单组分水性木器特哑淋涂白面漆的探讨

0　前　言

当前，可持续发展、节能减排与我国国民经济发展息息相关，人们对家具产品的环保要求越来越高，这是对家具厂的要求，更是对涂料制造商的要求——环保、安全、施工方便。装饰板广泛应用于地铁、家庭装修、酒店内饰等等，以前大多选择溶剂型聚氨酯产品(PU)，而PU的VOC大概在420 g/L左右，水性产品VOC在50 g/L左右，大大降低了VOC的排放。本文中所制备的单组分水性木器特哑白面漆，在水性树脂、填料的选择、润湿剂及消泡剂的搭配做了简单讨论。

1　实验部分

1.1　主要原材料

实验原料：去离子水、润湿剂、消泡剂、增稠剂、杀菌剂、水性丙烯酸及聚氨酯树脂、金红石型钛白粉、重钙、滑石粉，以上均为市售工业级。

1.2　实验基础配方(见表1)

1.3　生产工艺

按照表1所示基础配方，在中、低速(线速度5～8m/s)搅拌状态下依次顺序加入水性树脂、成膜助剂、消泡剂、分散剂、钛白粉、重钙、滑石粉、少量去离子水清洗，转高速分散(线速度15 m/s左右)20～30 min至细度合格，无明显油缩；再加入润湿剂、剩余去离子水、增稠剂，用增稠剂调整黏度至合适黏度，检测合格后，方可过滤出料(注：可根据实际，预分散白浆)。

1.4　性能要求

1.4.1　涂膜硬度

涂膜硬度按照GB/T 6739—2006规定进行，测量铅笔硬度。测试样板为玻璃板。

1.4.2　耐划伤性

操作按GB/T 9279规定进行。在划针上给定负荷100 g进行划伤试验，试验后对着垂直于划过的方向与试验样板成450°角进行观察，辨别不出伤痕则评定为“未划伤”。

1.4.3　耐水性

按GB/T 4893.1—2005规定进行。试液为蒸馏水，实验区域取每块板的中间部位，在每个实验区域上分别放上5层滤纸片，实验过程中需保持滤纸湿润，必要时在玻璃罩和试板接触部位涂上凡士林加以密封。24h后去掉滤纸，吸干，放置2 h后在散射日光下目视观察，如果2块试板中有2块未出现起泡、开裂、剥落等涂膜病态现象，但允许出现轻微变色和轻微光泽变化，则评为“无异常”。如出现以上涂膜病态现象按GB/T1766—2008进行描述。

1.4.4　附着力

按GB/T 9286—1998规定进行，划格间距为2 mm。

2　结果与讨论

2.1　水性树脂初步选择

水性树脂的选择可通过如下实验来选定。
不同树脂分别按基础配方测试样品，分别取100 g样品加入200 mL的容器中，放入震荡机中，震荡30 min，转入水平位置，读取0 min、5 min、30 min、1 h、4 h、24 h的破泡情况及刻度。水性树脂应优先选择破泡速度快、刻度低(产生的气泡少)。一般来说，水性聚氨酯树脂比水性丙烯酸树脂在这方面更好，但价格要高得多。

从图1结果可以看出，水性聚氨酯树脂比水性丙烯酸树脂的消泡性更好，但价格更高。笔者认为，水性聚氨酯树脂较常规水性丙烯酸树脂，其合成时使用的表面活性剂的量要低，这是造成消泡性差距的原因之一。
不同水性树脂对消泡性的影响

以上只是水性树脂的初步选择，结合到实际配方中，结果可能有一定差距。

2.2　消光体系选择的影响

消光体系配方见表2，性能测试结果见表3。
消光体系实验配方

从表3来看，纯粹加哑粉降光泽，难度较大，不如添加填料(重钙或滑石粉)实在，但滑石粉加多对罐内消泡性不利，不利于淋涂施工。笔者认为，市售的大多数哑粉都是基于亲油处理(水性木器涂料的量不足5%)，与水性树脂的相容性稍差，不利于长期贮存；加入防沉降助剂可以缓解硬沉淀的产生，但不足以长期克服，同时又增加罐内消泡性不佳的风险。而选择填料来消光泽，一方面提高了配方的性价比，另一方面由于配方的PVC(颜料体积浓度)提高，大大降低了罐内消泡难度，增加了淋涂施工破泡速度。

2.3　润湿剂及消泡剂的选择

2.3.1　润湿剂的选择

润湿体系配方见表4，性能测试结果见表5。
润湿剂体系实验配方

从表5来看，使用润湿剂C效果最好。笔者认为，常规的有机硅基材润湿剂，表面活性剂含量较高，易稳泡，在生产过程中，由于最后添加，对罐内消泡性影响较小，但淋涂施工中，要经过循环，会产生大量的气泡，不利于施工。炔二醇类润湿消泡剂，既可以作润湿剂使用，又可以当消泡剂用，降表面张力能力要低于常规有机硅基材润湿剂，虽然可短暂提高罐内消泡性，但长期贮存或施工，容易产生润湿不足的情况。而本文所采用的润湿剂，降表面张力能力介于两者之间，较常规有机硅基础润湿剂不易起泡，较炔二醇类润湿消泡剂，降表面能力稍强，不易造成长期贮存或

施工后润湿不足的产生。

2.3.2　消泡剂的选择

消泡体系配方见表6，性能测试结果见表7。
消泡剂体系配方

从表7来看，使用几种消泡剂搭配的效果最好。笔者认为，在淋涂配方体系中，配方的消泡性是最主要的评判标准，施工后出来的板面气泡少，且能很快破掉，并迅速流平，而不产生泡痕，同时，又不产生油缩。市售的消泡剂根据消泡类型分为破泡、抑泡、脱泡3类。笔者认为，一般偏脱泡的消泡剂相容性较常规消泡剂差，主要用于分散阶段；偏抑泡的消泡剂相容性也较常规消泡剂稍差，可用于分散阶段，也可以用于调漆阶段。本文所述的常规消泡剂主要用于破泡，与体系相容性较好。由于篇幅有限，笔者设计思路为主要把偏脱泡的消泡剂用于生产预制白浆上；水性树脂与预制白浆等其他组分混合过程前，加入偏抑泡的消泡剂；在调漆前加入常规破泡的消泡剂。笔者认为，偏脱泡的消泡剂相容性差，但罐内脱泡、消泡性好，经过最长时间、多次分散，与体系的相容性大大提高。偏抑泡的消泡剂的加入减少生产制造、施工过程中气泡的产生。常规消泡剂相容性好，但稳定性稍差，不能长时间分散，以免造成破泡能力大幅度降低。

2.4　配方的优化

配方优化设计见表8，性能测试结果见表9。

从表9可以看出，加入流平剂可以轻微提升手感硬度，鲜映性提高明显。笔者认为，流平剂一般选择丙烯酸类或者活性低的有机硅类，流平剂的加入通过仪器对比测试长、短波方面明显提升，橘皮纹减少，鲜映性结果大幅提升。加入PTFE蜡粉手感硬度有明显提升，再加入抗刮助剂手感硬度有很高的提升。笔者认为要考虑抗刮助剂与配方体系的相容性，匹配不当易造成润湿不良现象。

配方10为最终配方，表10为其基本性能测试结果。一般来说，调整配方的消泡性是配方设计的最后一个环节。笔者认为手感助剂一般不属于稳泡的原料，但谨慎起见，在满足手感硬度的同时，也要评估消泡体系能否满足设计需求。