0 引言
近年来， 我国各级政府不断出台各种与环境保护相关的法律法规及标准。从国家层面，2015 年1 月26日，国家税务总局和财政部发布《关于对电池涂料征收消费税的通知》，涂料行业首当其冲；
从各地方来说，截止到2016 年9 月， 已有14 个省市制定了VOCs(Volatile Organic Compounds)排污费征收制度。在北京等部分地区， 木器涂装行业成为了涂料VOCs 的主要排放源中国机械网okmao.com。
此外，由于溶剂型涂料含有大量危害身体健康的苯及其他类溶剂， 涂料厂和家具厂也不断意识到这类产品对工人及生态环境的危害， 因此更多的涂料厂和家具厂都致力于更加环保安全的水性产品的开发和应用。
而在家装木器涂装行业，由于涂装工序都是在居民区进行的，从气味、健康、安全、环保及涂装工人、消费者、居民居住环境等各方面考虑，由溶剂型产品向水性产品转变的驱动力更强。因此，结合外部大环境、内部推动力及消费市场的需求， 大力发展水性涂料是必然趋势。
在家装木器涂装行业， 虽然单组份水性涂料和双组分水性涂料在绿色、环保、健康等方面都远远优于溶剂型产品，但在性能上，特别是漆膜硬度、耐化学品性等， 单组份水性产品与溶剂型产品相比还是有较大的差距。
而双组分水性聚氨酯产品，不但在安全环保上具有明显优势， 在性能上与双组分溶剂型聚氨酯产品持平或有所超越。相关性能对比见表1。
典型双组分水性聚氨酯家装木器涂料与市售双组分溶剂型聚氨酯家装木器涂料对比
由表1 可知， 双组分水性聚氨酯家装木器涂料与市售双组分溶剂型聚氨酯家装木器涂料在硬度和耐化学品性上相当。但在抗冲击性、柔韧性和耐磨性上明显优于市售双组分溶剂型聚氨酯家装木器涂料，且VOC含量远远低于溶剂型产品。
因此，综合考虑安全环保性和性能优越性， 双组分水性聚氨酯涂料在家装木器行业具有独特的优势。此外，家装涂料除了良好的性能，还需要具有良好广泛的施工性能。对于双组分水性聚氨酯涂料来说， 适用期是施工性能上极其重要的一个指标。
通常， 双组份水性聚氨酯涂料的适用期被认为是：从两个组分混合均匀开始，到涂料成膜后性能产生突变之时止。它一方面在微观上取决于体系的化学反应进程； 另一方面， 它在宏观上体现了涂膜性能的变化，在涂料的实际应用中具有指导性的作用。
而区别于传统的双组分溶剂型涂料， 双组分水性聚氨酯涂料不论从分散体系、化学反应，还是涂料适用期、成膜过程都有其独自的特点。因此，要研究双组分水性聚氨酯涂料的适用期就要从研究它的固化行为开始， 其中最主要的是化学反应。
主反应为体系中的多元醇与异氰酸酯的反应，形成以氨基甲酸酯键为交联点的网络结构。化学反应式如下：
此反应符合二级反应动力学。但随着反应的进行，交联网络结构的不断形成， 会阻碍反应基团之间的碰撞，使反应速率变慢。
主要副反应为水和异氰酸酯的反应， 这在以水为分散介质的双组分聚氨酯体系中是不可避免的。也是涂膜产生气泡的原因之一。化学反应式如下：
该副反应是异氰酸根被无效消耗主要原因， 时间越长，异氰酸根消耗量越大，涂膜的性能越差。因此这是影响涂料适用期的重要因素之一。
对双组份水性聚氨酯涂料固化行为研究的目的，目前主要集中在适用期的判断上，其实际意义在于给出产品的有效时间，指导工人施工，保证成品质量。董玉婷等通过NCO 含量和黏度的变化判断适用期长短。
陈菲斐等通过研究配置好的涂料的光泽，摆杆硬度，耐水性，耐乙醇擦拭性的变化，来判断适用期。祝宝英等认为当双组分涂料混合均匀后，喷板，待涂膜显著地失去光泽时所需的时间即为其适用期。
朱万章发现了一种新颖的水性木器涂料， 黏度在15 d 内无明显变化，存放至35 d , 双组分涂料的外观和涂刷施工时仍未观察到异常现象，认为涂料的适用期在30 d 以上。从上述文献中可以看出， 他们只是对适用期进行了宏观上的观测，没有从微观上进行进一步的研究。
本研究通过对配制好的涂料放置不同时间后制备的漆膜的摆杆硬度。雾影值和光泽进行测量得出不同体系的适用期长短。并通过原子力显微镜（AFM）观察适用期前后漆膜的微观变化， 从而把微观行为和宏观性能相结合， 尝试弄清楚适用期前后涂膜性能变化的微观影响因素。
1 实验部分
1.1 原材料
羟基丙烯酸初级分散体CA42、羟基丙烯酸二级分散体CA70、羟基聚氨酯分散体CU55、磺酸盐改性HDI三聚体CH655：科思创聚合物（中国）有限公司；丙酮、二甲苯、无水乙醇：分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；去离子水：自制；二正丁胺、盐酸：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器设备
BYK-Gardner 摆杆硬度仪、BYK Gardner micro-TRI-gloss 光泽仪、BYK-Gardner 雾影仪： 德国BYK 公司；湿膜制备器：上海现代环境工程技术有限公司；原子力显微镜SPA-300HV：精工公司。
1.3 双组份水性聚氨酯的配制和测试方法
1.3.1 双组份水性聚氨酯的配制
称量800 g 树脂放入特定的容器中，转速为1 500r/min 下搅拌。依次加入优选的消泡剂8.0 g 和流平剂2.4 g，在2 500 r/min 下搅拌15 min 后取出，为组分A待用。
配方中， 以—NCO/—OH=1.5 的当量比来计算聚异氰酸酯固化剂的用量；以质量固含量（NVC）=40%来计算A、B 组分混合后所需添加水的用量。配制涂料时，应首先在组分A 中加入氨基磺酸盐改性HDI 三聚体（B 组分），混合均匀，再加入规定量的去离子水，再次混合均匀。
涂料配好之后，每隔1 h（持续观测7 h）使用120 μm标准制膜器分别在玻璃板和黑色的PC 板上刮膜，制好的板放置在温度23 ℃、相对湿度50%的条件下养护。测试摆杆硬度（24 h、72 h、7 d 的硬度，玻璃板）、光泽（PC 板）、雾影（PC 板）。监测配好后涂料的NCO含量的变化（HCI 滴定DBA 法）。并在硅片上制膜，待涂膜充分固化后，观察涂膜表面的微观形貌。
1.3.2 测试方法
依据GB/T 1730—2007 测试摆杆硬度；依据GB/T9754—2007 测试光泽度；依据JIS K 7136—2000 测试雾影值；用HCI 滴定DBA 测异氰酸根浓度。
2 结果与讨论
2.1 雾影的测试结果
涂料涂刷以后，形成的漆膜有微小的纹理结构，产生低强度散射光，形成雾状或乳状的视觉外观即雾影。雾影是高光泽表面特有的光学现象，和光泽不同，雾影是散射光造成的，能间接反映漆膜的表面形貌。
当光以20 °入射角照射到漆膜上时就会出现反射光和散射光，雾影就是测量这部分的散射光，漆膜杂质越多、表面越不平整，散射光越多，雾影也就越大。
BYK-Gardner 雾影仪的基本机理如下：
光在以20 °入射角照射表面后， 由于表面的不平整，会形成一定角度的反射和散射，BYK-Gardner 雾影仪把在±0.9 °范围内的反射光定义为光泽， 把±（0.9~2.7） °内的散射光定义为雾影，并通过相关数学模型得出最后仪器的测试值Haze。
BYK-Gardner 雾影仪的基本机理
吴丙照1，沈剑平1，许乾慰2，张鑫2
(1.科思创聚合物（中国）有限公司，上海201206；2.同济大学材料科学与工程学院，上海201804)