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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(fā)的細分領(lǐng)域之一。近年來，涂料生產(chǎn)商與家具廠合作，陸續(xù)開發(fā)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(fā)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(xué)性能、機械抗性、化學(xué)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(tǒng)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(fā)需要突破的方向。

梳理了以上思路，我們走訪客戶發(fā)現(xiàn)，在櫥柜、餐桌椅和兒童家具等實色漆應(yīng)用領(lǐng)域，漆膜的耐污性仍然非常具有挑戰(zhàn)性。國標GB/T 23999-2009規(guī)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(diào)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(fā)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(xué)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(lián)集團股份有限公司；LUBA-print?154/S：明凌。所有原料均為工業(yè)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(zhèn)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(shè)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(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)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(tài)下按配方依次加入剩余原材料，加料完畢后根據(jù)具體情況選擇合適的轉(zhuǎn)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(yǎng)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(yǎng)護后備用。

性能測試

如表1所示，參考美國櫥柜協(xié)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(zhì)（包括耐水、耐化學(xué)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(xué)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(xié)會標準ANSI/KCMA A161.1-2012要求乙醇濃度為100%，本實驗統(tǒng)一采用質(zhì)量濃度48%的乙醇溶液進行測試。

2、美國櫥柜協(xié)會標準ANSI/KCMA A161.1-2012要求咖啡濃度約為1%，本實驗統(tǒng)一采用質(zhì)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(nèi)，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(shè)計及實驗結(jié)果探討

在探討耐污漬的配方設(shè)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(jīng)過烘焙后大部分糖分會轉(zhuǎn)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(wěn)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(zhì)較穩(wěn)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(jié)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(shè)計非常關(guān)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(guān)重要。在此基礎(chǔ)上，按照具體應(yīng)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(gòu)建基本配方，再通過細節(jié)優(yōu)化就可以得到成熟穩(wěn)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(chǎn)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(xiàn)發(fā)亮效果以便觀察。我們發(fā)現(xiàn)，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(fā)白，讓我們看到微觀尺度上富集的蜂窩狀結(jié)構(gòu)（如圖1左側(cè)），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(yè)務(wù)部門在亞太區(qū)最新研發(fā)的一款丙烯酸耐污乳液，其漆膜顏色基本一致（如圖1右側(cè)），即使在鹵素?zé)艄艿恼彰飨拢矝]發(fā)現(xiàn)紅色連續(xù)的影像，可見內(nèi)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(yīng)用。

圖1 ? 競品乳液和Joncryl? 9503 ap漆膜的微觀結(jié)構(gòu)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(guī)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(diào)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(gòu)成電荷作用或者空間位阻效果，使顏料處于穩(wěn)定狀態(tài)，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(jié)構(gòu)相仿，作用效果也跟分散劑極為相似，兩者往往很難區(qū)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(yōu)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(wěn)定性。競品分散劑屬于嵌段共聚的高分子類型，具有優(yōu)異的顏料穩(wěn)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(shù)數(shù)據(jù)

表5? 分散助劑的技術(shù)數(shù)據(jù)

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(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，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(guān)，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(yōu)異的白色顏料。而鈦白粉生產(chǎn)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(zhì)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(yīng)用性能[3]。

我們選取不同表面改性的市售產(chǎn)品，對比測試結(jié)果后發(fā)現(xiàn)（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(xiàn)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(guān)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(jié)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(zhàn)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(jié)構(gòu)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(guān)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(lián)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(chǎn)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(yōu)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(yīng)的性能對比結(jié)果（如表8所示），并直觀展示耐污漬的測試結(jié)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(jié)果實物圖

從以上實驗結(jié)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(tǒng)乳液更出眾的耐污漬性能，搭配分散樹脂Joncryl?HPD 296-E和適當(dāng)類型的顏填料，整體的耐污性可以進一步優(yōu)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(xiàn)尤其突出。與此同時，我們在實驗中還發(fā)現(xiàn)，不同的配套底漆對面漆的耐污性也會產(chǎn)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(jié) 語 

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展以及人們環(huán)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(huán)保綠色涂料一起共同發(fā)展并走向成熟。水性木器涂料在經(jīng)過近20多年的發(fā)展后，也逐漸進入了技術(shù)創(chuàng)新的深水區(qū)，低毒凈味、高透暖木、抗刮耐磨、耐水耐污等研發(fā)子課題必將被重提，以期開發(fā)出更有特色的產(chǎn)品，進一步縮短與溶劑型雙組分PU的差距，滿足家具行業(yè)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(chǎn)物手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:52-76.

[2]耿星.現(xiàn)代水性工業(yè)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(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].無機鹽工業(yè)，2017，49（05）:5-8.