0 前 言
        隨著國(guó)家《室內(nèi)用水性木器涂料》化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及上海市《水性木器涂料施工工法》法規(guī)的陸續(xù)出臺(tái),更加促進(jìn)了水性木器涂料的發(fā)展及普及,人們對(duì)水性木器涂料的概念有了一定的認(rèn)識(shí)。但是,水性木器涂料的豐滿度及施工寬容性制約了水性木器涂料的迅速發(fā)展,尤其是水性木器底漆的打磨性、高固含與高透明度指標(biāo)的矛盾,是水性技術(shù)方面迫不及待要解決的問(wèn)題,下面針對(duì)以上的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題，淺談高固含、高透明水性木器底漆配方體系的設(shè)計(jì)構(gòu)思。

1 配方設(shè)計(jì)原理
        水性木器涂料是一種以水為分散介質(zhì)的水分散體系,由于該體系大部分都是水,水的表面張力為7 2 m N/m,是一般有機(jī)溶劑表面張力的2～3倍以上,再加上體系的特殊性,導(dǎo)致在配方設(shè)計(jì)過(guò)程中增加了很大的難度,特別是高固含、高透明度的水性木器底漆的研發(fā)更是水性技術(shù)遇到的一對(duì)相互矛盾的性能,要達(dá)到理想的平衡點(diǎn)必須要從原材料上合理地選擇；同時(shí),還要考慮體系的穩(wěn)定性、低溫成膜性等基本要求以及生產(chǎn)工藝難易程度來(lái)測(cè)試、篩選,才能真正滿足配方設(shè)計(jì)的要求。有時(shí),還要拋開成本高的因素,敞開自己的配方設(shè)計(jì)思路,大膽去尋求最佳的配方設(shè)計(jì)構(gòu)架。

1.1 水性樹脂的選擇
         水性樹脂是水性木器涂料的重要組成部分,一般占體系的70%～80％,甚至?xí)摺Ｒ虼?選擇好水性樹脂,幾乎是配方設(shè)計(jì)大功告成的一半。水性樹脂的主要特性是分散相顆粒的粒介于10～100 n m的高分子聚合物分散體,因而,其穩(wěn)定性以
及綜合性能的要求限制其固含量無(wú)法太高,一般是在30％～45％。當(dāng)然,不同的用途或特殊的體系,固含量可能會(huì)更高些,所以,高固含、高透明度水性木器底漆的水性樹脂的選擇,應(yīng)盡可能選擇更高一些的固含量的指標(biāo)參數(shù)。同時(shí),玻璃化溫度也是不可忽略的技術(shù)參數(shù),玻璃化溫度太高,硬度高,打磨性好,但對(duì)填料的包裹性差,而且容易開裂；而玻璃化溫度過(guò)低,雖然對(duì)于含多填料的體系配方設(shè)計(jì)寬容性大一些,但是,很明顯地影響打磨性能,因此,玻璃化溫度一般為30～50 ℃為佳,無(wú)皂技術(shù)的水性丙烯酸樹脂的性價(jià)比方面是最為理想的選擇。

1.2 基材潤(rùn)濕劑的選擇
        水基涂料需要潤(rùn)濕劑來(lái)降低表面張力,以達(dá)到對(duì)底材、顏填料的潤(rùn)濕,因而潤(rùn)濕劑是水基涂料基本性能的保障。尤其是高固含(含高填料)底漆體系,沒(méi)有很好的潤(rùn)濕性能,對(duì)于低的表面張力體系,其穩(wěn)定性、基材的潤(rùn)濕性以及施工流平性就不能達(dá)到配方設(shè)計(jì)最基本的技術(shù)參數(shù)要求。潤(rùn)濕劑的耐水性也是至關(guān)重要的,底層涂膜耐水好,直接對(duì)面層涂裝表面效果有基石的作用。一般潤(rùn)濕劑的耐水性是很差的,最好的選擇是改性有機(jī)硅類型的潤(rùn)濕劑。

1.3 流變助劑的選擇
        流變助劑在涂料中是影響施工寬容性、長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性至關(guān)重要的標(biāo)尺。流變助劑的使用不當(dāng),涂料在應(yīng)用過(guò)程中容易存在很多弊端,會(huì)直接影響到涂料的表面涂裝效果及穩(wěn)定性,如涂膜的流平性與流掛性、稀釋防沉性等施工應(yīng)用技術(shù)參數(shù)以及涂料本身的防沉性。特別是高填料、高透明水性木器底漆的配方體系,由于水性樹脂分散體的特殊性,及在底漆的應(yīng)用本身的黏度不是很高,這樣增加了水性木器底漆的防沉性的難度,往往要使用兩種或兩種以上的流變助劑才能達(dá)到防沉效果。
水性聚氨酯型流變助劑的耐水性好,涂膜的致密性佳,是首要的選擇。一般以提供中低剪切黏度的流變助劑和觸變型流變助劑搭配才能真正解決高固含與高透明度互相矛盾的水性木器底漆體系的防沉性及施工要求。當(dāng)然,不同的體系及應(yīng)用范圍會(huì)存在很大的差異性。

1.4 填料的選擇
        填料是一次性涂刷涂膜厚度的保證,也在一定程度上提高了涂料的打磨性能,是高固含、高透明水性木器底漆配方體系的重要材料。一般填料的添加量為5％～15％,常見(jiàn)的有滑石粉、碳酸鈣、二氧化硅玻璃粉以及特殊含量的礦物填料等?；刍蛘咛妓徕}添加量達(dá)到10％時(shí),在深色底材施工時(shí)就容易出現(xiàn)因配方體系設(shè)計(jì)引起發(fā)白的現(xiàn)象。而玻璃粉的使用,由于該粉體的密度太大,在水性木器底漆分散體系中是很難解決防沉的性能,雖然可以通過(guò)以上介紹的流變助劑的搭配來(lái)解決,但是,沒(méi)有徹底杜絕防沉性能,只是防止填料的沉降速度。總的來(lái)說(shuō),這些填料隨著添加量增加至10％左右,就會(huì)制約到水性木器底漆的施工寬容性。特殊礦物填料的密度比玻璃粉小一些,可是,防沉性也是比較困難的,但是,由于礦物質(zhì)的含量不同,相對(duì)比玻璃粉好很多,是高固含、高透明水性木器底漆配方體系的最佳選擇。

1.5 打磨助劑的選擇
        水性木器底漆的打磨性是很難與溶劑型涂料相抗衡的,這是由于水性木器底漆的配方結(jié)構(gòu)決定的。主要提供打磨性的成分是來(lái)源于水性樹脂的性質(zhì)之一,因而,打磨性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到實(shí)際施工的基本要求,所以,必須另外尋求打磨助劑來(lái)改善,通常用的打磨助劑是硬脂酸鋅粉體或漿料物質(zhì)。從生產(chǎn)工藝方面來(lái)考慮,建議添加硬脂酸鋅漿料有利于分散及方便操作,一般加入2％～5％為佳,當(dāng)然,還要考慮體系的透明度、附著力、重涂性及應(yīng)用的基材來(lái)確定添加量。

1.6 消泡劑的選擇
        消泡劑是水性木器涂料中最難控制消泡與流平達(dá)到平衡的助劑之一。水性木器涂料由于是以水為分散介質(zhì)的特殊體系,其氣泡的根源是大量多種類型的表面活性劑,在生產(chǎn)和施工過(guò)程中都極容易產(chǎn)生泡沫且穩(wěn)泡。特別是水性木器底漆體系,由于在體系中添加打磨助劑,打磨助劑一般很容易起泡而且穩(wěn)泡性強(qiáng),對(duì)消泡劑的選擇及達(dá)到?jīng)]有缺陷的表面而消泡性好的平衡點(diǎn)是技術(shù)難點(diǎn),要盡可能達(dá)到理想狀態(tài)的消泡性能,必須要選擇兩種消泡劑搭配來(lái)控制消泡性能。最好是在前面添加抑泡劑來(lái)抑制生產(chǎn)及施工過(guò)程中泡沫的產(chǎn)生,后面添加消泡劑來(lái)消除體系已經(jīng)產(chǎn)生的泡沫。還有,由于是水性木器底漆體系,從重涂性、附著力及透明度等方面的考慮,盡量避免采用礦物油和有機(jī)硅類型的消泡劑,非硅非油型長(zhǎng)效性好的消泡劑是首要的選擇。

1.7 成膜助劑的選擇
        成膜助劑是水性木器涂料不可缺少的助劑之一,這是水性木器涂料中的水性樹脂的特殊性決定的。水性樹脂的玻璃化溫度的高低是水性木器底漆打磨性好壞的主要指標(biāo),為了制備打磨性更好的底漆,必須要選擇玻璃化溫度高一些的水性樹脂,一般玻璃化溫度為30～50 ℃,增加了水性木器涂料的低溫成膜性的難度,因而,必須通過(guò)成膜助劑來(lái)保證水性樹脂在低溫環(huán)境中的成膜性能。成膜助劑的種類也會(huì)影響到水性木器底漆的打磨時(shí)間,低沸點(diǎn)快干型的成膜助劑,由于本身的干燥性較快,對(duì)水性木器底漆的打磨性有好的幫助,但是,若有效保證水性樹脂的低溫成膜性能,往往要相對(duì)添加多一些的量來(lái)實(shí)現(xiàn)。成膜助劑的添加常常會(huì)影響水性木器涂料的穩(wěn)定性能,這是成膜助劑在水相中的分散系數(shù)和在水性樹脂聚合物顆粒中的分散系數(shù)不同比例引起的,所以,必須是通過(guò)兩種或兩種以上的成膜助劑搭配才能保證水性木器涂料的低溫成膜性能和體系穩(wěn)定性的平衡。

1.8 其他
        高固含、高透明水性木器底漆是水基涂料,很容易在生產(chǎn)過(guò)程中受到細(xì)菌的污染而分解,為使運(yùn)輸及儲(chǔ)存過(guò)程中具有長(zhǎng)期的防腐穩(wěn)定性,所以要添加0.1％～0.2％的防腐劑。添加過(guò)程中要注意生產(chǎn)工藝的操作規(guī)程及與配方其他助劑的匹配。

2 配方實(shí)例、生產(chǎn)工藝及性能比較結(jié)果
2.1 配方實(shí)例
表1是高固含、高透明水性木器底漆在深色木材(如黑胡桃)上能多道噴涂或刷涂、透明度佳、無(wú)發(fā)白現(xiàn)象以及打磨性能優(yōu)異的配方設(shè)計(jì)的實(shí)例。

2.2 生產(chǎn)工藝
       先投入A料,在中低速攪拌中依次慢慢投入B～D料,中速攪拌5 m i n,再在中速攪拌中緩慢投入E和G料,刮邊,用少量的N料清洗缸邊,中速攪拌5 m i n,然后,中速攪拌中緩慢投入H和I料(預(yù)先用極性成膜助劑溶解開待用),以中高速攪拌10～20 m i n,用100 μ m細(xì)度板刮細(xì)度,控制細(xì)度為≤30 μ m合格后,最后,在中低速攪拌中緩慢依次投入H～O料(I和J以及L料預(yù)先分別用水稀釋待用),中速攪拌10 m i n后,進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。

2.3 物理性能對(duì)比
表2為高固含、高透明水性木器底漆配方的物理性能比較。

表2中配方1與配方2可以看出,不同的填料在相同的基料里添加同等量,透明度有明顯的差異,配方1是確定高固含、高透明水性木器底漆的配方設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
表2中配方1與配方3可以看出,添加了打磨助劑明顯改善了水性木器涂料打磨難的性能,但帶來(lái)穩(wěn)泡的缺陷。
表2中配方3與配方4可以看出,由于打磨助劑的添加帶來(lái)的穩(wěn)定的泡沫可以通過(guò)前多加抑泡劑的量來(lái)控制,效果良好。
表2中配方4與配方5可以看出,快干和慢干的成膜助劑很明顯會(huì)影響水性木器底漆的實(shí)干時(shí)間,快干的成膜助劑體系的打磨性好,慢干的成膜助劑的打磨性差一些。由于快干成膜助劑對(duì)降低水性木器涂料中的樹脂的成膜溫度的效率低,必須通過(guò)添加相對(duì)多一些的量來(lái)保證低溫成膜的性能。
表2中配方6可以看出,由于體系的填料添加量較多,而且制備的水性木器底漆的黏度相對(duì)較低,防沉性難,通過(guò)添加觸變型流變助劑與一般型流變助解決防沉性難的問(wèn)題,很明顯表2中配方6是綜合性能最好的。

3 結(jié) 語(yǔ)
        高固含、高透明水性木器底漆是水性木器涂料發(fā)展的必然產(chǎn)品。一直以來(lái),水性木器涂料在市場(chǎng)上出現(xiàn)的豐滿度差、施工道數(shù)多、施工時(shí)間長(zhǎng)以及底漆打磨性差等問(wèn)題,制約了水性木器涂料的廣泛應(yīng)用及推廣。因此,高固含、高透明水性木器底漆是當(dāng)今市場(chǎng)亟待開發(fā)的產(chǎn)品。但是,由于水性木器底漆是一個(gè)特殊體系,在配方設(shè)計(jì)過(guò)程中必須遵循高透明、高固含、打磨性好以及施工的方便性等要素去選擇多種助劑相匹配,并且盡可能不違背耐水性不良的因素去選擇盡可能少添加量卻能起到最佳效果的各種助劑,配制出施工寬容性大、性價(jià)比優(yōu)異的產(chǎn)品。