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0 前 言
水性木器涂料经过近几年的发展，在性能上已经逐步完善，涂装工艺也在不断变化。部分厂家引进了基于离心雾化方式的静电旋杯设备，以期达到汽车涂装的效果，然而现状是大多数并不理想。笔者经过大量实验发现，这种现象基本是因为涂料用乳液选择不当及配方存在缺陷引起的。对于可自干的水性木器涂料用乳液，其所含的中和剂或助溶剂一般挥发性较高，在喷涂的过程中很快挥发，使成膜物质过早凝胶而造成所谓的“堵枪”现象。本文通过选用拥有大量的亲水基团和慢挥发性的中和剂的乳液，采用高性能的纳米色浆，通过优化涂料配方，解决了喷枪堵塞、清洗及涂料回收再利用的问题。
1 实验部分
1.1 原材料
乳液：自交联丙烯酸乳液：NeoCryl XK12(DSM)、Setaqua 6785(allnex)、AC2782(Alberdingk)；无皂聚合乳液：NeoCryl XK14(DSM)、Setaqua 6716(allnex)、AC3630(Alberdingk)；PUD分散体：NeoRezlVR2005(DSM)、U9800(Alberdingk)、Lacper4211(万华)。拥有大量亲水基团和慢挥发性中和剂的乳液：Urosin 4619(万华)、WB18WF(QuiWin)、WR03(自制)。
助剂：分散剂：TEGO Dispers 755(Evonik)；消泡剂：TEGO Foamex 825(Evonik)；润湿剂：BYK3455(BYK)；增稠剂：Aquaflow XLS 530(Ashland)；蜡：ACumist3405(Honeywell)。
色浆：Hostafine(Clariant)；SuperFine(CCA)；UTINTWNW(Uchem)。
设备：自动检测光栅＋旋转编码器、PLC控制柜、升降往复机、PPH308旋杯、TRP501喷枪、变频调速电机＋齿轮泵、高压绝缘台＋静电隔离栅(SAMES)、TG-20(12 000 r/min)高速离心机。
1.2 水性单组分面漆配方(见表1)
1.3 高速离心实验
把不同的乳液和色浆在12 000 r/min高速离心机上进行20 min离心实验，检查试管里样品是否均匀悬浮、是否有分层及沉淀。静电旋杯的涡轮空气达到0.2～0.3 MPa(2～3 bar)的时候，旋杯的转速会达到10 000～20 000 r/min。因此乳液在高剪切力是否破乳、色浆是否稳定是非常关键的。选择了自交联型乳液(1号)、无皂聚合型乳液(2号)、PUD分散体(3号)、拥有大量的亲水基团和慢挥发性的中和剂的乳液(4号)，以及在拥有大量亲水基团和慢挥发性中和剂的乳液的基础上添加有机黄色浆(5号)和炭黑色浆的样品(6号)进行高速离心实验，其分层情况如图1所示。
1.4 旋杯喷涂静电参数
流量：150～300 mL/min，根据喷涂工件的膜厚要求、涂料特性、链速以及喷房的温湿度等条件设定流量参数。
成型空气：0.2～0.3 MPa(2～3 bar)，根据喷涂工件结构、涂料特性等条件设定此参数。
涡轮空气：0.2～0.3 MPa(2～3 bar)，根据喷涂工件结构、涂料特性等条件设定此参数。
高压静电：30～60 kV，根据喷涂工件结构、涂料特性等条件设定此参数。
提前及延迟脉冲数，上下点开枪数根据喷涂工件结构、涂料特性等条件设定此参数。
1.5 涂膜性能测试
根据表1，优化配方，根据不同的配方喷涂制板，喷涂好的板放置7 d后测试性能。
测试参考标准：(1)硬度GB/T 6739—2006；(2)压痕HG/T 3828—2006；(3)耐湿热GB/T 4893.2—2005；(4)耐性HG/T 3828—2006。
2 结果与讨论
2.1 主要成膜物质的选择
2.1.1 乳液的高速离心实验结果(见表2)
离心实验只是简单模拟了高速离心状态下的乳液的稳定性，是用于乳液选择的一个基础判断。从表2实验结果来看，很多乳液是不适合离心雾化的。一般当涡轮空气在0.2～0.3 MPa(2～3 bar)时，旋杯的转速会达到20 000 r/min以上。即使把旋杯的转速控制在10 000 r/min以下，空气轴承涡轮的剪切力也是很大的。从表2的结果可知，无皂聚合类型的乳液、PUD分散体及抗剪切的拥有大量亲水基团和慢挥发性中和剂的乳液都是可以选用的。
2.1.2 不同乳液静电喷涂实验结果
从以上离心实验稳定的乳液中各挑选一种乳液在静电实验线上喷涂30 min，结果如图2所示。
由图2所示的静电喷涂效果可知，丙烯酸无皂聚合乳液和PUD分散体虽然有着很好的抗机械剪切力的能力，但因他们本质上都属于比较大分子的热塑性树脂，在高速离心和成型空气的作用下，迅速脱水成膜并具有不可逆性，这样很快就在杯内堆积，随着喷涂的进行，在高速离心力的作用下甩到工件的表面，形成瑕疵。因此要选用一种可逆的，即喷涂时可迅速被水再次分散的乳液解决以上问题。这种乳液有大量的亲水基团，比如类似图3这样的结构，与其相连的是保证涂膜性能的疏水基团。和普通乳液的干燥成膜过程一样，这种乳液粒子中的分子链互相渗透扩散，逐渐相互缠绕到一起，但当涂膜重新遇水后，中和剂还保留有足够的量，疏水部分的分子链主链迅速蜷曲起来，这种亲水基团会像表面活性剂一样包覆疏水主链，重新成为乳液粒子分散在水中。这样乳液不再会那么容易形成堆积，喷涂结果如图2(c)。
2.2 色浆的选择
2.2.1 色浆的高速离心实验结果(见表3)
传统旋杯的漆雾速度一般在1～2 m/s(图4)，采用涡轮驱动的磁悬浮旋杯的漆雾速度可达6～11 m/s(图5)。
由于漆雾速度较高，加之涡旋作用，当喷涂色漆的时候要求颜料必须完全解絮凝并非常稳定(见表3)，这样才可以使得颜料粒子到达工件表面均匀分布，从而降低色差。至于色浆本身的防浮色及加入基础涂料的兼容性这是色浆的基本要求。
2.2.2 色漆静电喷涂实验结果
优选拥有大量亲水基团和慢挥发性中和剂的乳液复配纳米色浆，调整漆液的pH值到8～9，在流量180mL/min、成型空气0.2 MPa(2 bar)、涡轮空气0.2 MPa(2bar)、高压静电50 kV的条件下连续喷涂30 min，效果如图6、图7所示。
这类乳液的中和剂的选择是非常关键的，其所用的中和胺要用慢挥发性胺或金属类硬碱，常用的慢挥发性胺有TEA(N,N–二乙基乙胺)、TBA(N,N–二丁基丁胺)、DMEA(N,N–二甲基乙醇胺)、DMAPAPA(N,N–二甲基二丙基三胺)及市售伊士曼公司的Vantex-T等；常用的金属硬碱有NaOH和KOH等。高沸点及低气味是最佳的选择。
2.3 配方的优化
通过加入缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的水解低聚物，制板放置7 d后测试性能如表4所示。
亲水基团大量地存在会严重影响涂膜的耐性，加入缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的水解低聚物可以使得涂膜的性能得到大幅度的提升。这类物质可以在水性涂料液中稳定贮存0.5 a以上，水解低聚物可以大幅度降低成膜温度并且比同类物质有着更低的VOC释放量。
3 结 语
水性涂料的静电喷涂在木器的应用上一直效果不好，常用的旋蝶式受限于工件的宽度，涂膜的平整度不理想，而旋杯在喷涂面漆时容易杯内堆积造成工件表面瑕疵，这些往往与选用的涂料不适合有很大的关系，拥有大量的亲水基团和慢挥发性的中和剂的乳液是个不错的选择，低Tg点小分子的树脂也是不错的选择，当然这些涂料需要借助不同的交联方式或适当的温度固化，但因可使用时限及设备的关系往往不被木器静电涂装选用。
