【论文】高性能水性木器漆的技术探讨

　　前言：

　　中国水性木器漆技术经过近二十年的大力发展，汇集了全球大量化学专家、博士、涂料原料提供商、涂料制造企业、大学院校等研究机构等，做了大量的水性涂料课题，投入了大量的资金，提出了各种各样的方案，发明了几百、上千种水性涂料配方及多项专利。而水性涂料的发展最让研发工程师关注及待解决的问题还是集中在：封闭底、高硬度、防粘连、防水性等这些有待进一步提高的方案上。

　　本文根据涂料行业中水性木器漆的现状和实际生产与施工需要提出一系列水性木器漆配方制作、注意问题、施工使用方案等。旨在抛砖引玉，提供大家探讨与关注行业健康发展，打造一下完整的水性涂料生态链，水性涂料黄金十年，让我们共同抓住发展商机。

　　水性木器漆发展趋势 随着经济的发展和环保意识的提高，国家强制政策法规的推出，以及水性木器涂料技术的进步，水性木器漆已经成为发展的趋势，但是还有一些不足的方面。首先水性木器涂料的干燥由于受气侯特别是湿度影响特别大，许多做水性木器儿童家居的生产厂家仍采用原有油性家居的涂料设备，生产效率低，建议生产厂家加强抽湿和烘干设备的投入，提高生产效率。其次，建议有益于儿童健康成长方面增加一些净化空气环境功能的涂料产品，或者是针对儿童天真好动的性格点，增加儿童水性木器家居漆的防涂鸦耐粘污功能。绿色环保已是当今世界的潮流，企业也能不例外，水性木器漆企业显然具备这个得天独厚的先天优势，水性木器漆将会以较快的速度发展，产品结构和品质也会随着市场的需求发生变化。

　　一、荷叶效果：

　　通常人们喜欢对水性木器漆表面的涂膜上滴几滴水(油、酱油、醋等)有了这些液体在涂膜上能否流动，来判别涂料的防水性能。如果这些用于试验液体(水、油、酱油、醋)在涂膜上似水珠荷叶上自由流动，则认为这种涂膜是比较好的。这种测试常被称为是否“荷叶效果”。

　　用科学术语讲：这是一个“润湿作用”问题。即固体表面(涂有涂层)和液体相接触时，它们之间的夹角(被称为接触角)通常可以概括为下列三图所示：

　　然后人们可以定量地来讨论涂膜滴在其的表面上各种液体之前的力学问题，利用了一套表面张力的办法，展开研究和讨论(具体公式不在此陈述)。

　　如果θ角越来越大，近乎180℃时(即水珠近乎直立在荷叶上)，就会出现液体滴在涂膜上滚动现象。如上述的“荷叶效果”结果是这些试验用的液体和涂膜之间很难相互渗透。从涂膜的角度讲，就是这种涂料的防水性能很好。

　　本文下列涂料的涂膜，其按接触角远大于120℃，所以具有很好的防水、疏水效果。

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　　二、高硬度

　　高硬度是大家一直关注的水性木器涂料的性能，人们常用指甲去测试木器、家具、地板等木制品的硬度。硬度反映的是涂膜对外界压陷，刮擦，切划和渗透的能力。

　　对木器涂料来讲其硬度的测定方法主要有铅笔(一般用中华品牌绘画笔)。硬度法和摆杆硬度法，对于厚、软的涂层也有用邵氏A(Shore A)硬度来测定其硬度。以下我们来讨论一下铅笔法的情况：

　　铅笔硬度测定方法主要参考中国标准GB/T 6739-2006(色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度)和美国标准ASTM D 3363-05(Standerd Test Methord For Film Hardnees by Pencil Test)。

　　但是由于铅笔的制造过程中，笔芯中的铅笔硬度无法绝对相等(指同一种硬度的笔芯也有少量的差异)其次是笔尖的磨制过程，锐利程度，其与漆面45℃的稳定，施加压力的大力，这些因素都会给硬度测定带来波动和误差，所以常被在行业中出现。厂家说硬度达到3/4H，而用户恰达不到2H。同一个厂家的产品，有时3H而有时只有1-2H。这种情况的出现常被引起许多矛盾，我们认为应客观地分析，好好讨论，尊重测定数据为准。

　　相对而言，摆杆硬度法能测定出更细微的涂层之间的硬度差别。因此通常被用于比较涂膜硬度随干燥时间或固化时间变化而出现硬度变化情况。对于涂料的抗划伤方面摆杆硬度无能为力。

　　本文所提供的技术方案中的涂膜硬度为2H

　　所用测定仪的是铅笔硬度法(型号为：2丁-3084)

　　三、松木渗油与防渗油封闭底漆

　　松木是一种针叶植物(常见的针叶植物有松木、杉木、柏木)，它具有松香味、色淡黄、疖疤多、对大气温度反应快、容易胀大、极难自然风干等特性，故需经人工处理，如烘干、脱脂去除有机化合物，漂白统一树色，中和树性，使之不易变形。

　　根据我国现行国家木材名称标准(国产材和进口材)，狭义松木再可分成软木松和硬木松两类。气干密度0.4～0.5g/cm3为软木松，例如红松(Pinuskoriensis)、西伯利亚红松(P.sibilisa)。气干密度0.5～0.7g/cm3者为硬木松，例如马尾松(P.massoniana)、欧洲赤松(P.sylvestris)。然而，天然物产并非像人们想象那样非软则硬，也有中间型，例如当今最常见的樟子松(P.sylvestrisvar.mongolica)，就是不软不硬的松木。一些硬木松人工速生材，因年轮宽，早材比例大，密度小，例如马尾松和辐射松(P.radiata)速生材，密度都小于0.5g/cm3。相反，一些软木松，因生长慢，年轮窄，晚材比例大，密度增加，例如生于高山石山上的广东松(P.kwangtungensis)，密度便在0.5g/cm3以上。

　　由于松木大量存在于我国，故松木材料选做家俱具有一定的代表性与普遍性，松木家具木质比较软，含水量比较高容易导致开裂，使用时要非常注意保养与维护。

　　松木虽好，但松木使做涂料的人却麻烦不小，主要是松木在一定的条件下，会向外渗出“松油”，这种松油实质上就是人们常说的“松香”的液态树脂。在有松油渗出的松木上涂刷涂料，带来的麻烦非常大，涂膜和底材木料之间夹着松油，造成涂膜和底材之间的附着力降到几乎为零，涂料上松油起了化学变化，而松油渗出的位置又不是固定的，使涂膜发花、变色、干燥时间不一致，造成开裂也是常有的事。此处松木的不同品种(不同产地)渗油的量和松油的化学成份又会有变动。之前的水性木器漆讲应用在某些松木上涂膜很漂亮，但有一些的涂膜却效果不佳，这主要还是封闭底没做好的原因。

　　如何解决这些问题呢?我们想到的办法是用水性封闭抗油底漆来处理，在文中所介绍的LS-WBR 6617W乳液配合助剂等一体化方案，6617W是一种自交联的水性丙烯酸乳液。

　　水性丙烯酸树脂包括丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂水分散体(亦称水可稀释丙烯酸)及丙烯酸树脂水溶液。乳液主要是由油性烯类单体乳化在水中在水性自由基引发剂引发下合成的，而树脂水分散体则是通过自由基溶液聚合或逐步溶液聚合等不同的工艺合成的。从粒子粒径看：乳液粒径>树脂水分散体粒径>水溶液粒径。从应用看以前两者最为重要。

　　使用透明底漆可解决这个松木渗油问题，试验封闭效果显著。对该配方的调制与实施，我们有必要提醒使用者，注意以下几个问题：

　　1、合成的树脂不与松油起化学应，具有良好的封闭性;

　　2、粉料—滑石粉的用量，不能超过15%，具需选择3000目以上的;

　　3、选择最佳助剂完美搭配至关重要;

　　4、增稠剂的量，要根据松木品种、渗油量、孔隙率等性能;

　　5、使用滴加方式缓慢将各种材料添加;

　　6、注意各种材料的相溶性，防止涂膜缩孔。

　　四、测试效果显著的应用配方介绍

　　这里列出三个配方，这些配方制成的涂料在硬度，抗松油，防水等方向均达到了国际领先水平，与国内外知名公司的乳液及助剂作对比试验，各指标都更接近市场需求，个别指标更有特殊效果，我们列出这三个配方只是我们研发工作中的一小部份。欢迎大家一起讨论与研究，提供更多方案供行业人员参考，水性涂料是发展中国家向发展国家学习与发展的必经之路，也是期待的我们绿水蓝天，让中国创造同时体现在水性涂料的成功应用。

　　LS-COAT 616透明底漆

　　实验室推荐配方：

　　注意事项：将成膜助剂和BNK-G408消泡剂预混合搅拌后缓慢加入料缸，加入所有助剂搅拌5分钟后再加入粉料，最后阶段加入增稠剂。加去离子水会影响到涂膜的干燥速度、影响打磨性，对涂膜的丰满度也有减少，故建议不需要加去离子水作稀释剂，喷涂时再用自来水20%稀释即可。

　　LS-COAT 717疏水型半哑清面漆

　　实验室推荐配方：

　　注意事项：将成膜助剂和BNK-G408消泡剂预混合搅拌后缓慢加入料缸，加入所有助剂搅拌5分钟后再加入粉料，最后阶段加入增稠剂。加去离子水会影响到涂膜的干燥速度、影响打磨性，对涂膜的丰满度也有减少，故建议不加去离子水作稀释剂，喷涂时再用自来水20%稀释即可。BNK-NSF067润湿剂及BNK-4021氟碳表面活性剂建议在最后阶段添加。

　　LS-COAT 717W常规半哑清面漆

　　实验室推荐配方：

　　注意事项：将成膜助剂和BNK-G408消泡剂预混合搅拌后缓慢加入料缸，加入所有助剂搅拌5分钟后再加入粉料，最后阶段加入增稠剂。加去离子水会影响到涂膜的干燥速度、影响打磨性，对涂膜的丰满度也有减少，故建议不加去离子水作稀释剂，喷涂时再用自来水20%稀释即可。BNK-NSF067润湿剂及BNK-4021氟碳表面活性剂建议在最后阶段添加。

　　五、下一步研发方向

　　(一)水性木器漆的近况

　　2004年美国室内地板用水性漆总量超过了1000万加仑(1加仑=3.785dm3),价值超2.8亿美元。

　　2006年美国的水性醇酸漆，销量达1000万磅，水性醇酸涂料为400万磅。

　　欧洲2000年工业用水性木器漆用量达3.8万吨。北欧地区国家的水性地板漆达到了80%，德国和奥地利等国地板漆水性化达到了60%以上。

　　2005年中国涂料产值为700亿人民币左右，其中木器涂料为120多亿，其中水性木器漆仅10亿人民币左右。

　　2015年中国涂料总产量1171万吨，其中水性木器漆产量占比很小，有着极大的发展前景。

　　(二)水性木器漆的方向

　　因受国内外的环保压力和日益恶化的生态环境重视，各级政府不断颁布新的、更严厉的法规，对非水性涂料严加限止发展。

　　2007年1月1日欧盟实施新的涂料标准中规定水性涂料VOC不能大于150g/人，比中国的标准高得多

　　2015年我国的一线城市，例如：深圳、北京等又发布了对溶剂性涂料非常严格的限制和规定，几乎没有给溶剂性涂料任何可生存的空间。企业纷纷快速转型，大力发展水性涂料。

　　做好水性涂料关键是对材料的认识充分，有特别出众的乳液，选用最合适的助剂来搭配及调整配方，最终设计出自己独特的配方，使中国的水性涂料得以快速健康发展，形成水性涂料生态链，造福全人类!