聚氨酯木器漆脱壳的原因分析及防治方法

1 引言
木器漆是一种可以采用不同的施工工艺涂覆在木器表面,形成黏附牢固、具有一定强度、连续的固体薄膜的材料。目前市场上常见的是双组分聚氨酯木器漆,它的反应机理如下:

式中的氧原子电子密度高,吸引氢原子而成羟基,但是不饱和碳原子上的羟基不稳定,重排成为氨基甲酸酯[1]。聚氨酯木器漆主漆中含—OH,固化剂中含—NCO,经混合后反应,生成聚氨酯高聚物。聚氨酯木器漆在中国木器漆市场上占有非常重要的地位,随着用户要求的提高,竞争的加剧,对其也提出了更多、更高、更新的要求,从而出现了一些值得探讨的问题。南方很多地方现在流行“湿碰湿”的施工工艺(“溶剂咬平漆面”刷法,即底下一层油漆表干后不经打磨,马上施工下一道漆),如果操作不当会带来各种问题,值得研究。

2 脱壳的产生原因及防治手段
所谓的脱壳是指漆膜由于附着或结合不良,经少许外力或未经外力即呈现漆膜脱落的现象,也叫起皮、脱皮。一般说来,出现脱壳不外乎3 个方面的原因:底材原因、施工原因和产品原因。

2.1 底材原因
由于被涂木器的原因而出现脱壳,主要有以下几个方面。

2.1.1 被涂木器表面不洁
附着力是指漆膜与被涂材料表面通过物理和化学作用结合在一起的牢固程度[2]。底材上沾有油、水、灰尘、蜡等污物,就会导致被涂底材表面张力过小,使得被涂刷的油漆附着力不够。当一种固体物质组成不变时,其表面张力数据是不变的。沾染污物后,局部表面张力就会变化。被涂覆物底材的表面张力过低,涂料的表面张力较高时,涂料不能在其上很好地展布,涂装时就会发生卷缩现象[3]。由于涂料本身有低表面张力液滴的存在或被涂饰表面因污染而存在低表面张力区,造成表面张力的不均匀,涂料在表面张力差的作用下,由低表面张力处流向高表面张力处[4],导致漆膜厚度不均,局部地区甚至没有漆膜,污物附近的漆膜就容易被打磨下来。底材沾染污物会使木器漆的润湿性变差。润湿是指液体涂料沿基材表面展布的作用,同时也是每种涂料施工的前提。如果被涂木器的表面被污物或者液体沾污,涂料对基材的润湿是困难的。润湿不足会直接导致附着力差。因此,刷涂或者喷涂油漆时,要求被涂物的表面没有油污、水分以及其它污物,否则,在出现污物的表层极易脱壳。对于待涂刷的板材,一般先使用较为粗糙的砂纸(240 目或180 目)进行打磨,直至板材表面用手摸起来感觉光滑、平整、干净。

2.1.2 木板含水率较高
木器漆最重要的作用就是对基材进行封闭,阻止或减缓木材中的水分向外移动[5],但是木板含水率太高,水分就会将漆膜顶起。一般说来,含水率超过12%的木板不能涂刷木器漆(市场上有些厂家标明含水率不能大于10%,有些厂家标明不能大于14%)。在福建地区曾经碰到过这样的情况,有用户涂刷了木器漆2 个月之后,大面积出现脱壳。在现场采用专业的木器水分分析仪来检测:脱壳严重的区域,木材含水率高达30%,最高的地方甚至达50%以上。这样高的木材含水率,不管你怎么涂刷PU 木器漆,最终都会出现脱壳。而同一客户,经仪器检测木材含水率为10%左右的地方,并未出现异常。出现这种现象是因为底材的含水率过高,时间长了温度升高,水分蒸发出来,在漆膜和木材之间形成空鼓,从外面看起来就是发白了。空鼓部分连在一起,就容易脱落下来,如图1 所示。

在实验室将此现象模拟了出来。出现此类脱壳,和别的脱壳不一样,木板含水率过高的脱壳,往往会先看到漆膜变白,稍经碰撞后,即出现脱壳的现象,如图2 所示。这种脱壳往往在施工完毕后一切正常,过了一段时间(2 ~ 6 个月)才逐渐出现。

木板含水率过高或木板比较疏松而施工时易受水及水汽侵蚀,导致底材不合要求,涂刷时易出现脱壳。遇到这种情况,需将木板进行干燥处理后方可进行涂刷。

2.2 产品原因
2.2.1 设计配方需注意的问题
⑴木器漆如配方中硅类助剂较多,或者蜡粉含量过高,其表面张力就会变得很低,在涂刷时易出现脱壳的现象。
⑵双组分聚氨酯漆分为甲组分(多异氰酸酯)和乙组分(羟基)。若甲组分加入量太少,不足以与羟基反应,则漆膜发软或发黏,抗水、抗化学品性等都会下降。若甲组分加入量太多,则多余的—NCO 基吸收空气中的潮气转化成脲,增加了交联密度和抗溶剂性,但漆膜较脆,不耐冲击。这2 种情况都会引起脱壳,因此必须避免。成品漆的主漆和固化剂必须计算好—NCO/—OH 为1/1 左右,不宜偏差得厉害。
⑶选择性能优异的树脂和固化剂。好的漆膜“既硬又韧”,选择柔韧性好的树脂或拼入一定的柔韧性好的蓖麻油树脂,能使脱壳少发生或不发生。

2.2.2 填充料的影响
这是在实际应用中得来的经验。2 个配方基本一致:树脂、助剂、溶剂、固化剂、调和剂均一样,不同之处在于:一个配方主漆中填充的粉料量多,另一个配方中粉料含量很少。投放市场几年后,结果相差很大,含粉料多的配方投诉脱壳的比例基本没有,而含粉料少的配方投诉脱壳的比例较多。这是因为含粉量多的配方形成漆膜以后,从微观的角度来看,表面比较粗糙,表面张力大,下一层漆液更容易附着上去,因此不容易脱壳。

2.2.3 油漆分层的影响
这是一个非常容易忽视的导致脱壳的原因。木器漆的主漆是由成膜物质(含有—OH 的树脂、填充料等)、助剂、溶剂混合而成的。它是混合物,不是溶液。其中的填充料密度比较大,在存放过程中容易沉降,导致油漆分层。采用同一品种的清漆,将主漆放在50℃的烘箱里烘7 d 或者将油漆自然放置半年,分别取上、中、下层油漆进行试验,在实验室条件下,正常刷板,结果上层漆液制备的漆膜很容易脱壳,而中、下层漆液制备的漆膜不脱壳,且此试验再现性非常好。这是因为油漆放置一段时间后,粉料等一些比较重的成分沉降了,而一些助剂尤其是硅类助剂等会滞留在上层,上层漆液配固化剂后,相对来说,固化剂会过量,形成的漆膜又脆、又致密、又光滑,极易脱壳。图3 所示为实验室做的此类脱壳的照片。因此,在使用聚氨酯木器漆时,需先将主漆搅拌均匀。

2.3 施工原因
2.3.1 打磨不彻底
前面一道漆固化完全,在刷漆之前未打磨充分,层与层之间附着力不强会导致脱壳。图4 是施工现场拍到的图片。在现场查看剥下来的漆膜,看到底材光滑平整无任何打磨痕迹,漆工后来也承认为赶工期未经打磨。“三分漆、七分工,十分油漆、三分打磨”,充分说明了打磨的重要性。

打磨工序主要有两大作用:
⑴清除底材表面上的毛刺、油污、灰尘等,将不平整的底面打磨得较平整。
⑵木器漆在过度平滑的表面附着力差,打磨后可使表面粗糙,增强涂层的附着力。

2.3.2 施工中固化剂加量过少
聚氨酯木器漆是由主漆和固化剂发生交联固化反应形成漆膜的,一组漆中固化剂和主漆都是按一定的公式计算好配比的。涂刷后,等到完全固化,漆膜是非常牢固坚硬的。施工中,如果固化剂加量减少,漆膜就会偏软。打磨一般可分为手工打磨和机器打磨。在大面积施工时,为了提高工作效率,常采用电动打磨机(圆盘式、振动式)来打磨。使用机器打磨时力道比较大,容易将比较软的漆膜打下来,导致脱壳。图5 为现场施工时剥离下来的漆膜。正常的漆膜应牢固附在木器表面,但是这个漆膜已经完全剥落了下来,而且很软,能卷曲成任何形状。

2.3.3 油漆超过可使用时间
聚氨酯木器漆的主漆和固化剂在充分混合之后,需在活化期内使用完毕。在一定温度和湿度下,从最低黏度开始,到达指定黏度为止(而不是胶化),这段时间为活化期。市场上的木器漆大都需在6 h 内使用完毕(25 ℃),配好未用完的漆过夜后,即使状态看起来仍很好,也不能使用,因其形成的漆膜没有强度。主漆和固化剂混合之后,—OH 一直在和—NCO发生化学反应,超过使用时间涂刷时,形成的漆膜内聚力小。其涂刷后漆膜强度很差,有的在打磨后甚至以粉状形式掉落。因此油漆必须随配随用,不得超过其活化期。图6 所示为超出可使用时间涂刷的木器漆,用手指甲轻轻一抠,漆膜呈粉末状往下掉。

因施工环境污染而产生脱壳的现象并不多见,但气温是影响脱壳的因素之一。原因是在高温天气,油漆的活化期变得比平时更短暂,更易脱壳。

2.3.4 一次性厚涂
漆膜一次性涂刷得太厚,漆膜也会附不上去。HG/T 2454—2006《溶剂型聚氨酯涂料(双组分)》中规定,测试附着力等性能的标准板大小为150 mm×70mm,测试清漆涂刷量为第1 道(0.8±0.1)g,第2 道(0.7±0.1)g;色漆涂刷量为第1 道(0.9±0.1)g,第2道(0.8±0.1)g。照这样涂刷下来,一般一道漆的厚度也就是25 μm 左右(因厂家、品种不同而不同)。但是在处理脱壳现场往往能看到,1 道漆膜的厚度达几百个μm,甚至1 ~ 2 mm以上。因“湿碰湿”的施工工艺不需要打磨,能节省时间和劳力,所以得到很多油漆工的推崇。只要等底下一层油漆表干后,不需打磨,马上就可施工下一道漆。但是采用这种刷法是有讲究的,要根据实际情况灵活运用,原则应是“下层稍薄,上层可厚”。当油漆工采用“湿碰湿”的工艺时,极易使得一道漆的膜过厚。图7所示为因一次性涂刷过厚而导致漆膜脱壳的。

一般来讲,涂布量越大,漆膜越厚,附着力越小。各层的涂布量不同,厚度不同,对于整个漆膜而言,结构不同,附着力会有所不同[6]。对于采用同一种方式来涂装的同一个物品,不同区域附着力不同,主要是由于涂饰不均匀、粗糙度不均匀以及木材的具体结构差异所引起的。这种脱壳和因木板含水率过高的脱壳不一样,漆膜厚、硬,硬物碰撞,极易掉落。

3 结语
聚氨酯木器漆是目前市场上使用最多的木器漆,由于其具有比较优异的性能而受到广大用户的信任。脱壳现象则是聚氨酯木器漆的常见问题之一,解决好此问题具有明显的实际意义。应加强这方面的研究,努力提高产品质量、不断地解决产品应用与施工中出现的问题,总结经验教训,使聚氨酯木器漆得到更广泛的应用。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注