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木器涂料是最早提及水性化并投入巨大資源研發的細分領域之一。近年來，涂料生產商與家具廠合作，陸續開發出“油底水面”或者“UV底+水性面”的工藝方案，推動了一波“油改水”的切換，但水性木器涂料在木器涂料的市場占比仍不足10%，整體發展相對緩慢。除了木材遇水漲筋、干燥速度慢等固有頑疾，需要額外改進涂裝工藝之外，水性木器涂料在美學性能、機械抗性、化學耐性上仍有提升的空間涂料在線coatingol.com。尤其是單組份水性丙烯酸涂料，對標傳統的溶劑型雙組分PU仍有不小差距，而這也正是涂料原材料研發需要突破的方向。

梳理了以上思路，我們走訪客戶發現，在櫥柜、餐桌椅和兒童家具等實色漆應用領域，漆膜的耐污性仍然非常具有挑戰性。國標GB/T 23999-2009規定的耐性，僅僅是入門級要求。實色漆面尤其是啞光白面，一旦被常見的咖啡、紅酒、果汁或者調味品等污漬長時間污染后，就很難徹底清洗干凈。所以，高效耐污性是我們可以深入探討的一個研發課題。

 實 驗 部 分 

實驗原料

涂料配方原料

Rheovis?PU1250、Joncryl?HPD296-E、Joncryl?9503ap、FoamStar?SI2280、Dispex?X4231,Attagel?50：巴斯夫新材料有限公司；乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚、氨水、乙醇：國藥集團化學試劑有限公司；Kronos? 2190、Kronos? 2300：康諾；Ti-Pure?R-706、Ti-Pure? R-960：科慕；Lomon?R-996：龍蟒佰利聯集團股份有限公司；LUBA-print?154/S：明凌。所有原料均為工業級。

耐污漬測試原料

立頓綠茶-袋裝、雀巢咖啡-醇品速溶咖啡、紛樂旗（French’s）黃芥末、味好美番茄沙司、鎮江香醋（酸度9）、紅葡萄酒（Jacob’s Creek），均為食品級。Disney品牌紅色、綠色、紫色水彩筆（符合GB 21027）；英雄牌黑色墨水（符合GB/T 2860-2007）；TOYQI藍色馬克筆（符合GB/T2859-2007）

測試設備

便攜式光澤儀、擺桿硬度測試儀、線棒-100微米：BYK-Gardner；鉛筆硬度測試儀：上海現代環境工程技術股份有限公司。

水性涂料的配制

水性白漆配制過程如下：按表7配方將白漿料各組分稱量投入容器，研磨或分散至20~30微米，在攪拌狀態下按配方依次加入剩余原材料，加料完畢后根據具體情況選擇合適的轉速分散20~30分鐘。靜置隔夜制膜。

樣品漆膜制備

涂料漆膜：參考GB/T 9271-1988制備涂料漆膜試驗樣板，分別采用黑白卡紙和玻璃板，使用100微米線棒進行涂膜，漆膜干膜厚度25~30微米。室溫養護7天后用于測試涂料漆膜的光澤、硬度。耐污漬測試的涂膜按照同樣的方法制備，在涂覆底漆的貼木皮板上施工兩道，養護后備用。

性能測試

如表1所示，參考美國櫥柜協會標準ANSI/KCMAA161.1-2012，宜家標準ISO-MAT-0066-11-2017，國標GB/T23999-2009，GB/T 33394-2016的測試方法，確定涂膜耐污漬性能采用的測試介質（包括耐水、耐化學品、耐日常污漬、耐涂鴉等性能），并按GB/T 4893.1-2005和GB/T 33394-2016附錄B.5對耐污漬等級和防涂鴉性級別進行評定（如表2、表3所示）。按GB/T 9754-2007測定涂膜光澤；按GB/T 6379-2006測定涂膜鉛筆硬度。

表1? 水性木器涂料耐化學品性，耐污漬性參考標準及實驗測試方案

備 注 

1、美國櫥柜協會標準ANSI/KCMA A161.1-2012要求乙醇濃度為100%，本實驗統一采用質量濃度48%的乙醇溶液進行測試。

2、美國櫥柜協會標準ANSI/KCMA A161.1-2012要求咖啡濃度約為1%，本實驗統一采用質量濃度4%的咖啡溶液進行測試。

3、紅葡萄酒污漬雖然不在以上測試標準內，但其仍為日常生活中常見且難處理污漬。

表2? GB/T 4893.1-2005中污漬痕跡分級標準標評定表

表3? GB/T 33394-2016中防涂鴉級別判定

配方設計及實驗結果探討

在探討耐污漬的配方設計之前，我們不妨先了解一下污漬。我們僅以咖啡和黃芥末這兩種常見的頑固污漬為例簡單說明。咖啡來源于生咖啡豆，其中大約35%~45%的成分是多糖類，經過烘焙后大部分糖分會轉化成焦糖，使咖啡形成褐色，而焦糖即是天然的著色劑，易殘留在涂膜表面，且對光和熱比較穩定，因此咖啡漬比較難擦拭干凈，而且時間越久咖啡殘留痕跡越嚴重。芥末呈明亮的黃色，來自于細磨的黃芥末種子，含有強大的著色香料姜黃。姜黃色素著色力強、色澤鮮艷，性質較穩定，但光和熱可促使其氧化分解，失去顯色能力。日光直接照射5小時，姜黃色素的損失率在33%左右。所以，黃芥末著色能力雖強，初期殘留痕跡明顯，但是測試結束后，芥末痕跡會有一定程度的淡化[1]。

要對抗這些頑固污漬并且要做到高效，涂膜的配方設計非常關鍵。涂膜的性能主要取決于作為主體樹脂的乳液本身，乳液的篩選至關重要。在此基礎上，按照具體應用場景的需求，選擇搭配種類合適的顏料和助劑，補全乳液的短板，即可構建基本配方，再通過細節優化就可以得到成熟穩定且容易操作的配方。

乳液的篩選

為了更清楚透徹地了解污漬的產生，我們通過熒光溶液模擬污漬的污染滲透，使用電子顯微鏡觀察污漬在漆膜縱截面的滲透狀況（如圖1所示）。圖中黑色部分為空氣，灰色部分為漆膜層，白色部分為熒光溶液，在顯微鏡下呈現發亮效果以便觀察。我們發現，號稱耐污良好的競品乳液，微觀成膜疏松，污漬容易通過表面滲透到漆膜的細小孔道中而發白，讓我們看到微觀尺度上富集的蜂窩狀結構（如圖1左側），污漬干燥后很難再從漆膜中跑出來，所以在宏觀上形成了顯而易見的痕跡甚至是完整的印痕。而Joncryl?9503 ap是巴斯夫分散體與樹脂業務部門在亞太區最新研發的一款丙烯酸耐污乳液，其漆膜顏色基本一致（如圖1右側），即使在鹵素燈管的照明下，也沒發現紅色連續的影像，可見內部非常致密，污漬很難滲透到深層漆膜，僅有少量污漬停留在漆膜表面，特別適合耐污性要求較高的水性木器涂料應用。

圖1 ? 競品乳液和Joncryl? 9503 ap漆膜的微觀結構對比

Joncryl?9503 ap固體含量為39%~40%，最低成膜溫度約為35℃，以其具有較高的成膜致密度，減弱污漬對漆膜表面的著色力和溶劑對漆膜的溶脹能力，有助于提高漆膜的耐污性，可使家具歷久彌新。除了常規的綠茶、咖啡、紅葡萄酒，其對黃芥末的耐性也非常出眾，配方調整合適的話，耐黃芥末甚至可達6個小時。

分散助劑的篩選

分散劑吸附在顏料表面構成電荷作用或者空間位阻效果，使顏料處于穩定狀態，而潤濕劑則能降低液固界面之間的張力，增強顏料親液性，提高機械研磨效率。市售的潤濕分散劑與表面活性劑結構相仿，作用效果也跟分散劑極為相似，兩者往往很難區分，尤其是高分子分散劑，同時兼具潤濕和分散的作用[2]。

對于鈦白粉的分散，本實驗采用Joncryl? HPD 296-E水性苯丙乳液跟高分子型分散劑進行對比，考察其對耐污性的影響。該乳液可視作水性研磨樹脂，對顏料有優異潤濕性和分散性，無需使用潤濕分散劑，也能保持色漿良好的展色性以及存儲穩定性。競品分散劑屬于嵌段共聚的高分子類型，具有優異的顏料穩定性，其A、B嵌段分別含有顏料粒子表面錨定鏈段和體系相容鏈段，適合大部分有機和無機顏料。

表4? 分散助劑的技術數據

表5? 分散助劑的技術數據

我們選擇常溫水、48%的乙醇溶液和較難通過的咖啡和黃芥末進行快速篩選測試。從表5測試結果可以發現，兩者的耐水和耐乙醇性能相似，但高分子潤濕分散劑對耐污漬性能存在一定的負面影響，這可能跟污漬滲透過涂膜表面后，被潤濕分散劑的基團錨定有關，使污漬殘留于涂膜，難以擦拭干凈。而Joncryl?  HPD 296-E的分子量比潤濕分散劑高，只需較低的添加量（如表4所示），即可有助于提高漆膜耐污漬性能，更適合在配方中使用。

顏填料的篩選

鈦白具有高折射率，理想的粒度分布，良好的遮蓋力和著色力，是一種性能優異的白色顏料。而鈦白粉生產的后處理過程中，往往會進行無機包覆改性，使其表面與介質之間形成一道屏障，可降低光催化活性，增強鈦白粉的耐候性、分散性、抗粉化等應用性能[3]。

我們選取不同表面改性的市售產品，對比測試結果后發現（如表6所示），采用SiO?改性的鈦白粉，其耐水性、長時間的耐乙醇、耐污漬性能都有不同程度的損失，而單用Al?O?改性的鈦白粉表現最好，采用Al?O?-ZrO?改性的次之。所以，如果要把耐污漬性能做到更好的程度，鈦白粉的篩選也非常關鍵。

*注：以上鈦白粉對比測試，均基于以Joncryl? 9503 ap為主體樹脂的色漆配方，鈦白粉重量百分比為19%。

表6? 鈦白粉對耐污漬測試結果的影響

熟悉配方的工程師都知道，白色啞光面漆做耐污漬測試最具挑戰性，所以消光粉的篩選也不容忽視。常用的SiO?類消光粉，能夠有效降低漆膜的光澤，但畢竟其擁有多孔結構且排列在漆膜表面，污漬容易滲透進去而不可逆，所以建議使用粒徑大小合適的微粉蠟或蠟乳液替代，既可以降低光澤，也可以同時提升耐刮擦性能。

表7? 基于Joncryl? 9503 ap的啞光白漆起始配方

表8? 競品乳液和Joncryl?9503 ap漆膜的主要性能對比

除了以上關鍵原料的篩選之外，其他助劑也會影響到耐污性能。選用相對疏水的表面助劑，或者增加外交聯劑的使用，都對提升耐污極致效果有所裨益。Foamstar?SI 2280 為改性硅氧烷類消泡劑，與體系相容性極佳，可于生產過程中任意階段添加，安全使用易操作。Rheovis?PU 1250為疏水改性聚氨酯型中剪切流變助劑，高效增加體系粘度。EFKA?FL3034為改性聚硅氧烷類助劑，兼顧底材潤濕及表面流平控制。Attagel?50為凹凸棒土，擁有優異的防沉性能。我們列出基于Joncryl?9503 ap的啞光白漆起始配方（如表7所示），以及對應的性能對比結果（如表8所示），并直觀展示耐污漬的測試結果（如圖2所示），方便讀者比較。

圖2 ? 競品乳液和Joncryl?9503 ap漆膜的耐污測試結果實物圖

從以上實驗結果可以看出，Joncryl?9503 ap憑借其較高的成膜致密度，擁有相對傳統乳液更出眾的耐污漬性能，搭配分散樹脂Joncryl?HPD 296-E和適當類型的顏填料，整體的耐污性可以進一步優化并且高效持久，在針對紅酒、咖啡、黃芥末以及馬克筆的防污測試中表現尤其突出。與此同時，我們在實驗中還發現，不同的配套底漆對面漆的耐污性也會產生影響，選用UV底漆，或者基于Joncryl?9503 ap的底面合一配方，面漆的耐污性效果都能得到保證。

結 語 

隨著經濟的高速發展以及人們環保意識的逐漸提高，木器涂料的水性化必將和其他種類的環保綠色涂料一起共同發展并走向成熟。水性木器涂料在經過近20多年的發展后，也逐漸進入了技術創新的深水區，低毒凈味、高透暖木、抗刮耐磨、耐水耐污等研發子課題必將被重提，以期開發出更有特色的產品，進一步縮短與溶劑型雙組分PU的差距，滿足家具行業降本增效的要求。水性木器涂料的春天就在不遠處，需要的是你我的共同努力！

參 考 文 獻

[1]項斌，高建榮.天然色素:實用天然產物手冊[M].北京:化學工業出版社，2004:52-76.

[2]耿星.現代水性工業助劑手冊[M].北京: 中國石化出版， 2 0 0 7 （ 0 6 ） :50-51.

[3]董雄波，楊重卿，孫志明，鄭水林.鈦白粉無機包覆改性現狀及發展趨勢[J].無機鹽工業，2017，49（05）:5-8.