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國內(nèi)木家具制品涂裝市場，受國家法規(guī)以及各地環(huán)保政策的推動，在過去的兩三年內(nèi)進(jìn)行了轟轟烈烈的“油轉(zhuǎn)水”，水性木器涂料相比于傳統(tǒng)涂料在VOC排放方面具備絕對優(yōu)勢，得到了極大范圍的應(yīng)用，且水性涂料的用量每年持續(xù)以較大比例的速度在增長。在不斷發(fā)展的過程中，水性涂料自身存在的缺陷也暴露出來，尚不能滿足木制品在涂裝裝飾性、表面保護(hù)性、功能性等方面的需求，尤其是在白亮光等高端木制品領(lǐng)域，水性亮光白涂料未占到一席之地。白亮光是中式傳統(tǒng)家具中的經(jīng)典款式，被廣泛應(yīng)用在板式家具上，因其靚麗嶄新的色彩，得到消費(fèi)者的青睞涂料在線coatingol.com。現(xiàn)有的水性雙組分亮光白，在流水線機(jī)械化涂裝時易形成痱子，成品率低，另外，其亮光豐滿度效果易塌陷難持久。水性木器涂料適應(yīng)各種涂裝方式，降低VOCs的排放，符合消費(fèi)者對于環(huán)保性的需求，是后續(xù)木器涂料的重要發(fā)展方向，對水性雙組分亮光白色涂料的開發(fā)具有長遠(yuǎn)的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)主要原材料

樹脂：水性羥基聚氨酯分散體、水性羥基丙烯酸分散體、水性羥基丙烯酸乳液，科思創(chuàng)、萬華化學(xué)、長興化學(xué)；助劑：消泡劑、基材潤濕劑、分散劑、流平劑、流變助劑、增稠劑，贏創(chuàng)、畢克化學(xué)、明凌、海明斯；固化劑：脂肪族聚異氰酸酯，科思創(chuàng)、萬華化學(xué)；溶劑：醇醚溶劑、丙二醇二乙酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯，陶氏化學(xué)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

高速分散研磨機(jī)，VMA-Getzmann；恒溫恒濕箱，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程有限公司；往復(fù)式噴涂機(jī)、紅外干燥線，Makor；桔皮儀，畢克化學(xué)；流掛儀、刮板細(xì)度儀，涂-4＃黏度杯，廣州標(biāo)格達(dá)精密儀器有限公司;

玻璃量筒、電子天平、電子秒表，南京康洛達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 基礎(chǔ)參考配方及工藝

基礎(chǔ)參考配方及工藝見表1和表2.

表1配方中，除流變助劑是按有效分計(jì)算（通過減少水量實(shí)現(xiàn)100%）外，其他材料均按供應(yīng)態(tài)計(jì)算。

1.4 性能檢測結(jié)果及檢測方法

按照n（-NCO）:n（-OH）=1.8的比例，將主漆和固化劑按100:25混合均勻，加入適量去離子水，調(diào)整至適宜的施工黏度（60s，涂-4），按照200g/m2的涂布量噴涂于UV底上，50℃紅外干燥1h，室溫干燥24h，50℃紅外干燥36h，依據(jù)國標(biāo)GB/T23999-2009及GB/T 3324-2017對涂料進(jìn)行相關(guān)性能檢測，如表3： 

2 結(jié)果與討論

2.1 水性樹脂與固化劑的選擇

水性樹脂和固化劑是漆膜的主成膜物質(zhì)，其決定了漆膜的物理性能，也在很大程度上決定了漆膜的裝飾效果。實(shí)驗(yàn)中，為了平衡遮蓋力、豐滿度和干膜膜厚，我們預(yù)先設(shè)定主劑的顏基比為1:1，施工固含量≥45%。為了保證固化劑的手?jǐn)嚪稚⑿?，將固化劑按?使用PMA/PGDA做70%開稀。水性樹脂選擇水性羥基聚氨酯分散體（A）、水性羥基丙烯酸分散體（B）、水性羥基丙烯酸乳液（C）三類，固化劑選擇脂肪族聚異氰酸酯（HD-1）、低黏度脂肪族聚異氰酸酯（HD-2）、親水脂肪族聚異氰酸酯（HD-3）三類，形成交叉測試項(xiàng)目，通過對比光澤以及表面效果（主觀判定）確認(rèn)涂料中樹脂和固化劑的選用。實(shí)驗(yàn)中，我們設(shè)定NCO/OH值在1.5-1.9之間，施工配比保證施工固含量的一致性，為了更突顯差異性，涂布量設(shè)定為兩個十字300g/m2。

依據(jù)表4可見，水性羥基丙烯酸乳液與非親水性固化劑的相容性不佳，而水性高羥丙烯酸/聚氨酯分散體與其相容性可被接受，可以搭配使用。A1與B2形成的板面痱子較少，HD-2與HD-3形成的痱子相對較少。A1、B3在高光澤方面表現(xiàn)最佳。選定A1與B3復(fù)配作為主成膜物質(zhì)，HD-2與HD-3復(fù)配成HD-4作為固化劑。

后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，將B3與A1按固體份4:1復(fù)配依據(jù)參考配方及工藝制成主劑，搭配HD-3與HD-4固化劑，施工配比調(diào)整為主劑：固化劑：水=1005:25:25，按涂布量300g/m2和200g/m2兩個梯度施工，板面效果如圖1所示。

主劑配HD-3，左300g/m2，右200g/m2

主劑配HD-4，左300g/m2，右200g/m2

 圖1 不同涂布量板面痱子分布情況

按圖1所示效果圖，親水脂肪族聚異氰酸酯復(fù)配低黏度脂肪族聚異氰酸酯應(yīng)用于水性雙組分亮光白面漆中，可以有效減少痱子的形成。

2.2 基材潤濕劑的選擇

基材潤濕劑的選擇目標(biāo)很明確：首重低表面張力，其次低泡傾向，兼顧流平性。實(shí)驗(yàn)中，在100份B3/A1的混合樹脂中，添加0.5%的基材潤濕劑，其他成分不加制成主劑。1800rpm分散15分鐘主劑，通過觀測不同時間點(diǎn)相同重量涂料在量筒內(nèi)的體積變化來表征潤濕劑的穩(wěn)泡性；隔夜消泡后，通過表面張力儀測定表面張力。

從表5的結(jié)果分析可知，W3、W5、W6表現(xiàn)出較低的表面張力，W2、W4、W5表現(xiàn)出較好的低泡性，結(jié)合自消泡性（液面高度）和脫泡性（液內(nèi)分界線）的表現(xiàn)，初選W2、W4、W5進(jìn)行后續(xù)流平性的測試評定。

后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，主劑按NCO/OH=1.8復(fù)配固化劑，適量水，涂布量按200g/m2制板，漆膜室溫干燥24h后，通過桔皮儀測定漆膜流平性。其中LW表征長波流平性，SW表征短波流平性，值越小流平性越好，DOI表征鮮映性，值越大鮮映性越高。

依據(jù)表6流平性的數(shù)據(jù)，W4表現(xiàn)出較好的流平性數(shù)據(jù)，且其具有低泡性。由此選定W4與W5復(fù)配作為后續(xù)主劑的潤濕劑，同時保證低表面張力的同時，兼顧低泡性和流平性。

2.3 增稠劑的選擇

增稠劑的主要作用就是調(diào)整涂料的黏度和流動狀態(tài)，使其滿足儲存性能、施工性能等要求。要完全滿足這些要求，不是單一一支增稠劑或者單靠增稠劑就能解決的，往往需要同類別或同效果材料進(jìn)行復(fù)配。此處增稠劑的選擇，我們重點(diǎn)考慮對黏度的貢獻(xiàn)以及對雙組分涂料可使用時間的影響，可使用時間一般的指標(biāo)是3-4h。實(shí)驗(yàn)中，我們將主劑黏度調(diào)整至60±5KU，按照主劑：固化劑：水=100:25:15的比例進(jìn)行調(diào)配，通過測定室溫下涂-4黏度的變化確認(rèn)可使用時間的長短，測試結(jié)果如表7：

從表7中測試結(jié)果可以看出，我們經(jīng)常講的高、中、低剪聚氨酯增稠劑跟流杯黏度貢獻(xiàn)和可使用時間沒有必然的聯(lián)系，不同牌號的同類型增稠劑在同一個體系內(nèi)的表現(xiàn)是不一致的，所以增稠劑的選用需要根據(jù)實(shí)際的涂料體系進(jìn)行測試篩選。根據(jù)結(jié)果，首先選用H7并固定其添加量為0.5%，H7作為牛頓型高剪增稠劑對涂料的噴涂霧化和濕膜流平是有幫助，但過量添加會造成噴涂出槍難得問題。其次，選用H2作為黏度的調(diào)節(jié)增稠劑。當(dāng)然，也可以使用H2+H5或者H2+H5+H7的組合，根據(jù)后續(xù)的測試結(jié)果或者不同的需求來調(diào)整。

2.4 流變助劑的選擇

流變助劑是較大程度上調(diào)整液體流變特性的一類材料。單用情況下，尤其是無機(jī)類的流變助劑，對涂料的黏度及流變特性的改變較弱。但在與聚氨酯增稠劑復(fù)配使用時，可以達(dá)到1+1>2的互補(bǔ)效果。流變助劑主要關(guān)注抗流掛性能、可使用時間、流平性?？沽鲯斓燃壷饕脕碓u估涂料調(diào)配后的抗沉降能力、遮黑邊的能力和防堆邊的能力。涂料本身的抗流掛能力過強(qiáng)，可能會影響漆膜的流平平整度，所以評估抗流掛性的同時需要同時兼顧流平性。在流變助劑對可使用時間影響的實(shí)驗(yàn)中，我們設(shè)定流變助劑0.5%的有效分添加量，觀測罐內(nèi)3天的50℃熱儲穩(wěn)定性。依據(jù)結(jié)果，選擇熱儲后狀態(tài)最好的R3、R5、R7做后續(xù)的評估。R3對黏度的貢獻(xiàn)小，對細(xì)度的影響小，所以暫時放棄R2。測試結(jié)果見表8：

后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，我們固定其他組分的比例，添加流變助劑有效分0.5%，測定流變助劑對涂料特性、可使用時間、流平性的影響。測試結(jié)果見表9、表10、表11：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：膨潤土抗流掛性能佳，但對光澤影響大，且對可使用時間影響巨大。氣相二氧化硅抗流掛性能一般，略影響光澤，對可使用時間影響極小。另外，直接分散二氧化硅對細(xì)度有影響，確認(rèn)使用時，建議提前做好砂磨漿或跟白色漿共砂磨。EVA蠟類流變助劑在抗流掛等級、可使用時間、流平性方面均有較佳的表現(xiàn)，對過程影響較小，有助于提高水性雙組分涂料的施工穩(wěn)定性[1]。

2.5 流平劑的選擇

流平比較復(fù)雜，它既跟潤濕、鋪展有關(guān)聯(lián)，又跟涂料黏度有關(guān)聯(lián)，是一個隨時間變化的過程。水性雙組分亮光面漆是對表面裝飾效果要求極高的一類涂料產(chǎn)品，流平劑在其中起到至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)中，我們選擇幾類市面公認(rèn)有較好效果的流平劑進(jìn)行比較，主要通過量化流平性數(shù)據(jù)和主觀判定來實(shí)現(xiàn)選用。

根據(jù)表12的測試結(jié)果，SL-4的量化數(shù)據(jù)表示可以提供漆膜最好的長波流平性及鮮映性，與主觀判定的結(jié)果一致。SL-4可作為該體系的最優(yōu)流平劑。

2.6 其他助劑的選擇

成膜助劑的選用需要綜合考慮原材料和固化劑代入的溶劑，確保涂料中VOC的含量以及施工時VOCs的排放滿足國家和地方相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定。

分散劑的選用需要與鈦白粉的選用相輔相成，既要保證粉料的分散細(xì)度和防沉性，又要保證涂料最終的罐內(nèi)防浮色和漆膜的色差。

最后進(jìn)行的是消泡劑的選用，生產(chǎn)高速分散時的快速消泡性以及罐內(nèi)長效消泡性，是相對比較容易解決的。因工藝、環(huán)境、設(shè)備等差異，設(shè)備噴涂時產(chǎn)生的機(jī)械泡是最難完全解決的，這也是現(xiàn)階段水性涂料配方研制的重點(diǎn)工作。

2.7 往復(fù)機(jī)噴涂應(yīng)用測試

為了盡可能避免水性涂料的塌陷問題，我們選用已做好UV底漆（鉛筆硬度＞1H）的櫥柜面板作為底材，得到更好的漆膜效果的同時，也便于觀測遮黑邊、抗流掛等性能指標(biāo)；涂料按主劑：固化劑：水=100:25:25的比例進(jìn)行調(diào)配，調(diào)至涂-4杯60s備用；涂裝設(shè)備采用Marko往復(fù)式噴涂機(jī)，口徑12（0.38mm），配套科姆林40-50F柱塞泵；施工環(huán)境溫度30±5攝氏度，環(huán)境濕度40-50%。涂裝應(yīng)用測試按150、200、250三個梯度進(jìn)行，測試項(xiàng)目及數(shù)據(jù)如表13：

按應(yīng)用測試結(jié)果可知，該配方在抑制或消除噴涂機(jī)械泡的方面還需要繼續(xù)的優(yōu)化，需要最大程度上防止暗泡和痱子的形成。為得到更好的漆膜效果，首先，要求噴涂施工和流平段的環(huán)境濕度控制在70%以下，濕度越高有形成痱子的風(fēng)險(xiǎn)越高；其次，控制涂布量在200g/m2以內(nèi)，涂布量跟濕度也有緊密的聯(lián)系，一般情況下高濕低涂布量可以有效減少痱子的產(chǎn)生。水性雙組分亮光面漆的塌陷問題也是行業(yè)難題，雖然隨著上游原材料和涂料技術(shù)的發(fā)展這方面已經(jīng)有極大的進(jìn)步，但還是不能滿足家具廠批量生產(chǎn)的需求。

3 結(jié)語

1) 水性樹脂與固化劑是雙組分涂料的主成膜物質(zhì)，其相容性的評估是重中之重，它直接影響其他成分的篩選難度和以后配方優(yōu)化的空間。油性固化劑雖然可在水性雙組分涂料中應(yīng)用，但其限制條件較多，選用需謹(jǐn)慎。

2) 為得到最佳的漆膜平整度，基材潤濕劑和流平劑的測試過程中除了關(guān)注對漆膜流平性的影響外，也要關(guān)注對涂料流動性的影響。

3) 增稠劑和流變助劑搭配使用可以使水性涂料得到最佳的流變特性，從而得到防沉降、抗流掛、流平等性能的平衡。

4) 消泡劑的選用一直是水性涂料配方研制的重點(diǎn)工作。在機(jī)械涂裝廣泛應(yīng)用的現(xiàn)狀下，水性涂料在進(jìn)行機(jī)械涂裝時的消泡能力，變得更為重要。?

作者：

夏正明  珠海展辰新材料股份有限公司技術(shù)管理中心涂料研發(fā)部經(jīng)理

劉志剛  珠海展辰新材料股份有限公司董事、技術(shù)管理中心總經(jīng)理

來源：2022水性二十年紀(jì)念冊