随(sui)着中國對環保(bao)的日益重視，溶(róng)劑型塗料水性(xing)化逐漸成爲大(dà)家的共識，木器(qi)漆也不例外。近(jìn)些年水性木器(qì)漆逐漸成爲了(le)研發的重點，吸(xī)引了越來越多(duō)的關🏃🏻注。特别是(shi)近年😘來，國内大(dà)型家具廠商對(duì)水性木器漆的(de)興趣日益濃厚(hou)，更是形成了對(dui)水性木器漆的(de)現實需求。原因(yin)主要有以下三(sān)點：
a) 國内隻有少(shao)數工程師熟練(liàn)掌握了水性木(mù)器漆研發技術(shu);
b) 水性木器漆廠(chǎng)商的幹燥條件(jiàn)要求與用戶現(xian)有幹燥工藝不(bú)匹配;
c) 原材料市(shì)場不豐富，特别(bié)是特效助劑種(zhǒng)類偏少。
一、水性(xing)木器漆的基本(ben)構成
與油性木(mu)器漆類似，下列(liè)因素有助于水(shuǐ)性木器漆的定(ding)向：
1、體系快幹性(xing)
2、恰當的流變曲(qǔ)線
3、流平性
4、單道(dào)薄噴
5、良好的分(fèn)散
與油性體系(xi)不同，水性體系(xì)最大的難點是(shì)特效填♍料定📞向(xiang)助劑🏃的缺乏，例(li)如水性體系很(hěn)難找到類似于(yú)油性聚💋酰胺蠟(là)或者CAB這種對填(tián)料定向有特效(xiào)的助劑，因🈚此水(shui)性🏃🏻♂️配方工作者(zhe)必須更加耐心(xin)的對市面上助(zhù)劑進行篩選，以(yǐ)滿足上述5點因(yin)素☁️。
目前随着各(ge)大原材料供應(yīng)商都推出了水(shui)性木器漆原材(cai)🏃料産品，因此研(yán)發人員能拿到(dao)大量的水性㊙️木(mù)器漆推薦配方(fang)。值得注意的是(shi)，國外的水性木(mù)器漆在施✂️工時(shí)對施工工藝和(he)條🌈件要求及其(qi)嚴格，因此可能(neng)國外供應商提(ti)供的配方在他(ta)們的施工工藝(yi)和條件下能獲(huò)得非常🔞優異的(de)表面💯效果，但目(mu)前🏒國内客戶通(tong)常要求适用油(yóu)性的施工标準(zhun)，因此通📞常情況(kuàng)下，很難獲🈚得滿(man)意的性能或者(zhě)表面效果，因此(cǐ)客戶在參考這(zhe)些配方時，需要(yao)明白這一點。
二(er)、成膜助劑的選(xuan)擇
類似于溶劑(jì)型塗料中真溶(róng)劑和助溶劑，水(shui)性體系中成膜(mo)助劑✉️也扮演了(le)類似的角色，也(yě)可以據此進行(hang)分類。針對水性(xing)塗料幹燥，有一(yī)句經典的評價(jia)：溶劑型塗💛料幹(gan)燥是溫度主導(dǎo)，濕度幹擾;水性(xìng)塗料是濕度主(zhǔ)導，溫度幹擾。
成(chéng)膜助劑的選擇(ze)和搭配對塗料(liào)表現至關重要(yao)，如果✍️配👌方表現(xian)好，是因爲成膜(mo)助劑;反之亦然(rán)。但是成膜助劑(ji)從體系中揮發(fā)的過程又極其(qí)複雜，特别是☔混(hun)合溶劑，至今也(yě)無法💋給出準确(que)的描述。
對塗料(liao)工程師而言最(zuì)在乎的是實際(jì)應用效果，衆多(duō)研🐅究人💞員對此(cǐ)進行了不斷的(de)研究，撰寫了各(gè)種書籍、文章🐕，甚(shen)至♊還有專門🤞的(de)軟件，所以現在(zài)至少可以大緻(zhì)定性描述這些(xiē)揮發過程，并且(qiě)☁️可以通過有效(xiào)的選擇和搭配(pei)來解決一些📐現(xiàn)實問題，這對塗(tu)料配方工程師(shi)💰來說已經基本(běn)夠用。
對于水性(xìng)木器漆體系，成(chéng)膜助劑的選擇(ze)主要基于❓以下(xia)🔴考慮：
良好的助(zhù)成膜性：可以降(jiang)低成膜助劑使(shǐ)用量，配方更加(jia)靈活;
快幹性：這(zhe)點對填料定向(xiang)，早期性能的重(zhòng)要性不言而🐅喻(yu);
适當的揮發梯(ti)度：适量的慢揮(huī)發成膜助劑對(dui)成膜緻密性以(yi)及防止縮邊等(deng)方面具有很大(dà)的幫助。
目前主(zhǔ)流的成膜助劑(jì)選擇有丙二醇(chun)甲醚(PM)、乙二醇丁(dīng)醚♋(BCS)、二乙二醇乙(yi)醚(DEE)和二乙二醇(chun)丁醚(DEB)。
爲了追求(qiú)更快的幹燥速(su)度，甚至會選擇(zé)乙醇、丙酮、苯甲(jiǎ)😍醇等快🐆揮發溶(rong)劑，幾乎是無所(suǒ)不用其極。
在這(zhe)些醇醚類溶劑(ji)中，PM的選擇主要(yào)因爲其快速揮(hui)發的能力，隻能(neng)作爲助溶劑，而(er)BCS、DEE和DEB主要是爲了(le)建立一個适宜(yi)的揮發梯度，同(tóng)🐉時乙二醇醚類(lei)溶劑還具有在(zai)不❌同濃度下表(biao)面張力可以保(bǎo)持基本不變的(de)能力，因此有助(zhù)于得💞到更好的(de)操作性，并具有(you)一定🤞的耦合性(xing)，便于填料潤濕(shi)分散。此外也有(yǒu)文獻表明，在一(yi)個比較長的幹(gàn)燥時間内，相同(tong)的揮發速度下(xia)🏃🏻♂️，親水性成膜助(zhù)劑🔞在體系中殘(can)留更💛低。
對于此(cǐ)類成膜助劑選(xuan)擇，有一定的局(jú)限性。主要問題(tí)👌在🌂于💞爲了保證(zheng)成膜性，中、慢揮(huī)發速度的成膜(mo)助劑使用量偏(piān)大，導緻😘塗膜🔴最(zuì)終性能體現較(jiào)慢，這也是目前(qian)許多客戶面臨(lin)的問題。有鑒于(yu)此開始尋找新(xīn)的成膜助劑，可(kě)以很快的從體(ti)系中揮發，并具(jù)有良好的助成(chéng)膜性，于是很快(kuài)鎖定了EEP、n-pentyl Propionate、二丙二(er)醇二甲醚，并對(dui)EEP做了初步的測(ce)試。
三、流變助劑(ji)的選擇
在水性(xing)木器漆體系中(zhong)，流變助劑有着(zhe)極其重要的地(di)位☎️，影響着⭐塗料(liào)的各個方面，一(yi)個理想的有效(xiao)的流變🛀🏻曲線需(xū)要具備兩個方(fāng)面的作用：
1、觸變(bian)性：
良好的觸變(biàn)性可以解決防(fáng)沉和防流挂的(de)作用。更爲✨重要(yao)⛱️的是，良好的觸(chù)變性可以保持(chi)銀粉在噴到🚶闆(pan)材時，在✊噴的作(zuo)用✔️下，乳液粒子(zǐ)傾向于平行排(pai)列的狀态，這一(yi)點對水性木器(qì)漆尤其重要。
2、後(hou)期流動性，或者(zhe)從一個更高的(de)角度看體系的(de)流平：
在噴到闆(pǎn)材後，塗料需要(yào)一定的觸變性(xìng)來防止流🏃♀️挂，并(bing)保持粒子的排(pai)列狀态。在過了(le)這個窗口後，塗(tú)膜的收縮導緻(zhì)🔱乳液🛀粒子進一(yi)步進行排列，此(ci)時盡可能低💋的(de)粘度👄有助于進(jin)一步排列，以及(jí)塗膜的流平(爲(wei)什麽在水性體(tǐ)系中，流變助劑(jì)對流平的影響(xiǎng)至關重要，流💘平(píng)劑的選擇一節(jiē)中将繼續闡述(shù))。
這裏對水性體(ti)系流變助劑做(zuò)一個簡單的介(jie)紹，水性工業塗(tu)料體系常用的(de)流變助劑主要(yào)有以下三類：
a) 堿(jian)溶脹型;例如纖(xian)維素類，丙烯酸(suan)(ASE)類，這類對水相(xiàng)增稠，對pH值🛀🏻非常(cháng)敏感;
b) 締合PU型(HEUR);一(yī)般分爲三類，牛(niú)頓型(建築塗料(liào)領域中常🔆說的(de)流平劑)，假塑性(xing)和強假塑型(我(wo)們的體系需要(yào)使用強假塑型(xíng))。這類對顆粒增(zeng)稠，對表面活性(xing)劑敏感，對pH值不(bu)敏感;
c) 氣相二氧(yǎng)化矽、有機膨潤(run)土、蠟類(氫鍵作(zuo)用型)。
對于觸變(biàn)性，可以從各種(zhǒng)各樣的配方中(zhōng)看到這一思路(lù)的體現，例如選(xuan)擇有機膨潤土(tǔ)、蠟類流變助劑(ji)(BYK一些資料中關(guān)于蠟類助劑對(duì)定向的幫助有(yǒu)不少論述)。
選擇(zé)堿溶脹流變助(zhù)劑主要是基于(yu)幾點：
1、強觸變，有(yǒu)利于防沉，防流(liú)挂;
2、對體系的HLB 值(zhí)不敏感;
3、對pH值非(fei)常敏感。
這一點(diǎn)可以用來設計(jì)體系的流變曲(qǔ)線，與上節希🥵望(wang)成膜💃助🎯劑“适應(ying)締合型增稠劑(jì)締合需要”中叙(xu)述的一緻，我們(men)期待在體系⛱️pH值(zhí)處于堿性時，堿(jian)溶脹流變助劑(jì)具有強觸變，在(zai)噴到闆上後，由(you)于中和劑的♻️揮(huī)發，體系轉變成(chéng)酸性，從而導緻(zhi)增稠效果大減(jiǎn)，體系粘度盡可(ke)能低，以增加流(liu)平和填料定向(xiang)。
需要指出的是(shì)如果不是對pH值(zhí)和中和劑做精(jīng)心設計🐅，堿溶脹(zhàng)流變助劑本身(shēn)并不會對流平(ping)有利。有些♍人還(hái)💘爲此進行了專(zhuān)🙇♀️門的研究，這也(ye)是後來HEUR類流變(biàn)助劑得到發展(zhan)的原因。通常相(xiang)💞比ASE或者纖維素(sù)類，HEUR觸💛變性稍弱(ruò)一些，但對體系(xi)流平很有幫助(zhu)。特别是噴塗時(shi)，高剪粘度((強假(jia)塑型)高于堿溶(róng)脹型，有效防止(zhǐ)飛濺，同時濕膜(mo)🐕更厚，有利于流(liu)平。
對于儲存穩(wěn)定性，根據乳膠(jiao)漆的經驗，堿溶(rong)脹型是對體系(xi)的水相增稠，而(er)HEUR是對比較疏水(shui)的顆粒增稠。如(ru)果單用一種類(lèi)型的流變助劑(ji)，難以獲得長期(qi)的滿意的儲存(cún)穩定性(當❄️然并(bing)非不可能)，如果(guǒ)拼用則可以獲(huò)得最佳效果，這(zhe)些都是我們想(xiǎng)選擇HEUR類流變💁助(zhu)劑的原因之一(yī)，正是鑒于HEUR類流(liu)變助劑有上述(shu)優點，如果有效(xiao)的使用強假塑(su)型HEUR，一定可以獲(huò)得☀️最佳效果。
此(ci)外還希望借用(yong)締合型HEUR的締合(hé)強烈的受到親(qin)水性💋表面活性(xìng)劑影響的特征(zheng)來設計與上述(shu)ASE類似流變曲線(xiàn)，加入快揮發❌的(de)疏水性成膜助(zhu)劑(EEP)，達到締合效(xiào)果，同時由于中(zhōng)、慢揮發速度的(de)親水性成膜助(zhù)劑🌈的存在，在👄疏(shu)水性成膜助劑(jì)基本揮發後，親(qin)水性成📧膜助劑(jì)在塗膜中富集(jí)，降低締合效果(guǒ)，從而降低粘度(dù)。
但目前的結果(guǒ)是，使用蠟類增(zēng)稠劑配合ASE，可以(yǐ)比較簡單的獲(huo)🚶♀️得一個比較令(ling)人滿意的表面(miàn)效果。
四、PH調節劑(ji)的選擇
PH 值對水(shuǐ)性塗料的影響(xiang)，可以查到非常(chang)多的論述，或者(zhe)可❓以參考🐪安格(ge)斯對AMP-95 的介紹，各(ge)種類型的胺都(dou)可以用來做pH調(diao)節劑，但選擇pH值(zhi)調節劑主要從(cóng)兩個方面來考(kao)慮：體系主成份(fen)的反應性;揮發(fā)速度。
五、流平劑(ji)的選擇
溶劑型(xing)體系可以通過(guo)表面張力差、低(di)粘度來促進👨❤️👨流(liu)平☁️。通過選擇合(he)适的溶劑，使得(de)溶劑的揮發會(hui)導緻表面張力(li)的變化，因此波(bō)峰和波谷的溶(róng)劑揮發差異會(huì)導緻表面張力(lì)☁️的差異，促使體(ti)系流平。
但令人(rén)遺憾的是，我們(men)發現水性塗料(liào)中水分的揮🏃發(fā)，體系表面張力(li)變化很不明顯(xian)，依然會比較均(jun1)勻的維持在較(jiao)低的表面張力(lì)水平，這就導緻(zhi)水性塗料喪失(shi)了一個重要的(de)流平動力。因此(cǐ)水性塗料流平(ping)會更加♊依賴粘(zhān)度。
同樣水性塗(tu)料在幹燥的過(guo)程中，高剪切力(lì)消失後，随着水(shui)分的㊙️揮發，粘度(du)急劇上升，特别(bie)是對于噴塗體(tǐ)系，低粘度狀态(tài)的流平時間較(jiào)短，不利于流平(ping)。
鑒于上述原因(yīn)大家就可以理(lǐ)解在流變助劑(jì)選擇、成膜助劑(ji)🐆搭配、pH值調節劑(ji)、pH值的選擇這些(xiē)方面做如此複(fu)📧雜和精心的設(shè)計是完全必要(yao)的。
水性體系的(de)流平當然不會(huì)僅限于靠低粘(zhan)度流平，市面上(shàng)❄️也有足夠多的(de)流平劑來供大(dà)家選擇，碳氫類(lèi)、氟碳類、矽類、酯(zhǐ)類和丙烯酸類(lèi)。
對于水性體系(xi)的流平劑的選(xuǎn)擇，我們需要了(le)解兩種表面張(zhang)力：
1、靜态表面張(zhāng)力(也有稱之爲(wèi)平衡态表面張(zhāng)力);
2、動态表面張(zhang)力。
一般而言碳(tàn)氫類表面活性(xìng)劑具有很好的(de)降低動态表面(mian)💘張🌍力的能力，而(er)矽類或者氟碳(tan)類表面活性劑(ji)具有很‼️好的降(jiàng)低靜态表面張(zhāng)力的能力。爲了(le)有效避免表面(miàn)張力問題帶來(lái)的❓麻煩，有必要(yao)對此進行混拼(pin)使用。
還需要專(zhuan)門指出的是水(shui)性流平助劑并(bing)非不可或缺，有(yǒu)🌂聲稱從來不在(zai)水性木器漆中(zhōng)使用任何專門(mén)的流‼️平劑，同樣(yàng)可以獲得卓越(yue)的表面效果，這(zhe)種做法也是有(yǒu)道理的，從一🈲定(ding)程度上說碳氫(qīng)類也好，氟🍉碳類(lèi)也好，這些流平(píng)劑作用應該體(ti)現在以下幾個(ge)方面：降低表面(miàn)張力;提高潤濕(shi)性;消除幹燥過(guò)程中，表面張力(lì)差🔴異導緻的桔(ju)皮或者貝納德(de)漩流🍓渦。
由于表(biǎo)面活性劑的關(guān)系，水性體系的(de)表面張力一直(zhí)會保持🌈在比較(jiao)低的水平，這時(shi)體系的表面張(zhāng)力🌈已經可以滿(man)足基本的潤濕(shi)需要，而且水分(fen)的揮發不會導(dǎo)緻體系👨❤️👨的表面(miàn)張力大幅度上(shang)升，此外水性木(mù)器漆水揮發快(kuai)，粘度上升快，流(liu)平時間短(所以(yǐ)有🌏可能刷塗自(zì)幹采用流平劑(jì)效果會更好些(xie))。當然也🌂有稱動(dòng)态表面張力對(dui)水性流平非常(cháng)重要，可💔惜沒有(you)看到具體論述(shu)，無論如何不使(shǐ)用流平助劑隻(zhi)是一種境界，大(dà)家還需🧑🏽🤝🧑🏻要對比(bi)實驗，進行合理(li)的選擇。
但如何(he)做到一個理想(xiǎng)的木器漆配方(fang)?
需要重新審視(shì)前面的内容：花(hua)了很多篇幅來(lái)讨論成膜助劑(ji)、流變助劑、pH 值調(diào)節劑和流平劑(jì)，無非解決3個問(wèn)🤟題：快⭕幹性、恰當(dang)的流🙇♀️變曲線和(he)流平性。實際上(shang)快幹性㊙️是存在(zai)極限和限制的(de)🚩，這樣流變曲線(xian)就顯得尤爲重(zhong)🌍要。理想配方也(ye)需要從這幾個(gè)🛀🏻方面着手，特别(bie)是流變曲線，我(wo)們設想如下：
a)、體(ti)系的粘度盡可(ke)能由流變助劑(jì)提供，具有一定(ding)的觸變性，而且(qiě)在抗流挂需要(yao)後，增稠效果消(xiao)失，此外塗料的(de)粘度還不要🥰太(tài)高，以免影響過(guò)濾;
b)、成膜助劑除(chu)了第二節所述(shu)之外，還需要在(zài)體系進入高固(gù)☎️含🔅階段盡可能(néng)降低體系粘度(dù)(類似預聚物法(fǎ)合成PU 時NMP 的作用(yòng))，中、慢揮發成膜(mo)助劑必須是親(qin)水性，以保證塗(tu)膜收縮過程中(zhōng)乳液顆粒表面(mian)盡可能保持光(guang)滑、堅硬，從而更(geng)好地移動，以方(fāng)便漆膜更加平(píng)整;
此外對于填(tian)料選擇，還可以(yǐ)大膽的設想，細(xì)粒徑的填料能(néng)獲得更佳的定(dìng)向效果。如果有(yǒu)兩片上下排列(lie)的填料，他們之(zhī)間一定🎯存在大(dà)量的乳液顆粒(li)，這些乳液顆粒(lì)肯定不會☂️非常(cháng)均勻的分❤️布，在(zài)塗膜收✨縮過程(chéng)中，乳液顆粒會(hui)盡可能的趨向(xiàng)均勻分布，這📐就(jiu)存在一個😘乳液(ye)顆粒移🔞動的問(wen)題。
在水性體系(xì)流平時間短的(de)情況下，移動距(ju)離盡可♌能短就(jiu)會顯得比較重(zhong)要，以8μ和12μ的填料(liao)爲例，中心的乳(ru)液顆粒如果要(yào)移動出填料表(biǎo)面之外，移動距(jù)離要增加50%，實際(jì)體系乳液顆粒(li)移🧑🏽🤝🧑🏻動要比這複(fu)雜的多，所以實(shí)際效果差距并(bìng)不會象前面數(shu)據那樣大。
六、其(qi)他助劑
這樣如(rú)果能選擇合适(shi)的流變助劑和(hé)成膜助劑滿足(zú)上述内容，在使(shi)用細粒徑的填(tián)料，可能可以獲(huò)得更佳的表面(mian)效🐕果。采用的助(zhù)劑通常可以分(fèn)爲兩類：交聯劑(jì)👈，功能性填料。
性(xing)能改善的原因(yin)無外乎增加交(jiāo)聯密度，或者改(gǎi)善🔞緻密性，或者(zhě)💞增加填料接觸(chù)面積從而減少(shǎo)樹脂接🔴觸面⛷️積(ji)這📧幾點。
功能性(xing)填料可以做如(ru)下分類：
蠟類耐(nài)磨性，硬度，手感(gan)等性能提升不(bú)是很顯著;
白炭(tàn)黑耐磨性，硬度(dù)，耐化性等性能(néng)提升顯著分散(sàn)是個問題😘;
矽溶(róng)膠耐磨性，硬度(dù)，耐化性等性能(neng)提升較顯著穩(wen)定👈性是👉個問㊙️題(ti)。
七、結語
從水性(xing)木器漆性能改(gai)進方面來說，幾(jǐ)年前人們對👨❤️👨水(shui)性木器漆的性(xing)能，例如附着力(lì)、硬度、耐醇、耐摩(mo)擦等，還有非常(chang)大的懷疑。但現(xian)在大多數工程(chéng)師不再有這樣(yang)🥰的顧慮，從理論(lùn)上說水性乳液(yè)由于更高的✨分(fèn)子量(通常幾十(shi)萬到百萬)，因此(ci)可以獲得比油(you)性🤞體系更好的(de)物化性能。但溶(rong)劑型原材料已(yǐ)經非常📞發達，技(ji)術研發人員可(kě)以通過🈲特殊原(yuan)材料選擇，或🌂者(zhe)助劑來🛀🏻獲得超(chāo)高性能的塗層(ceng)，水‼️性産品還不(bú)是很豐富，也沒(méi)有性能超級出(chu)衆的乳液可以(yi)選擇，正确的使(shǐ)用成膜助劑，搭(da)❌配适合體系的(de)助劑來改善是(shi)具備可行性的(de)。
