水性木器漆配方成功的五大关键

水性木器漆配方成功的五大关键在环保意识日益增强的今天，水性木器涂料是许多涂料企业关注的未来发展方向。水性木器涂料只占中国木器涂料2008年产量2%左右，但是它的发展潜力是不容低估的。我们最近进行了一次全国规模的大范围调查，访谈了包括技术人员，采购人员和高层管理人员的涂料企业各个层面。根据我们的分析，目前至少有20%的涂料企业都在观望着水性漆市场。虽然中国涂料企业对水性木器漆关注度很高，许多企业却缺乏成功开发水性木器涂料产品的能力。成功开发水性木器涂料需要两个因素：对水性涂料深入的技术的掌握和对客户对涂料要求的了解。这样才可以使产品开发有的放矢。目前，水性木器漆最大的市场是家具，特别是与出口家具配套的涂料。这代表着水性木器涂料的高端市场，要求最高也最有潜力的。因此，本文的讨论将集中在用于家具涂装的水性木器涂料，但对家装市场的水性木器涂料开发也有借鉴作用。根据华津思对水性涂料的丰富经验和对终端客户的调查，水性木器漆配方成功有五大关键：o快干：为了满足家具厂大批量生产的要求，水性木器涂料必须具有快干的性能。o高硬度：高硬度漆膜可以减少划伤/划痕对家具外观的损害。o丰满度:漆膜丰满；流平性/平整度好。o有竞争力的价格：家具厂家未来将更加重视节省资源和成本控制。这需要水性木器涂料厂家在配方的过程中考虑原料成本，尽量使用性价比最高的原材料。o亚光：据家具厂家反映，表面涂装未来的发展趋势是以亚光为主。我们将分五部分向您详细介绍这五大关键。快干性发表于2009年05月9日DrEcoPaint没有评论快干是最常听到的客户对水性涂料的要求。由于其分子结构的独特性，即分子间极强的氢键作用，特性与绝大部分有机溶剂有着明显的区别。在水性涂料领域，这个特性集中体现在，由于水的蒸发热高，水的蒸发速度要比常见的涂料溶剂慢十几倍甚至几十倍。而且，由于空气中水蒸汽的含量显著，并随季节变化大，水的蒸发速度随之发生变化。最严重时，如果空气相对湿度达到100%时，水的蒸发会停止，而非水溶剂则不受此因素影响。虽然，水性涂料面临以上所述技术挑战，但由于其环保特性，必然会成为涂料领域重要的一员。随着过去十几年水性涂料工作者的不懈努力，水性涂料技术日趋成熟。以下就影响水性涂料干燥速度的主要因素，及配方时可采取的相应措施进行讨论。1.树脂的选择：像所有涂料一样，水性涂料的性能在很大程度上是由配方中选用的树脂决定的。绝大多数水性成膜树脂为乳液体系，该体系的成膜机理与溶剂型涂料不同。溶剂型树脂与溶剂形成单相体系，随着溶剂的蒸发，体系粘度增大，直至成为固体，从体系的机械性能来讲，是一个连续的过程。而水性乳液则是一个双相体系，随着水的蒸发，体系粘度起始时变化不大，但当乳液颗粒的体积占总系统体积达到一临界值时，系统突然从业态变为固态，是一个不连续的过程，这一临界点是水性涂料表干的开始，因此水性涂料的表干时间要比某些溶剂型涂料还要短。从表干到漆膜性能的全部体现，取决于系统中残留水分的蒸发速度，乳液颗粒中高分子的相互渗透，及体系中其它有机小分子的挥发速度。为了实现系统的优化，制作水性漆配方时，应从以下几个方面对树脂进行选择：a.固含量：通常，乳液的固含量越高，其距离表干临界值就越近，干燥速度就越快。然而固含量过高，也会带来一系列的不利因素。表干过快会使涂刷间隔缩短，带来施工上的不便。固含量偏高的乳液，由于树脂颗粒间距小，通常其流变性能较差，对增稠剂也不敏感，使对涂料的喷涂或粉刷性能调节的困难增大。b.乳液颗粒大小：乳液的颗粒越小，同样固含量下，颗粒之间的间距就越小，表干临界值就越低，干燥速度就越快。乳液颗粒小，还会带来成膜性好，光泽度高等其他方面的优势。c.树脂玻璃化转变温度（Tg）：一般而言，树脂的Tg越高，最终成膜的性能就越好。然而，对于干燥时间来讲，其趋势则基本相反。Tg高的树脂，通常需要在配方时加入较多的成膜助剂，以便高分子在乳液颗粒间的相互渗透，促进成膜质量。而这些成膜助剂，需要足够的时间从体系中挥发，实际上会延长从表干到全干的时间。所以，从这Tg这个因素来讲，干燥时间与成膜性能往往是相悖的。d.乳液颗粒的相结构：取决于乳液的制备工艺，同样的单体组成可能会形成不同的颗粒相结构。被广为人知的核壳结构就是其中的例子之一。虽然一个乳液不可能所有的颗粒都做成核壳结构，但这个形象的比喻是人们对乳液的成膜性能可以有一个通俗的了解。如果颗粒的壳Tg低，核Tg高，那么该体系成膜助剂需求少，干燥较快，但由于成膜后连续相是低Tg的树脂，漆膜的的硬度则会受到一定影响。相反，颗粒的壳Tg高，则成膜需一定量的助剂，则膜的干燥速度会较前者慢，但干燥后的硬度会比前者高。e.表面活性剂的种类和用量：常见的乳液在制造工艺中均采用一定的表面活性剂。表面活性剂对乳液颗粒有隔离和保护的作用，在颗粒相互融合的成膜过程中，特别是在初始阶段，即表干时有很大影响。而且，这些独特的化学品，在水和油相中均有一定的溶解度，溶在树脂中的部分其实会起到成膜助剂的作用。不同的表面活性剂，由于其在树脂中的溶解度不同，其成膜剂的作用也会不同。2.树脂的固化机理：水性树脂成膜固化一般有几个层次上的机理。首先，乳液颗粒的聚集和融合，是所有乳液表干都必然经历的机理。然后，水和其他成膜助剂的挥发，使热塑性树脂本身的基本性能得以充分体现，是固化的第二个阶段。最后，某些乳液在制备时引入交联机理，或在涂料使用时引入交联剂，使膜的硬度在热塑性树脂的基础上进一步提高。最后这一步的交联机理，会对膜的最后固化速度和程度有很大的影响。常见的交联机理有氧化交联（如醇酸树脂的交联），麦克尔加成式交联（如一些自交联乳液体系），及亲核取代式交联（如环氧，聚氨酯等）。这些交联反应，都受温度，pH等因素影响，在配方时应平衡体系的固化要求与其他性能的关系。3.成膜助剂的用量和种类：从理论上讲，任何树脂的溶剂都是成膜助剂。在实践中，考虑到安全，成本，速度等因素，常见的成膜助剂也不过十几种，主要是一些高沸点的醇，醚及酯。这些成膜助剂对于不同的水性涂料工程师来讲又会各有偏爱。一般，某个有经验的工程师，常用的成膜助剂不过两三种。主要考虑因素是试剂在水和树脂之间的分配和在树脂颗粒内部的分配。特别是当水性树脂为多相树脂时，成膜助剂的选择和搭配即显得尤为重要。4.施工环境：在本文开始时我们讨论了水的问题。正因为水的特性，使得水性涂料在施工环境上比油性漆要求要高一些，主要是尽量控制施工时的温度和湿度。通用配方的施工要尽量避免高湿环境。如果必须在高湿度下施工，应该对配方进行调整，或者选择成膜性快的树脂或者对现场实行隔离处理。水性树脂的玻璃化温度（Tg）与最低成膜温度（MFFT）的关系发表于2009年12月9日DrEcoPaint没有评论通常情况下，水性树脂如水性丙烯酸乳液或水性聚氨酯分散体的的玻璃化温度越高，其最低成膜温度越高，在室温下的成膜性越差，需要的成膜助剂的量就越大。其中原因众所周知，成膜的必要条件是水性树脂颗粒的互融。这就要求水性树脂颗粒在成膜温度下有足够的流动性，也就是说成膜温度应该高于水性树脂颗粒树脂的玻璃化温度。但是，很多水性树脂产品成膜后的Tg要比最低成膜温度高，违背以上所述常见的规律。其中有几个原因。首先，以上所述通用的理论是建立在几个假设的基础之上的。假设一为水性树脂颗粒中树脂的玻璃化温度，或软化温度与成膜后树脂的一致。假设二是水性树脂颗粒之间没有差别。在实际的水性树脂合成工艺中，这两个假设都可以被打破。首先，在过去十几年的人们对纳米材料的研究中了解到，当颗粒的大小达到纳米水平时（小于50纳米），由于颗粒表面积的大幅增加，有如颗粒本体的含杂质量增加，颗粒表面对颗粒本体性能开始发生影响，颗粒的熔点和软化点会大幅度降低。也就是说，当水性树脂中纳米级颗粒含量增加时，颗粒的玻璃化温度会低于成膜后的玻璃化温度。另外，现代的水性树脂合成技术，通常使用多步骤的聚合方法，使得水性树脂颗粒形成多层次或多相的结构，也使水性树脂颗粒之间产生差异，以就是说水性树脂颗粒的玻璃化温度会彼此之间不同。只要体系中存在足够的软颗粒，水性树脂就可以成膜。水性树脂成膜温度低于成膜后的玻璃化温度的另一个原因是膜的反应性。一些自交联体系在成膜后引发进一步的交联反应，使得材料本体的分子量升高，导致膜的玻璃化温度升高。但是通常这一类的影响相对较小，因为玻璃化温度的随分子量升高的能力是有限的。有关水性树脂的深层讨论，您还可以参考华津思博客中的其他文章。o自交联水性树脂剂干燥速度o水性木器漆配方的快干性o水性丙烯酸乳液配方需要考虑的问题提问水性漆专家:水性漆流变助剂对附着力的影响发表于2009年10月13日DrEcoPaint没有评论本周江先生通过我们的提问水性漆专家专栏向我们提了如下问题。问题：在铝材上有很好附着力的水性丙烯酸底漆，一次成膜厚度达不到要求，但是加入了流变助剂后（如BYK425），在铝材上附着力下降，容易返粗，请问是为什么？应该加入何种流变助剂？配方设计应当注意哪些问题？回答：水性金属漆漆膜的附着力不好可以从几方面考虑。假设是你所见到的问题是由于水性金属漆漆膜和底材之间的破损而不是水性金属漆漆膜自身的破损，漆膜附着力下降有可能是因为BYK425流变增稠剂使得漆膜变厚。在同样的干燥条件下，如果干燥不够，漆膜底部强度下降，导致附着力下降。但是，我们不认为这是主要原因。你所见到的返粗现象在很大可能上是因为你所选择的增稠剂BYK425与你的水性金属漆配方体系混溶性不好，造成强度下降。具体的说，在你的水性金属漆配方中，你所选择的水性树脂本身以及添加剂分散体系和BYK425流变增稠剂有竞争作用，二者都与填料都发生作用，导致你所见到的附着力下降和返粗现象。要解决你的水性金属漆配方附着力的问题，必须选择与树脂体系互溶性好的添加剂。或者，你可以考虑使用对添加剂要求少的水性树脂。华津思的HD2081高附着力水性丙烯酸乳液和HD2083高硬度水性丙烯酸乳液，由于其优异的附着力和防水性能，这两款乳液对助剂的要求较少。这不仅可以降低产品成本，助剂的减少也可以提高产品稳定性。提问水性漆专家:自交联水性树脂与干燥速度发表于2009年08月26日DrEcoPaint没有评论本周汪先生通过我们的提问水性漆专家专栏向我们提了如下问题。问题：为什么自交联强的水性树脂，在湿度大的条件下，干燥较慢：而非自交联的水性树脂，在湿度大的条件下，干燥相对较快？回答：金先生，谢谢您的提问。从您的问题中，我们可以看出您在水性漆配方上做过大量实验，并对实验结果进行了细致的观察。对于您的问题，我们的回答如下：影响树脂干燥的因素较多，其中比较重要的包括乳液的固含量，树脂的Tg，树脂颗粒的表面化学等等。在我们的工作中，并没注意到您所说的现象。因为没有看到您的对比数据，所以这里只是讨论。要下您所给的这个结论，我们首先必须选择相同Tg和相结构的树脂来比。如果树脂聚合物的Tg相同，自交联乳液比起一般乳液的不同主要是两个方面。一是其树脂单体中含有反应性基团及交联剂，这些基团虽有一定的亲水性，但其浓度比起体系中其他亲水成分，如表面活性剂等，来讲，是不显著的，我们不觉得会对干燥性有质的影响。我们觉得可能性最大的一个影响因素是乳液的固含量。通常自交联乳液要比普通乳液的固含量低，以保证乳液稳定性。两种乳液固含的差别可以到5-10%。您会不会看到的是这个现象？户外木器漆配方技术发表于2009年07月10日diane没有评论本月，美国国际特种化学品公司（InternationalSpecialityProducts“ISP”)面向户外木器漆配方技术人员推出一个新的网站，ISP户外木器保护技术网。户外木器保护技术网详细的介绍了户外木器漆的四大威胁：UV,昆虫，潮湿和霉菌。从木质基材着手，ISP的专家分析了这四大威胁是如何侵蚀木材，以及水性木器漆配方技术人员因该如何通过户外木器漆底漆和表漆的配合抵御自然因素对户外木器的损害。ISP的专长是各类木器漆助剂。ISP户外木器保护技术网最适用于寻找户外木器漆助剂的配