免打磨不饱和聚酯白色底漆的制备

       免打磨不饱和聚酯白色底漆的制备

                   李相权1，李梦雨2

(1.成都优品化工有限公司，成都　610501；2.上海建桥学院信息技术学院，上海　201306)

0　前　言

不饱和聚酯白色底漆具有填充性优异、硬度高、丰满度好、不易塌陷等优点，广泛应用于白色家具涂装中。由于不饱和聚酯固化时体积收缩大，影响涂膜表面的平整性，如果不打磨就直接涂装面漆，不仅会出现涂膜附着力较差、容易掉漆等弊病，而且还会造成面漆流平不良、易塌陷的现象，严重影响面漆丰满度及涂装效果，因此必须对白色底漆涂层进行充分打磨，提高平整度后进行面漆涂装，才能使涂层具有较高的丰满度及层间附着力，满足家具涂装效果。由此可见，家具表面的美观性很大程度上取决于打磨质量的好坏，它是提高涂装效果的重要作业之一。而在家具制造过程中，工作量和人数最多、最集中的就是打磨工序，打磨工序也是最耗费人力，效率低下的工段，不但生产周期较长，同时打磨粉尘严重污染环境，危害健康，不能满足现代文明生产高效高质降低生产成本的要求。而且近年来家具制造企业由于人员成本上升，效率提升难，已经严重影响到家具企业的利润，为最大限度降低能耗，控制生产制造过程中的成本，涂料厂联合家具企业一直致力于各种新材料、新工艺的研发及应用。

本实验采用具有柔性链结构的气干型不饱和聚酯树脂制备不饱和聚酯白色底漆，在固化时可减少涂膜的体积收缩。同时通过科学配比，合理利用不同超细填料的堆积模型，提高产品的致密性，降低表面收缩，使涂膜丰满度高，具有较好的平整度，赋予涂膜优异的性能，不需要打磨就可直接进行面漆施工，赋予层间优异的附着力及涂装效果，提高产品的装饰效果。由于节省打磨工序，大大缩短了涂装生产周期，降低涂装制造成本，提高生产效率，同时降低环境污染，符合节能、环保的要求。

 

1　实验部分

1.1　主要原料

不饱和聚酯树脂，流平剂，消泡剂，分散剂，防沉剂，钛白粉，填料，防绿化助剂，蓝水(异辛酸钴，促进剂)，白水(过氧化甲乙酮液，引发剂)，苯乙烯，亮光白面漆，固化剂，稀释剂等。

1.2　不饱和聚酯白色底漆的制备

不饱和聚酯白色底漆配方如表1所示。

不饱和聚酯白色底漆配方

制备工艺：将配方量中不饱和聚酯树脂及分散剂投入分散缸内，高速分散5 min，然后投入钛白粉、防沉剂及填料高速分散5 min，过砂磨至细度小于25 μm，加入余下助剂，搅拌均匀，用苯乙烯调节黏度，检测合格后包装过滤。

1.3　性能测试

按m(主漆)∶m(稀释剂)∶m(蓝水)∶m(白水)＝100∶40∶(1～2)∶(1～2)的配比，取上述组分混合均匀后，在处理好的三胺板上进行喷涂施工，干燥8 h后不打磨直接进行喷涂PU亮光白色面漆，其性能检测结果见表2。

涂膜性能检测结果

2　结果与讨论

2.1　不饱和聚酯树脂的影响

树脂是涂料中最主要的成膜物质，对固化膜性能影响最大，因此在设计涂料配方时，首先要选择合适的主体树脂。在不饱和聚酯树脂的固化过程中，单元集结成核而引起分子堆积紧密，密度增加导致树脂体积收缩较大，而且由于是放热反应，反应放出的热量使涂膜表面和涂膜与基材接触面之间受力不均匀。树脂表面所受应力大于涂膜与基材接触面所受应力，造成体系体积收缩，致使涂膜表面平整性差，只能经过打磨才能喷涂面漆。由于不同的不饱和聚酯树脂的结构和分子量及基团相应有所不同，其对涂膜收缩的影响也不同，本实验采用实际生产中曾经使用过的几种不饱和聚酯树脂进行实验，结果如表3所示。

不饱和聚酯树脂对涂膜的影响

根据表3的结果可以看出，不同类型的不饱和聚酯树脂制作的白底漆的效果差异明显。常规不饱和聚酯树脂A、B、C、D为刚性直链结构，分子链较短，在固化过程中由于放热使涂膜体积收缩，造成涂膜平整性差。同时由于其交联密度大、涂膜坚硬、涂层孔隙度较小，影响了面漆的渗透作用，造成涂层间附着力差，涂装效果不佳，只能通过机械打磨，增加涂层的粗糙度及平整度，以便于面漆容易润湿白色底层，增大涂层间界面接触点，才能有利于增强涂层的机械附着力，提高面漆的流平性及丰满度，从而获得满意的涂装效果。树脂E是通过合理设计分子结构，采用特殊合成方法，在树脂中引入柔性链结构来调节柔韧性，将刚性和柔性巧妙组合，使树脂内部结构尽量优化，得到由硬软链段交替构成，以硬链段为主、软链段为辅的不饱和聚酯树脂。由于主链链段提供较多软链段，分子量变大，双键密度减少，明显改善涂膜的柔性，限制了树脂的体积收缩，同时因聚酯相对分子质量分布窄，气干性单体分布均匀，黏度适中，渗透能力强。在涂装时容易润湿底材，可赋予涂料较好的施工性能，流平性优异，在固化成膜过程中，不但可降低最高放热峰温度，易形成致密疏松相间的结构，提高涂膜伸缩能力，降低体系应力，限制了涂膜的体积收缩，容易获得光滑平整的涂膜。同时由于适度降低交联密度，在不打磨的情况下直接喷涂面漆，有利于面漆容易浸润底层，便于涂层间分子缠绕或化学键锚合，可显著提高涂层间附着力，从而获得较好的涂装效果，实验结果证明选择树脂E制备的白色底漆具有优良性能。

2.2 填料的影响

填料的加入可以降低涂料成本，提高涂膜的机械强度，同时可以增加底层的粗糙度，增大涂层间的界面接触点，有利于面漆充分浸润底层，从而具有良好附着力。选择合适的填料种类和用量，可以调节涂膜中颜料体积浓度，随着填料的加入，由于填料取代了部分体积的不饱和聚酯树脂，而填料本身不参与反应，而且在固化过程其产生的收缩很小，可以改善树脂变形能力，降低涂膜收缩率。同时固化后，在填料与树脂界面处存在一定量的空隙，而空隙的存在则会导致体系的体积收缩率下降，这些都有助于提高涂膜表面的平整性。不同的填料，其粒径、形态和表面性质都不同，因而与树脂体系相互作用的程度也不一样，对体系流动状态、成膜性能的影响也不同，从而导致涂层收缩程度也不同。因而在设计配方时，选择适合的填料及用量，合理地控制填料粒径和粒径分布，以达到较大的堆积效率，增加界面相互作用，从而达到降低涂层体积收缩率的目的。本实验选用经过表面处理的填料，粒子具有较大的比表面积，增加了填料与树脂的界面作用力，促进了填料在体系中的分散，增加填料与树脂的界面接触面积，使填料与树脂界面处生成的空隙增加，同时这种填料具有较好弹性与韧性，可增韧、增强聚合物，提高成膜物质的变形能力，保持涂膜的尺寸稳定性，在受到应力作用时能产生一定的形变，使应力松弛，消除界面应力集中和残余应力，从而有利于降低涂膜的收缩率，提高涂膜平整性，有利于面漆施工，增加附着力。

2.3　助剂的影响

由于不饱和聚酯白色底漆固含量高、喷涂黏度大、表面张力大，导致涂料的施工性不佳，不容易获得平整的涂膜，因而要选择合适的助剂，使涂料具有合适的表面张力和降低表面张力梯度的能力，从而控制涂层表面状态，改善不饱和聚酯白色底漆的施工性能，获得良好涂层外观。其中分散剂可润湿分散粉料，降低体系黏度，改善对底材的润湿性，促进涂料流动与流平。消泡剂可有效消除厚膜中气泡，保证涂膜致密性。而对体系流平性最有影响的是流平剂与防沉剂，选择好这两者，可明显改善体系的状态，赋予涂料较好的流平性，从而获得良好涂膜外观，提高施工效率。

2.3.1　消泡剂的影响

不饱和聚酯白色底漆固体含量高，在生产中易带进空气，气泡在漆液中很难排出。添加蓝白水后，更会产生大量泡沫，由于施工黏度大，这些气泡液壁厚，泡沫内部的液体不易排出，泡沫寿命长。一般涂料可静置一段时间等泡沫消失后再施工，但不饱和聚酯涂料活化期短，配漆后只能马上施工，致使喷涂时喷壶中充满大量泡沫，造成施工不便，影响喷涂效果。当这样的漆液喷到底材时，涂料渗透速度慢，难以充分润湿底材，容易在涂膜内部产生气泡。由于涂膜厚，气泡无力克服涂料的阻滞作用而升至表面，残留在涂膜中，就会给涂膜留下鱼眼；若上升到表面，气泡破灭后即形成针孔或油窝，造成涂膜缺陷。因此直接喷涂面漆时容易出现各种涂装弊病，严重影响产品涂装质量，只能经过充分打磨才能进行面漆涂装。

本实验选择两种非硅类消泡剂搭配使用，一个起抑泡作用，它比发泡液体具更低的表面张力，能分散到发泡液体中，并能斥开导致起泡的活性分子，抑泡剂分子不规则地分布在液体表面，阻止对泡沫的稳定作用，当体系要产生气泡时，抑泡剂分子就会立即破坏气泡的弹性膜，抑制泡沫的产生，在初始阶段抑制泡沫产生。另一个起破泡作用，能够破除已经产生的气泡，其扩散渗透性好，能在气泡膜的表面铺展和渗入，使体系中的表面活性剂在对气泡起稳定作用前就被除去或被替代，促使气泡膜的膜壁逐渐变薄而破裂。两者配合使用，发挥协同作用，可达到最佳消泡效果，既可以避免制造过程中产生的气泡，同时消除配漆时产生的气泡，提高涂膜的表面平整性及均匀度，防止因气泡产生的缩孔及针眼，又不影响层间附着力，便于不打磨进行面漆施工时可以获得较好涂装效果。

2.3.2　流平剂的影响

流平体系在不饱和聚酯白色底漆中被关注程度较低，造成不饱和聚酯白色底漆容易出现橘皮弊病，要经过充分打磨才能获得平整的涂层。而一个好的流平体系，可以通过与树脂体系有限相容性，能迁移到涂膜表面形成单分子层，降低涂料体系的表面张力，使涂料表面张力处于平衡状态，保持湿膜的流动性，提高涂膜的流平性，从而获得光滑平整的涂膜。流平剂实验结果如表4所示。

有机硅流平剂虽然具有良好的流平效果，但在不打磨时容易出现层间附着不良的弊病，一般不采用；不饱和树脂表面张力大，难湿润底材，涂膜易出现橘皮等弊病，单一流平剂很难达到理想效果。本实验选择丙烯酸类流平剂与氟改性丙烯酸类流平剂搭配使用，氟改性丙烯酸类流平剂基材润湿性良好，具有较好的表面状态控制能力，有助于增加涂料流动性，提高涂膜平展性；而丙烯酸类流平剂其有限的相容性可降低涂料与底材间的表面张力，容易从不饱和聚酯中渗出，渗透到底材中，将底材细孔中的空气驱赶出去，防止喷涂过程中由于涂料黏度上升阻碍气体排出而引起缩孔现象。同时由于它同树脂相容性有限，可以在短时间内迁移到涂膜表面，形成单分子层，改善涂料的表层流动性和抑制溶剂的挥发速度，延长流动时间，保证涂膜表面张力均匀化，提高抗缩孔能力，消除橘皮等弊病。同时丙烯酸类流平剂由于具有高相对分子质量和非极性结构，还有一定的消泡作用，两者合理搭配，能起到协同作用，使涂膜光滑平整，同时对上涂层附着没有明显影响，达到良好效果。

2.3.3　防沉剂的影响

不饱和聚酯白色底漆为了降低成本，添加大量填料，由于其密度大，开稀时易产生沉淀，要使涂料不易沉淀，又要保持施工条件下涂膜流平性和防流挂性的平衡，以确保涂料施工效果，这需要在涂料中加入防沉剂。它在涂料中形成网状结构而赋予涂料适宜的触变性能，改变涂料在高、中、低剪切速率下的黏度，因而在提高防沉性的同时，还使体系保持较好的流动和流平性，改善涂料施工性能及涂装质量。不饱和聚酯底漆常用防沉剂有有机膨润土、气相二氧化硅及聚酰胺蜡等，其中有机膨润土触变性大，黏度恢复迅速，使体系成为一个相对静止的整体，降低了体系的流动性，使涂料没有足够时间流平，涂膜外观较差，从而影响涂膜平整性，在本实验中不采用。流平是液体界面展布过程，流动性越好，流平性就好，而防沉剂是为了控制流动，所以它对不饱和聚酯白色底漆的喷涂施工性和流平性有很大影响，在达到防沉效果的情况下，应尽量减少其用量，具体影响如表5所示。

聚酰胺蜡属于有机类防沉剂，通过大分子链的相互缠绕形成网状结构而具有触变性，具有良好喷涂施工性能，喷涂时出油流畅，容易高度雾化，快速润湿底材，有较长时间给予湿膜流动和流平，形成光滑平整的涂膜。气相二氧化硅属于无机类防沉剂，粒度小，比表面积大，表面上带有硅烷醇基团，当气相二氧化硅加入涂料中，经过充分搅拌分散，这些硅烷醇基与相近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成氢键，在剪切力下，氢键很容易受到破坏，涂料黏度随之降低，剪切力消除后，又重新形成氢键，可以有效防止涂料流挂。本实验采用气相二氧化硅与聚酰胺蜡搭配，具有良好喷涂施工性能，出油流畅，雾化良好，赋予涂膜较好流平性，但又不会导致流挂失控，具有较好流变性能，有助于提高涂层丰满度和光泽，使涂装外观得到很大的改善。

2.3.4　涂层涂装时间间隔对面漆附着力的影响

不饱和聚酯白色底漆固化后，面漆涂装时间间隔对面漆附着力影响很大，测试结果如表6所示。

从表6可知，随着涂装时间间隔的延长，涂层间的附着力越来越差，这是因为随着涂装时间间隔的延长，不饱和聚酯白色底漆得到更充分的交联干燥，涂膜更加坚硬致密，底层表面张力变小，使面漆不能充分浸润底层，影响涂层间的渗透作用，造成涂层间附着力下降，只能经过打磨才能喷涂面漆，因而为了确保涂层间具有良好附着力，涂层涂装时间间隔不能超过16 h。

3　结　语

本实验制备的不饱和聚酯白色底漆具有较高的致密性，涂膜细腻光滑、平整度好、丰满度高，可以减少打磨工序直接进行面漆施工，不影响层间附着力，面漆具有优异的涂装效果。由于不用打磨，可降低粉尘污染，明显改善劳动环境，降低工人劳动强度，有助于保障工人的身体健康，特别是减少了环境污染和明显降低生产成本，具有较好的经济和社会效益，符合国家节能减排要求，为提高家具产品的市场竞争力提供有力的保障。