水性UV面漆在办公家具中的应用

周 巍，周琼辉  

（上海展辰涂料有限公司，上海，201700）

摘要：介绍了用于办公家具面的水性UV面漆的制备和应用，并将水性UV面漆与水性双组分PU和溶剂型PU几种不同类型的面漆从干燥效率，漆膜硬度，耐污性，耐磨性，耐香烟灼烧性能等面漆关键指标上做了详细的对比分析。凭借突出的综合面漆性能，水性UV体系在办公家具领域有很强的推广潜力。

关键词：水性UV；办公家具；面漆性能

0 引言

环境友好型水性木器涂料已成为涂料行业发展的必然趋势之一，但绝大部分水性体系在性能方面与溶剂型涂料仍存在一定差距，例如硬度、丰满度、耐烫、抗划伤性、耐化学品性等。目前水性木器漆体系中具有优异硬度、抗划伤、耐磨性能的只有双组分体系和水性光固化(UV)体系，而较水性双组分体系而言，水性UV体系在施工效率方面有着显著优势，且各项理化性能有过之而无不及。

水性UV涂料结合了UV涂料和水性涂料两者的优点，与传统溶剂型或无溶剂型UV涂料相比，水性UV消除了使用挥发性有机化合物导致的污染和刺激性。水性UV涂料成膜聚合物相对分子质量较高，体系中不含活性稀释剂，因而固化后收缩率低；涂料本身气味小，对皮肤的刺激性低毒性很小；此外，分子结构中引入了氨基甲酸酯结构和离子基团，对各种基材的附着力好，通过调节聚氨酯的分子结构，可以做到高硬度、良好耐磨性和优异柔韧性的良好平衡。水性UV光固化涂料的耐化学性和耐磨性与溶剂型涂料相当，耐溶剂型取决于聚合物的分子结构和交联密度，通过调节UV交联点的多少可以改善耐溶剂能力。水性UV光固化涂料的消光比溶剂型漆容易很多，达到相当消光程度消光剂的用量只需相应得100%固体分型UV漆一半左右。施工性能方面，水性UV涂料黏度调节方便，加水即可，用水调节黏度不会影响漆膜的性能。

办公家具是水性涂装中的应用难点，其表面多为封闭涂装。同时，办公家具面漆要求具有非常优异的丰满度、抗划伤、耐磨性能，而水性UV体系刚好可以赋予水性木器漆更为突出的面漆性能。本文就办公家具水性UV面漆的涂装工艺及其性能优势，与其他体系的面漆进行了简单的对比分析与探讨。

1 试验部分

1.1 主要试验原材料

含不饱和键可UV固化的丙烯酸酯改性聚氨酯PUA分散体（固含39%）、消泡剂、消光粉、耐磨粉、流变助剂、光引发剂、润湿剂、流平剂

水性UV分散体或乳液的相对分子质量可以做得很大，达2 000 ~ 100 000，分散体中树脂的粒径为纳米级，外观为半透明或透明液体，而乳液粒径在500 nm以下，成膜后漆膜性能好，再经过UV光固化交联，涂层的最终性能可超过同类型的溶剂型涂料。按聚合物结构不同，现有光固化树脂有以下几类：不饱和聚酯树脂（UPE）、丙烯酸聚氨酯树脂（PUA）、聚酯丙烯酸树脂（PEA）、丙烯酸酯化丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂（EA），本文采用的是丙烯酸改性聚氨酯分散体，其综合性能优异，可满足办公家具面漆要求。

1.2 试验测试配方

办公家具表面，面漆具有优异的抗划伤、耐化学品性等特点，在办公家具应用领域具有广泛的应用前景，基础配方见表1。

表1 水性UV七分哑清面漆配方

1.3 产品性能

1.3.1涂料基本性能

涂料基本性能见表2。

表2    漆膜基本性能检测结果

1.3.2涂料耐污性能    

水性UV涂料的基料分子中含有不饱和键，在紫外光作用下，光引发剂分解成自由基，引发基料分子的加成聚合，形成三维交联结构，因此水性UV涂料有非常好的耐污性。

1.4 办公家具UV底水性UV面涂装工艺

办公家具环保涂装工艺一般采用UV底水性UV面工艺。具体工艺为：基材-水性UV附着底底着色-红外加热-辊涂UV净味腻子-半光固化-辊涂UV净味腻子-半光固化-辊涂UV净味底漆-全光固化-修色-水性UV清面漆-红外加热-全光固化。

水性光固化涂料的干燥需要经过干燥除水成膜和紫外光固化2个阶段：水性丙烯酸改性聚氨酯在水挥发的这一个过程，也可以叫做成膜过程，这个过程和单组分水性漆成膜类似。在水分挥发后，水性丙烯酸改性聚氨酯表面已成膜，之后需要用光固化引发聚合。通常所讲的光固化过程是指液态树脂经光照射后变成固态的过程，所涉及的光固化反应大多数是光引发的链式聚合反应。

2 结果与讨论

2.1干燥效率的讨论

在家具流水线生产时，能否下线堆叠，打包对家具厂的生产效率，成本影响很大，水性UV在脱水后经过UV固化时，漆膜树脂内的不饱和基团发生自由基聚合，这种聚合是在几s时间就完成的，而且自由基聚合的交联密度高，漆膜迅速形成网状结构，这样就有良好的物理化学性能。而市场上用于办公家具面漆的其他体系，如水性双组分和溶剂型PU，都是需要相对漫长的化学自交联反应过程才交联成膜。水性UV在干燥速度及生产效率具有明显优势。

2.2 硬度对比

漆膜硬度作为涂层最重要的物理性能之一，是用户最为关心的一个性能指标。涂料硬度反映的是涂层抵抗一个硬物理造成的恒定压陷、刮擦、切划和渗透的能力。办公家具桌面要求比普通家具要有较高的硬度。

本文制备的水性UV面漆在UV底上的铅笔硬度为2H，和溶剂型PU（2H）相当，好于水性双组分PU（1H）。

 2.3 耐香烟灼烧对比

    耐香烟灼烧性能反映了木制家具表面装饰层对点燃香烟灼烧的抵抗能力。耐香烟灼烧项目是2009年5月1日实施的GB/T 3324—2008《木家具通用技术条件》标准新增加的表面理化性能要求。耐香烟灼烧性能差的木家具漆面漆膜遇香烟高温灼烧后，漆膜涂层易出现落状黑斑、鼓泡现象。办公家具要求表面漆膜具有优异的耐香烟灼烧性能。

2.4 耐磨性对比

   磨损是两个固体表面接触时在力的作用下将材料从固体表面剥落的结果，磨损时所受到的力除正压力以外还有剪切力。耐磨性标述的是在相同受力推荐下（温度、湿度、接触介质、外力的大小及受力时间）材料从母体剥落的程度。作为涂料，硬而韧的漆膜才是最好的漆膜。本文制备的水性UV在耐磨性有着明显优势。             

    制备的水性UV具有优异的耐磨性能，优于水性2KPU、溶剂型PU和100%UV系列，在办公家具中具有很强的竞争力。

光固化水性丙烯酸改性聚氨酯除了上述优点外，还有一个很突出的优点就是解决了传统光固化涂料的硬度和柔韧性之间的矛盾，这对很多应用场合都很重要。众所周知，优异性能的涂层通常要求即具有高的硬度又兼具高的柔韧性。高硬度可以使漆膜能抵抗机械力或是化学品的侵袭，而高柔韧性则可适应基材例如木材，金属等因湿度或是温度变化所引起的膨胀或收缩，以及软质基材的变形。从分子结构与性能的关系分析，只有高相对分子质量的物质才能具有高硬度和高柔韧性。

3 结语 

综上所述，水性光固化丙烯酸改性聚氨酯涂料是一类很有前景的涂料体系，相比水性双组分和溶剂型PU体系，它在漆膜硬度，耐污性，耐磨性，耐香烟灼烧性能等面漆关键指标上都有着突出的表现，使其在办公家具这类高端领域上有着广阔的应用空间。

（详见《现代涂料与涂装》2017-9期）