隨著中國對環(huán)保的日益重視，溶劑型涂料水性化逐漸成為大家的共識，木器漆也不例外。近些年水性木器漆逐漸成為了研發(fā)的重點，吸引了越來越多的關(guān)注。特別是近年來，國內(nèi)大型家具廠商對水性木器漆的興趣日益濃厚，更是形成了對水性木器漆的現(xiàn)實需求。原因主要有以下三點：

　　a) 國內(nèi)只有少數(shù)工程師熟練掌握了水性木器漆研發(fā)技術(shù);

　　b) 水性木器漆廠商的干燥條件要求與用戶現(xiàn)有干燥工藝不匹配;

　　c) 原材料市場不豐富，特別是特效助劑種類偏少。

　　一、水性木器漆的基本構(gòu)成

　　與油性木器漆類似，下列因素有助于水性木器漆的定向：

　　1、體系快干性

　　2、恰當(dāng)?shù)牧髯兦€

　　3、流平性

　　4、單道薄噴

　　5、良好的分散

　　與油性體系不同，水性體系最大的難點是特效填料定向助劑的缺乏，例如水性體系很難找到類似于油性聚酰胺蠟或者CAB這種對填料定向有特效的助劑，因此水性配方工作者必須更加耐心的對市面上助劑進(jìn)行篩選，以滿足上述5點因素。

　　目前隨著各大原材料供應(yīng)商都推出了水性木器漆原材料產(chǎn)品，因此研發(fā)人員能拿到大量的水性木器漆推薦配方。值得注意的是，國外的水性木器漆在施工時對施工工藝和條件要求及其嚴(yán)格，因此可能國外供應(yīng)商提供的配方在他們的施工工藝和條件下能獲得非常優(yōu)異的表面效果，但目前國內(nèi)客戶通常要求適用油性的施工標(biāo)準(zhǔn)，因此通常情況下，很難獲得滿意的性能或者表面效果，因此客戶在參考這些配方時，需要明白這一點。

 

　　二、成膜助劑的選擇

　　類似于溶劑型涂料中真溶劑和助溶劑，水性體系中成膜助劑也扮演了類似的角色，也可以據(jù)此進(jìn)行分類。針對水性涂料干燥，有一句經(jīng)典的評價：溶劑型涂料干燥是溫度主導(dǎo)，濕度干擾;水性涂料是濕度主導(dǎo)，溫度干擾。

　　成膜助劑的選擇和搭配對涂料表現(xiàn)至關(guān)重要，如果配方表現(xiàn)好，是因為成膜助劑;反之亦然。但是成膜助劑從體系中揮發(fā)的過程又極其復(fù)雜，特別是混合溶劑，至今也無法給出準(zhǔn)確的描述。

　　對涂料工程師而言最在乎的是實際應(yīng)用效果，眾多研究人員對此進(jìn)行了不斷的研究，撰寫了各種書籍、文章，甚至還有專門的軟件，所以現(xiàn)在至少可以大致定性描述這些揮發(fā)過程，并且可以通過有效的選擇和搭配來解決一些現(xiàn)實問題，這對涂料配方工程師來說已經(jīng)基本夠用。

　　對于水性木器漆體系，成膜助劑的選擇主要基于以下考慮：

　　良好的助成膜性：可以降低成膜助劑使用量，配方更加靈活;

　　快干性：這點對填料定向，早期性能的重要性不言而喻;

　　適當(dāng)?shù)膿]發(fā)梯度：適量的慢揮發(fā)成膜助劑對成膜致密性以及防止縮邊等方面具有很大的幫助。

　　目前主流的成膜助劑選擇有丙二醇甲醚(PM)、乙二醇丁醚(BCS)、二乙二醇乙醚(DEE)和二乙二醇丁醚(DEB)。

　　為了追求更快的干燥速度，甚至?xí)x擇乙醇、丙酮、苯甲醇等快揮發(fā)溶劑，幾乎是無所不用其極。

　　在這些醇醚類溶劑中，PM的選擇主要因為其快速揮發(fā)的能力，只能作為助溶劑，而BCS、DEE和DEB主要是為了建立一個適宜的揮發(fā)梯度，同時乙二醇醚類溶劑還具有在不同濃度下表面張力可以保持基本不變的能力，因此有助于得到更好的操作性，并具有一定的耦合性，便于填料潤濕分散。此外也有文獻(xiàn)表明，在一個比較長的干燥時間內(nèi)，相同的揮發(fā)速度下，親水性成膜助劑在體系中殘留更低。

　　對于此類成膜助劑選擇，有一定的局限性。主要問題在于為了保證成膜性，中、慢揮發(fā)速度的成膜助劑使用量偏大，導(dǎo)致涂膜最終性能體現(xiàn)較慢，這也是目前許多客戶面臨的問題。有鑒于此開始尋找新的成膜助劑，可以很快的從體系中揮發(fā)，并具有良好的助成膜性，于是很快鎖定了EEP、n-pentyl Propionate、二丙二醇二甲醚，并對EEP做了初步的測試。

 

　　三、流變助劑的選擇

　　在水性木器漆體系中，流變助劑有著極其重要的地位，影響著涂料的各個方面，一個理想的有效的流變曲線需要具備兩個方面的作用：

　　1、觸變性：

　　良好的觸變性可以解決防沉和防流掛的作用。更為重要的是，良好的觸變性可以保持銀粉在噴到板材時，在噴的作用下，乳液粒子傾向于平行排列的狀態(tài)，這一點對水性木器漆尤其重要。

　　2、后期流動性，或者從一個更高的角度看體系的流平：

　　在噴到板材后，涂料需要一定的觸變性來防止流掛，并保持粒子的排列狀態(tài)。在過了這個窗口后，涂膜的收縮導(dǎo)致乳液粒子進(jìn)一步進(jìn)行排列，此時盡可能低的粘度有助于進(jìn)一步排列，以及涂膜的流平(為什么在水性體系中，流變助劑對流平的影響至關(guān)重要，流平劑的選擇一節(jié)中將繼續(xù)闡述)。

　　這里對水性體系流變助劑做一個簡單的介紹，水性工業(yè)涂料體系常用的流變助劑主要有以下三類：

　　a) 堿溶脹型;例如纖維素類，丙烯酸(ASE)類，這類對水相增稠，對pH值非常敏感;

　　b) 締合PU型(HEUR);一般分為三類，牛頓型(建筑涂料領(lǐng)域中常說的流平劑)，假塑性和強假塑型(我們的體系需要使用強假塑型)。這類對顆粒增稠，對表面活性劑敏感，對pH值不敏感;

　　c) 氣相二氧化硅、有機膨潤土、蠟類(氫鍵作用型)。

　　對于觸變性，可以從各種各樣的配方中看到這一思路的體現(xiàn)，例如選擇有機膨潤土、蠟類流變助劑(BYK一些資料中關(guān)于蠟類助劑對定向的幫助有不少論述)。

　　選擇堿溶脹流變助劑主要是基于幾點：

　　1、強觸變，有利于防沉，防流掛;

　　2、對體系的HLB 值不敏感;

　　3、對pH值非常敏感。

　　這一點可以用來設(shè)計體系的流變曲線，與上節(jié)希望成膜助劑“適應(yīng)締合型增稠劑締合需要”中敘述的一致，我們期待在體系pH值處于堿性時，堿溶脹流變助劑具有強觸變，在噴到板上后，由于中和劑的揮發(fā)，體系轉(zhuǎn)變成酸性，從而導(dǎo)致增稠效果大減，體系粘度盡可能低，以增加流平和填料定向。

　　需要指出的是如果不是對pH值和中和劑做精心設(shè)計，堿溶脹流變助劑本身并不會對流平有利。有些人還為此進(jìn)行了專門的研究，這也是后來HEUR類流變助劑得到發(fā)展的原因。通常相比ASE或者纖維素類，HEUR觸變性稍弱一些，但對體系流平很有幫助。特別是噴涂時，高剪粘度((強假塑型)高于堿溶脹型，有效防止飛濺，同時濕膜更厚，有利于流平。

　　對于儲存穩(wěn)定性，根據(jù)乳膠漆的經(jīng)驗，堿溶脹型是對體系的水相增稠，而HEUR是對比較疏水的顆粒增稠。如果單用一種類型的流變助劑，難以獲得長期的滿意的儲存穩(wěn)定性(當(dāng)然并非不可能)，如果拼用則可以獲得最佳效果，這些都是我們想選擇HEUR類流變助劑的原因之一，正是鑒于HEUR類流變助劑有上述優(yōu)點，如果有效的使用強假塑型HEUR，一定可以獲得最佳效果。

　　此外還希望借用締合型HEUR的締合強烈的受到親水性表面活性劑影響的特征來設(shè)計與上述ASE類似流變曲線，加入快揮發(fā)的疏水性成膜助劑(EEP)，達(dá)到締合效果，同時由于中、慢揮發(fā)速度的親水性成膜助劑的存在，在疏水性成膜助劑基本揮發(fā)后，親水性成膜助劑在涂膜中富集，降低締合效果，從而降低粘度。

　　但目前的結(jié)果是，使用蠟類增稠劑配合ASE，可以比較簡單的獲得一個比較令人滿意的表面效果。

 

　　四、PH調(diào)節(jié)劑的選擇

　　PH 值對水性涂料的影響，可以查到非常多的論述，或者可以參考安格斯對AMP-95 的介紹，各種類型的胺都可以用來做pH調(diào)節(jié)劑，但選擇pH值調(diào)節(jié)劑主要從兩個方面來考慮：體系主成份的反應(yīng)性;揮發(fā)速度。

 

　　五、流平劑的選擇

　　溶劑型體系可以通過表面張力差、低粘度來促進(jìn)流平。通過選擇合適的溶劑，使得溶劑的揮發(fā)會導(dǎo)致表面張力的變化，因此波峰和波谷的溶劑揮發(fā)差異會導(dǎo)致表面張力的差異，促使體系流平。

　　但令人遺憾的是，我們發(fā)現(xiàn)水性涂料中水分的揮發(fā)，體系表面張力變化很不明顯，依然會比較均勻的維持在較低的表面張力水平，這就導(dǎo)致水性涂料喪失了一個重要的流平動力。因此水性涂料流平會更加依賴粘度。

　　同樣水性涂料在干燥的過程中，高剪切力消失后，隨著水分的揮發(fā)，粘度急劇上升，特別是對于噴涂體系，低粘度狀態(tài)的流平時間較短，不利于流平。

　　鑒于上述原因大家就可以理解在流變助劑選擇、成膜助劑搭配、pH值調(diào)節(jié)劑、pH值的選擇這些方面做如此復(fù)雜和精心的設(shè)計是完全必要的。

　　水性體系的流平當(dāng)然不會僅限于靠低粘度流平，市面上也有足夠多的流平劑來供大家選擇，碳?xì)漕悺⒎碱悺⒐桀悺Ⅴヮ惡捅┧犷悺?/span>

　　對于水性體系的流平劑的選擇，我們需要了解兩種表面張力：

　　1、靜態(tài)表面張力(也有稱之為平衡態(tài)表面張力);

　　2、動態(tài)表面張力。

　　一般而言碳?xì)漕惐砻婊钚詣┚哂泻芎玫慕档蛣討B(tài)表面張力的能力，而硅類或者氟碳類表面活性劑具有很好的降低靜態(tài)表面張力的能力。為了有效避免表面張力問題帶來的麻煩，有必要對此進(jìn)行混拼使用。

　　還需要專門指出的是水性流平助劑并非不可或缺，有聲稱從來不在水性木器漆中使用任何專門的流平劑，同樣可以獲得卓越的表面效果，這種做法也是有道理的，從一定程度上說碳?xì)漕愐埠茫碱愐埠茫@些流平劑作用應(yīng)該體現(xiàn)在以下幾個方面：降低表面張力;提高潤濕性;消除干燥過程中，表面張力差異導(dǎo)致的桔皮或者貝納德漩流渦。

　　由于表面活性劑的關(guān)系，水性體系的表面張力一直會保持在比較低的水平，這時體系的表面張力已經(jīng)可以滿足基本的潤濕需要，而且水分的揮發(fā)不會導(dǎo)致體系的表面張力大幅度上升，此外水性木器漆水揮發(fā)快，粘度上升快，流平時間短(所以有可能刷涂自干采用流平劑效果會更好些)。當(dāng)然也有稱動態(tài)表面張力對水性流平非常重要，可惜沒有看到具體論述，無論如何不使用流平助劑只是一種境界，大家還需要對比實驗，進(jìn)行合理的選擇。

　　但如何做到一個理想的木器漆配方?

　　需要重新審視前面的內(nèi)容：花了很多篇幅來討論成膜助劑、流變助劑、pH 值調(diào)節(jié)劑和流平劑，無非解決3個問題：快干性、恰當(dāng)?shù)牧髯兦€和流平性。實際上快干性是存在極限和限制的，這樣流變曲線就顯得尤為重要。理想配方也需要從這幾個方面著手，特別是流變曲線，我們設(shè)想如下：

　　a)、體系的粘度盡可能由流變助劑提供，具有一定的觸變性，而且在抗流掛需要后，增稠效果消失，此外涂料的粘度還不要太高，以免影響過濾;

　　b)、成膜助劑除了第二節(jié)所述之外，還需要在體系進(jìn)入高固含階段盡可能降低體系粘度(類似預(yù)聚物法合成PU 時NMP 的作用)，中、慢揮發(fā)成膜助劑必須是親水性，以保證涂膜收縮過程中乳液顆粒表面盡可能保持光滑、堅硬，從而更好地移動，以方便漆膜更加平整;

　　此外對于填料選擇，還可以大膽的設(shè)想，細(xì)粒徑的填料能獲得更佳的定向效果。如果有兩片上下排列的填料，他們之間一定存在大量的乳液顆粒，這些乳液顆粒肯定不會非常均勻的分布，在涂膜收縮過程中，乳液顆粒會盡可能的趨向均勻分布，這就存在一個乳液顆粒移動的問題。

　　在水性體系流平時間短的情況下，移動距離盡可能短就會顯得比較重要，以8μ和12μ的填料為例，中心的乳液顆粒如果要移動出填料表面之外，移動距離要增加50%，實際體系乳液顆粒移動要比這復(fù)雜的多，所以實際效果差距并不會象前面數(shù)據(jù)那樣大。

 

　　六、其他助劑

　　這樣如果能選擇合適的流變助劑和成膜助劑滿足上述內(nèi)容，在使用細(xì)粒徑的填料，可能可以獲得更佳的表面效果。采用的助劑通常可以分為兩類：交聯(lián)劑，功能性填料。

　　性能改善的原因無外乎增加交聯(lián)密度，或者改善致密性，或者增加填料接觸面積從而減少樹脂接觸面積這幾點。

　　功能性填料可以做如下分類：

　　蠟類耐磨性，硬度，手感等性能提升不是很顯著;

　　白炭黑耐磨性，硬度，耐化性等性能提升顯著分散是個問題;

　　硅溶膠耐磨性，硬度，耐化性等性能提升較顯著穩(wěn)定性是個問題。

 

　　七、結(jié)語

　　從水性木器漆性能改進(jìn)方面來說，幾年前人們對水性木器漆的性能，例如附著力、硬度、耐醇、耐摩擦等，還有非常大的懷疑。但現(xiàn)在大多數(shù)工程師不再有這樣的顧慮，從理論上說水性乳液由于更高的分子量(通常幾十萬到百萬)，因此可以獲得比油性體系更好的物化性能。但溶劑型原材料已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，技術(shù)研發(fā)人員可以通過特殊原材料選擇，或者助劑來獲得超高性能的涂層，水性產(chǎn)品還不是很豐富，也沒有性能超級出眾的乳液可以選擇，正確的使用成膜助劑，搭配適合體系的助劑來改善是具備可行性的。