水性木器塗(tú)料的配方及助劑(ji)搭配

　　随着中國對(duì)環保的日益重視(shi)，溶劑型塗料水性(xìng)化逐漸成爲大家(jiā)的共識，木器漆也(ye)不例外。近些年水(shui)性木器漆逐漸☔成(chéng)爲了研發的重點(diǎn)，吸引了越來越多(duō)的關📞注。特别是近(jìn)年來，國内大型家(jia)具廠商對水性木(mu)器漆的興趣日益(yi)濃厚，更👄是形成了(le)對水性木器漆的(de)現實需求。原因主(zhu)要有以下三🎯點：

　　a) 國(guó)内隻有少數工程(cheng)師熟練掌握了水(shuǐ)性木器漆研發技(ji)術;

　　b) 水性木器漆廠(chang)商的幹燥條件要(yào)求與用戶現有幹(gan)燥工藝🤩不匹✨配;

　　c) 原(yuán)材料市場不豐富(fu)，特别是特效助劑(ji)種類偏少。

　　一、水性(xing)木器漆的基本構(gòu)成

　　與油性木器漆(qī)類似，下列因素有(you)助于水性木器漆(qī)的定向：

　　1、體系快幹(gàn)性

　　2、恰當的流變曲(qǔ)線

　　3、流平性

　　4、單道薄(bao)噴

　　5、良好的分散

　　與(yǔ)油性體系不同，水(shuǐ)性體系最大的難(nan)點是特效填料✨定(ding)向助劑的缺乏，例(li)如水性體系很難(nan)找到類似于油性(xing)聚酰胺蠟或者CAB這(zhè)種對填料定向有(yǒu)特效的助劑，因此(cǐ)水性配方工作者(zhě)必須更加耐心的(de)對市面上助劑進(jìn)行篩選🏃，以滿足上(shàng)述5點因素。

　　目前随(sui)着各大原材料供(gòng)應商都推出了水(shuǐ)性木器漆原材料(liào)産品，因此研發人(rén)員能拿到大量的(de)水性木器漆推薦(jian)配方。值得注意的(de)是，國外的水性木(mù)器漆在施工時對(duì)施工工藝和條件(jian)要求🏃‍♂️及其嚴格，因(yin)此可能國外供應(ying)商提供的配💘方在(zài)他們的施工工藝(yi)和條件下能獲得(de)非常優異的表面(mian)效果，但目前國内(nei)客戶通常要求适(shì)用油性的施工标(biao)準，因此通🌈常情況(kuang)下，很難獲㊙️得滿意(yì)的性能或者表面(mian)效果，因此👅客戶在(zài)參考這些配方時(shi)，需要明白這一點(dian)。

 

　　二、成膜助劑的選(xuan)擇

　　類似于溶劑型(xíng)塗料中真溶劑和(he)助溶劑，水性體系(xì)中成膜助劑也扮(bàn)演了類似的角色(sè)，也可以據此進行(hang)分類。針對水🈲性塗(tú)料幹燥，有一句經(jing)典的評價：溶劑型(xíng)塗料幹燥是溫度(du)主導，濕度幹擾;水(shuǐ)性塗料是濕度主(zhǔ)導，溫度幹擾。

　　成膜(mo)助劑的選擇和搭(dā)配對塗料表現至(zhi)關重要，如果配方(fang)表♍現好，是因爲成(chéng)膜助劑;反之亦然(ran)。但是成膜助劑從(cóng)體系中揮發的💃過(guò)程又極其複雜，特(te)别是混合溶劑，至(zhi)今也無法給出準(zhǔn)确的描述。

　　對塗料(liào)工程師而言最在(zai)乎的是實際應用(yong)效果，衆多研✂️究人(rén)員對此進行了不(bu)斷的研究，撰寫了(le)各種書籍、文章，甚(shèn)至❤️還有🏃‍♀️專門的軟(ruǎn)件，所以現在至少(shao)可以大緻定性描(miáo)述這些揮發過程(cheng)，并且⭕可以通過有(you)效的選擇和搭配(pèi)來解決一些現實(shi)問題，這對塗料✉️配(pei)方工程師來說已(yǐ)經基本夠用。

　　對于(yú)水性木器漆體系(xi)，成膜助劑的選擇(ze)主要基于以下考(kǎo)🈲慮：

　　良好的助成膜(mo)性：可以降低成膜(mó)助劑使用量，配方(fāng)更加靈😍活;

　　快幹性(xìng)：這點對填料定向(xiàng)，早期性能的重要(yào)性不言而喻🥰;

　　适當(dang)的揮發梯度：适量(liàng)的慢揮發成膜助(zhù)劑對成膜👉緻密性(xìng)以及🛀🏻防止縮邊等(děng)方面具有很大的(de)幫助。

　　目前主流的(de)成膜助劑選擇有(you)丙二醇甲醚(PM)、乙二(er)醇丁醚(BCS)、二🔞乙二醇(chún)乙醚(DEE)和二乙二醇(chun)丁醚(DEB)。

　　爲了追求更(geng)快的幹燥速度，甚(shèn)至會選擇乙醇、丙(bing)酮🏒、苯甲☂️醇等🥵快揮(huī)發溶劑，幾乎是無(wu)所不用其極。

　　在這(zhe)些醇醚類溶劑中(zhong)，PM的選擇主要因爲(wèi)其快速揮發的能(néng)力，隻🎯能作爲助溶(rong)劑，而BCS、DEE和DEB主要是爲(wèi)了建立一個适宜(yi)🔅的揮📧發梯💁度，同⭕時(shi)乙二醇醚類溶劑(ji)還具有在不同濃(nóng)度下表面張力可(kě)以保持🔴基本不變(biàn)的♊能力，因此有助(zhu)于得到更好的操(cao)作性，并具有一定(ding)的耦合性，便✊于填(tián)料潤濕🈲分散。此外(wài)也有文獻表明，在(zai)一個比較長的幹(gan)燥時間内，相同的(de)揮發速度下，親水(shuǐ)性成膜助劑在體(ti)系✍️中殘留更低。

　　對(duì)于此類成膜助劑(ji)選擇，有一定的局(ju)限性。主要問⭕題在(zài)于爲了保證成膜(mo)性，中、慢揮發速度(dù)的成膜助劑使用(yong)量偏大，導緻⭐塗膜(mo)最終性能體現較(jiào)慢，這也是目前許(xǔ)多客戶面臨的問(wen)題。有鑒于此開始(shi)尋找新的成膜助(zhu)劑，可以很快的從(cóng)體系中揮發，并具(jù)有良好的助成♈膜(mó)性，于是很快鎖定(dìng)了EEP、n-pentyl Propionate、二丙二醇二甲(jiǎ)醚，并對EEP做了初步(bù)的測試。

 

　　三、流變助(zhù)劑的選擇

　　在水性(xing)木器漆體系中，流(liu)變助劑有着極其(qí)重要的地🤟位，影㊙️響(xiǎng)着🏃🏻‍♂️塗料的各個方(fāng)面，一個理想的有(yǒu)效的流變曲線需(xu)要具備兩個方面(miàn)的作用：

　　1、觸變性：

　　良(liáng)好的觸變性可以(yi)解決防沉和防流(liu)挂的作用。更爲重(zhòng)🍉要的是🧡，良好的觸(chu)變性可以保持銀(yín)粉在噴到闆材時(shí)，在噴的作用下，乳(ru)液粒子傾向于平(píng)行排列🐕的狀态，這(zhè)一點對水性木器(qi)漆尤其重要。

　　2、後期(qī)流動性，或者從一(yī)個更高的角度看(kan)體系的流平：

　　在噴(pēn)到闆材後，塗料需(xu)要一定的觸變性(xing)來防止流🈲挂，并保(bǎo)持粒子的排列狀(zhuàng)态。在過了這個窗(chuāng)口後，塗膜的收縮(suō)💛導緻乳液粒子進(jin)一步進行排列，此(ci)時盡⁉️可能低🥰的粘(zhān)度有助于進一步(bu)排列，以及塗膜的(de)流平(爲什麽在水(shuǐ)性體💋系中，流變助(zhù)劑對流❄️平的影響(xiang)至關重要，流平劑(ji)的選擇一節中将(jiāng)繼續闡述)。

　　這裏對(duì)水性體系流變助(zhu)劑做一個簡單的(de)介紹，水🥵性工業塗(tu)🚶‍♀️料體系常用的流(liu)變助劑主要有以(yǐ)下三類：

　　a) 堿溶脹型(xíng);例如纖維素類，丙(bǐng)烯酸(ASE)類，這類對水(shuǐ)相增稠👣，對✉️pH值非常(cháng)敏感;

　　b) 締合PU型(HEUR);一般(bān)分爲三類，牛頓型(xing)(建築塗料領域中(zhōng)常說的流平劑)，假(jia)塑性和強假塑型(xing)(我們的體系需要(yào)使用強假塑型📐)。這(zhè)類對顆粒增稠，對(dui)表面活性劑敏感(gan)，對pH值不敏感;

　　c) 氣相(xiang)二氧化矽、有機膨(peng)潤土、蠟類(氫鍵作(zuò)用型)。

　　對于觸變性(xìng)，可以從各種各樣(yàng)的配方中看到這(zhè)一思😄路的體現，例(lì)如選擇有機膨潤(rùn)土、蠟類流變助劑(ji)(BYK一些資料中關于(yu)蠟🐉類助劑對定向(xiàng)的幫助有不少論(lùn)述)。

　　選擇堿溶脹流(liú)變助劑主要是基(ji)于幾點：

　　1、強觸變，有(you)利于防沉，防流挂(gua);

　　2、對體系的HLB 值不敏(mǐn)感;

　　3、對pH值非常敏感(gan)。

　　這一點可以用來(lái)設計體系的流變(biàn)曲線，與上節希🈲望(wàng)成膜助劑“适應締(dì)合型增稠劑締合(hé)需要”中叙述的一(yi)緻，我們期待在體(ti)系pH值處于堿性時(shi)，堿溶脹流☁️變助劑(jì)具有強觸變，在噴(pen)到闆⛷️上後，由于中(zhōng)和劑的💁揮發，體系(xi)轉變成酸🔞性，從而(ér)導✏️緻增稠效果大(da)減，體🏒系粘度盡可(ke)能低，以增加流平(ping)和填料定向。

　　需要(yào)指出的是如果不(bú)是對pH值和中和劑(ji)做精心設計，堿溶(rong)脹流變助劑本身(shēn)并不會對流平有(you)利。有些人還爲此(cǐ)進行🏃🏻‍♂️了專門的研(yan)究，這也是後來HEUR類(lei)流變助劑得到發(fā)展的原因。通常相(xiang)‼️比ASE或者纖維素類(lèi)，HEUR觸變性稍弱一些(xie)，但對📧體系流平🚩很(hěn)有幫助。特别是噴(pēn)👉塗時，高剪粘度((強(qiang)假塑型)高于堿溶(róng)脹型，有效防止😄飛(fei)濺，同時濕🏒膜☁️更厚(hou)，有利于流🐪平。

　　對于(yú)儲存穩定性，根據(jù)乳膠漆的經驗，堿(jian)溶脹型是對體系(xi)的水相增稠，而HEUR是(shi)對比較疏水的顆(kē)粒增稠☀️。如果單用(yòng)一種類型的流🔞變(biàn)助劑，難以獲得長(zhǎng)期的滿意的儲存(cun)穩定性(當然并非(fēi)不可能)，如果拼用(yòng)則可以獲得最佳(jia)效果，這些都是我(wo)們想選擇HEUR類流變(bian)助劑的原因😘之一(yī)，正是鑒于HEUR類流變(bian)助劑有上述優點(diǎn)，如果有效的使用(yòng)強假塑型♋HEUR，一定可(ke)以獲得⛹🏻‍♀️最佳效果(guǒ)。

　　此外還希望借用(yòng)締合型HEUR的締合強(qiang)烈的受到親水性(xìng)表面活性♈劑影響(xiǎng)的特征來設計與(yǔ)上述ASE類似流變曲(qu)線，加入快揮發的(de)疏水性成膜助劑(jì)(EEP)，達到締合🚶效果，同(tóng)時由于中、慢揮發(fa)速度🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的親水📧性成(cheng)膜助劑的存在，在(zài)疏水性成膜助劑(jì)基本揮發後，親水(shuǐ)性成膜助劑在塗(tú)膜中富集，降低締(di)合效果，從而降低(dī)粘度。

　　但目前的結(jie)果是，使用蠟類增(zeng)稠劑配合ASE，可以比(bi)較簡單的獲得一(yi)個比較令人滿意(yì)的表面效果。

 

　　四、PH調(diào)節劑的選擇

　　PH 值對(dui)水性塗料的影響(xiǎng)，可以查到非常多(duo)的論述，或者可以(yǐ)參考安格斯對AMP-95 的(de)介紹，各種類型的(de)胺都可以用來做(zuo)pH調節🈚劑，但選擇pH值(zhí)調節劑主要從兩(liang)個方面來考慮：體(ti)系主成份的反應(ying)性;揮發速度。

 

　　五、流(liu)平劑的選擇

　　溶劑(jì)型體系可以通過(guo)表面張力差、低粘(zhān)度來促進流平。通(tong)過選擇合适的溶(rong)劑，使得溶劑的揮(huī)發會導緻表面張(zhāng)力的變化，因此波(bō)峰和波谷的溶劑(jì)揮發差異會導緻(zhì)表面張力🔞的差異(yi)，促使體系流平。

　　但(dan)令人遺憾的是，我(wǒ)們發現水性塗料(liào)中水分的揮發，體(ti)🐕系表面張力變化(huà)很不明顯，依然會(huì)比較均勻的維持(chi)在☀️較低的表面張(zhang)力水平，這就導緻(zhi)水性塗料喪失了(le)一個重要的流平(píng)動力。因此🥰水性塗(tu)料流平會更加🌐依(yi)賴粘度。

　　同樣水性(xìng)塗料在幹燥的過(guò)程中，高剪切力消(xiao)失後，随着水分的(de)揮發，粘度急劇上(shàng)升，特别是對于噴(pēn)塗體系，低粘🏃🏻度狀(zhuàng)态的流平🌂時間較(jiao)短，不利于流平。

　　鑒(jian)于上述原因大家(jiā)就可以理解在流(liú)變助劑選擇、成膜(mó)助劑搭配、pH值調節(jie)劑、pH值的選擇這些(xiē)方面做如此複雜(zá)和精心的設計是(shi)完全必要的。

　　水性(xing)體系的流平當然(rán)不會僅限于靠低(di)粘度流平，市面上(shàng)也有足夠多的流(liú)平劑來供大家選(xuan)擇，碳氫類、氟碳類(lèi)、矽類、酯類和丙烯(xi)酸類。

　　對于水性體(ti)系的流平劑的選(xuǎn)擇，我們需要了解(jie)兩種表面張力：

　　1、靜(jing)态表面張力(也有(yǒu)稱之爲平衡态表(biao)面張力);

　　2、動态表面(mian)張力。

　　一般而言碳(tan)氫類表面活性劑(jì)具有很好的降低(di)動态表面張力的(de)能力，而矽類或者(zhě)氟碳類表面活性(xing)劑具有很好的降(jiàng)低靜态表面張力(lì)的能力。爲了有效(xiao)避免表面張🧡力問(wen)題帶來的♍麻煩，有(yǒu)必要對此進行混(hun)拼使用。

　　還需要專(zhuān)門指出的是水性(xing)流平助劑并非不(bú)可或缺，有聲♻️稱從(cóng)來不在水性木器(qi)漆中使用任何專(zhuan)門♌的流㊙️平劑💔，同樣(yang)可以獲得卓越的(de)表面效果，這種做(zuò)法也是🍓有道理的(de)，從一☂️定程度上說(shuō)碳氫類也好，氟❗碳(tan)類也好，這些流平(ping)♋劑作用應該體現(xian)在以下幾個方面(miàn)：降低表❄️面張力;提(tí)高潤濕性;消除幹(gàn)燥過程中，表面張(zhang)力差異導緻的桔(jú)皮或者貝納德漩(xuan)流渦。

　　由于表面活(huó)性劑的關系，水性(xìng)體系的表面張力(lì)一直會保持⛷️在🆚比(bǐ)較低的水平，這時(shí)體系的表面張力(li)㊙️已經可以滿足基(jī)本的潤濕需要，而(ér)且水分的揮發不(bu)會導緻體系的表(biao)面張力大幅度上(shang)升，此外水性木器(qi)漆水揮發快，粘🈚度(dù)上升快⭐，流平時間(jian)短(所以有可能刷(shua)塗自幹采用流平(ping)劑效果會更好些(xie))。當然也💃🏻有稱動态(tài)表👨‍❤️‍👨面張力對水性(xing)流平非常重要，可(ke)惜沒有看到具體(ti)論述🏃，無論如何不(bu)使用流平助劑隻(zhi)是一⭕種境界，大家(jiā)還需🌈要對比實驗(yan)，進行合理的選擇(ze)。

　　但如何做到一個(ge)理想的木器漆配(pei)方?

　　需要重新審視(shì)前面的内容：花了(le)很多篇幅來讨論(lùn)成膜☎️助🔴劑、流變助(zhù)劑、pH 值調節劑和流(liu)平劑，無非解決3個(ge)問題：快幹性、恰當(dāng)的流🔞變曲線和流(liu)平性。實際上🔞快幹(gan)性是存在極限和(hé)限制的，這樣流變(bian)曲線就顯得尤爲(wei)重要。理想配方也(yě)需要從這幾個方(fang)面着手❌，特别是流(liu)變曲線，我們設想(xiǎng)如下：

　　a)、體系的粘度(du)盡可能由流變助(zhu)劑提供，具有一定(ding)的觸變性💘，而且在(zài)抗流挂需要後，增(zeng)稠效果消失，此外(wài)塗料的粘🐕度還不(bú)要太高，以免影響(xiǎng)過濾;

　　b)、成膜助劑除(chu)了第二節所述之(zhi)外，還需要在體系(xi)進入高固㊙️含階段(duan)盡可能降低體系(xì)粘度(類似預聚物(wu)法合成PU 時NMP 的作用(yong))，中、慢揮發成膜助(zhù)劑必須是親水性(xing)，以保證塗膜收縮(suo)過🚩程中乳液顆粒(lì)⛱️表面盡可能😘保持(chí)光滑、堅硬，從而更(geng)好地移動，以方便(bian)漆膜更加平整;

　　此(ci)外對于填料選擇(ze)，還可以大膽的設(shè)想，細粒徑的填料(liào)能獲得更佳的定(dìng)向效果。如果有兩(liang)片上下排列的填(tián)料，他們🧑🏽‍🤝‍🧑🏻之間一定(ding)存在大量的乳液(ye)顆粒，這些乳液顆(kē)粒肯✏️定不會⚽非常(cháng)均勻的分布，在塗(tú)膜收縮過程中，乳(rǔ)液顆粒會盡可能(néng)💃的趨向均💋勻分布(bu)，這就存在一個乳(rǔ)液顆粒移動的問(wèn)題。

　　在水性體系流(liu)平時間短的情況(kuàng)下，移動距離盡可(ke)能短就會顯得比(bi)較重要，以8μ和12μ的填(tián)料爲例，中心的乳(ru)液顆粒如果🛀🏻要移(yí)🔱動出填料表面之(zhī)外，移動距離要增(zeng)加50%，實際體系乳液(yè)🐕顆粒移動要比這(zhe)複雜的多💜，所以實(shi)際效果差距并不(bú)會象前面數據那(na)樣大。

 

　　六、其他助劑(ji)

　　這樣如果能選擇(ze)合适的流變助劑(ji)和成膜助劑滿♋足(zú)上述内容，在使用(yòng)細粒徑的填料，可(ke)能可以獲得更佳(jia)的表🤞面效果。采用(yong)的助劑通常可以(yi)分爲兩類㊙️：交聯劑(ji)，功能性🌈填料。

　　性能(néng)改善的原因無外(wài)乎增加交聯密度(du)，或者改善緻⛱️密性(xing)✔️，或者🆚增加填料接(jiē)觸面積從而減少(shao)樹脂接觸面積這(zhe)幾點。

　　功能性填料(liào)可以做如下分類(lei)：

　　蠟類耐磨性，硬度(dù)，手感等性能提升(shēng)不是很顯著;

　　白炭(tàn)黑耐磨性，硬度，耐(nai)化性等性能提升(sheng)顯著分散是🏃個☁️問(wen)題;

　　矽溶膠耐磨性(xing)，硬度，耐化性等性(xing)能提升較顯著穩(wen)定性是個問題。

 

　　七(qi)、結語

　　從水性木器(qì)漆性能改進方面(mian)來說，幾年前人們(men)對水性木器漆的(de)性能，例如附着力(lì)、硬度、耐醇、耐摩擦(ca)等，還有非👈常大的(de)懷疑。但現在大多(duo)數工程師不再有(yǒu)這樣的顧慮，從理(li)論上說水💞性乳液(yè)由于更高的分子(zǐ)量(通常幾十萬到(dào)百萬)，因此可以獲(huo)得比油性體系更(gèng)好的物化性能。但(dàn)溶劑型原材⛱️料已(yǐ)經非常發達，技術(shu)研發人員可以通(tōng)過特殊原材料選(xuǎn)擇，或者助劑來獲(huò)得超高性能的塗(tú)層，水性産品還不(bú)是很豐富，也沒有(yǒu)性能超級出衆的(de)乳液可以選擇，正(zhèng)确的使用📐成膜助(zhu)劑，搭配适合🔞體系(xì)的助劑來改善是(shì)具備可行性的♊。