂对水性木器漆耐热的影响

       如上所述方法，漆膜在测试温度、湿度下养护24h后，在上面放置不锈钢杯，并往杯内倒入刚烧开的开水，倒水量1kg，杯底和膜面的接触面积为0.05m2，放置到开水降温至常温后，将不锈钢杯移除，用放大镜观察表面的破坏情况，结果如图5。

0级，可轻力提起杯子，膜面无可视变化；

     1级，稍用力可提起杯子，膜面有少许烫起的亮点；

     2级，稍用力可提起杯子，膜面有轻微少量烫印；

     3级，膜面轻微粘住杯底，稍用力可将杯子提起，膜面有明显烫印；

     4级，膜面明显粘住杯底，用较大力撕起，膜面较明显压印；

5级，膜面粘住杯底，用大力撕开，且膜面撕坏。

从图5可以看出，涂料中加入少量引发剂后，在短期内（常温干燥24h）涂膜的耐热性明显提高，且引发剂用量越大，涂膜的耐热性越好，超过1.5%引发剂用量，涂膜耐热就可以提高到3级，超过3%用量后，可以达到2级，基本可以保证家具产品的出货而不返粘。涂膜耐热性的提高主要在于DP引发剂和聚氨酯树脂的快速反应提高了漆膜的致密度，使其成为网状结构，可明显提高其耐热、抗回粘性。

4   结论

      本研究开发了一种富含环氧活性基团的引发性交联剂（简称DP引发剂），在水性聚氨酯木器漆预设计活性基团体系中，该引发交联剂有较长的活化期，虽然随着添加量的增大，活化期有缩短的趋势，但都可以维持在15h以上，很好地解决了目前市面采用异氰酸酯固化剂导致活化期太短的问题。本研究发现DP引发剂可在温和条件下短期内（24h）提高水性木器漆漆膜的物理性能，包括耐划伤性、耐水性、耐乙醇性和耐热性，且用量越多，性能提高越明显，这为水性木器漆行业所面临的干燥慢、施工限制多、无法快速出货的难题，提供了一个全新的解决方案。