户外木制品用水性漆配方思路浅析及应用
户外木制品用水性漆配方思路浅析及应用
摘要：以水性哑光漆清面漆为例，简要叙述了用于户外木制品的水性漆在原材料选取上的一些思路。分析了树脂、杀菌防霉剂、紫外线吸收剂、增稠剂、成膜助剂、消光剂、消泡剂及基材润湿剂等在选择上的要求，为进一步研究奠定了基础。 关键词：水性漆；户外用木制品；原材料；选取 引言 随着我国国民经济的高速发展，人们的环保意识日益强烈，人们更加崇尚降生活。为了可持续性发展，建设环保和节省资源的社会，涂料行业的生产者应首当其冲提高意识，自觉担当起环保和节能减排的责任，在这种大环境下，水性漆越来越受到消费者的重视与青睐。在水性漆中占很大比例的户外木制品用水性漆，因其独特的品质魅力，也得以迅速发展起来。在此浅略地谈一下水性户外涂料在配方设计方面的一些思路。 1.户外用水性漆的特点 用于户外的木制品，典型的如窗框，他们一经使用便长期置于户外，经历着风吹日晒和雨雪的洗礼，长期而多变的气候，对覆于其上的漆膜是一个严峻的考验。现分析一下主要影响因素： 1.1木材具有保持其尺寸及外形稳定性和耐久性的特点，然而它作为一种生物可降解材料，需要对其进行适当的保护。为了满足低维修的需求，所用涂料必须保证在4—5年间只需要一次维修，如今高质量的户外用水性漆甚至可以保证十年之内不需要维修。这一点正是水性涂料的天然优越性，是其他涂料体系所无法比拟的。 1.2由于昼夜温差及四季的变化，木制品会发生热胀冷缩等形变，这就要求漆膜要有相当程度的延伸性和恢复性，并且这种性能必须持久地保持。 1.3户外制品要经受长期的暴晒及紫外线照射，这就要求漆膜要具有非常优异的户外耐久性。 1.4窗户暴露在特殊环境中，这是因为它的位置处于两个气候地带（室内和室外）之间。大多数时候，湿度以水蒸气的形式从内向外传输，这就要求涂层必须透气。另一方面，室外涂层必须防止水分渗入木材。因此透气不透水是必须具备的。 1.5漆膜的抗粘污、抗化学品性好。漆膜必须具有一定的致密度，保证其具有良好的耐化学品性，抵抗空气中的污染，如酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等等。 2.配方思路 配方中原料选择对于漆膜性能至关重要。它直接影响最终产品的质量。一个产品定位后，接下来就是对其原材料的定位。在此以哑光清面漆为例，简要谈一下原材料在选取上的特点。 水性户外木器漆的组成：水性树脂、成膜助剂、润湿分散剂、消泡剂、润湿流平剂、杀菌防霉剂、紫外线吸收剂、增稠剂、消光剂、去离子水。 2.1树脂的选择： 户外涂料的主要性能包括韧性、抗粘连性、耐水性、耐候性等等。决定这些性能的关键因素是涂料中的主要成膜物质——水性树脂。 树脂的选择是所有原材料关键，户外用涂料应首选核壳结构的AC系树脂。这是因为它对光的主吸收峰处在太阳光谱范围之外，所以用它制成的漆具有很多树脂所不及的优良性能，主要包括：色泽浅、光泽高、保光保色性好、户外暴晒耐久性强，耐紫外光照射不易分解或变黄等。基于本文用于户外木制品的丙烯酸乳液，除了上述的性能之外，还必须具有以下特点： 2.1.1透明度要求高：这是因为用于户外的窗框等物件大都采用章显木材纹理的透明漆系列，透明度高时，即使漆膜比较厚也可以较清晰地看到木材的纹理，给人一种自然舒适的感觉。
1/3 3 1 2 32.1.2耐水性能优异：用水浸泡后不起泡、不变白，轻微泛白后能够恢复，但漆膜不能因此而附着力下降。雨天或潮湿的环境中，漆膜不会剥落或起泡。 2.1.3优秀的抗粘连性：抗粘连性能对于户外漆也是一个重要的指标，因为工厂为了提高工作效率，会在涂装后干燥时间较短的情况下将产品码垛或堆放，被涂物表面互相挤压时，彼此不能粘在一起。另一方面，一旦窗框被安装好，必须保证反复开关而无损坏，这就需要漆膜具有超强的抗粘连能力。而抗粘连性与柔韧性是矛盾的，需要配方设计师在设计配方时达到最佳的平衡。 2.1.4柔韧性好：漆膜要有较强的柔韧性和一定的弹性。由于昼夜温差及四季变化，窗框等可能会发生热胀冷缩等微小变形，覆于其上的漆膜对于这种形变必须具有持久的延伸性和恢复性。 2.1.5成膜助剂的需求量低：这主要是为了更加环保的需求。虽然水性漆所用成膜助剂大都属于比较环保的产品，但减少向大气中的排放量还是很有必要的。依据“绿色标志产品十环认证”HBC-2002的标准，TVOC含量=有机挥发物含量/（固体成分含量+有机挥发物含量）*1000≤250mg/l。 2.2助剂的选择 由于水性漆特殊的性质，如：水的表面张力大、漆液易发霉、难消泡等，给配方设计增加了难度。这就要求配方师在设计配方时要综合考虑助剂对漆膜性能的影响。水性木器漆常用的助剂有成膜助剂、基材润湿剂、消泡剂、润湿流平剂、防霉杀菌剂、紫外线吸收剂、增稠剂、消光剂等。 2.2.1成膜助剂：由于水性树脂都有一个最低成膜温度（MFT），为了保证涂料至少能在10℃以上成膜，要适量添加成膜助剂。水性漆常用的成膜助剂为醇醚类溶剂。为防止冬季施工出现低温不成膜现象，可适当加入Texanol(醇脂-12)或DALPADC（三丙二醇正丁醚）。成膜助剂在使用时必须满足一定的要求：1.作为成膜助剂，使用的溶剂必须有足够的化学稳定性。2.成膜效率要高，对水性树脂有旧能好的增塑效果，以减少其添加量。按照HBC-2002的标准，理论固含以35%计，有机物的加入量不得超过12%。3.要低气味、低毒，符合环保法规的要求。4.挥发方面，要求成膜助剂在成膜过程中起到增塑效果，一旦成膜完成，成膜助剂就立即挥发掉，如果成膜助剂在涂膜中滞留时间过长或不会发，就会严重影响漆膜的性能。因此成膜助剂的选用及用量要根据树脂体系类型、最低成膜温度及体系的相容性和施工宽容性来决定。 2.2.2润湿分散剂：润湿分散剂作用原理是助剂被吸附在颜料表面，包围着分散颗粒，防止其重新聚结，起稳定作用的静电排斥力。 水性体系用润湿分散剂含有的活性物质包括：胺中和的丙烯酸共聚物溶液、乙氧基化的脂肪酸、芳香族和醇类物质、聚丙烯酸酯和聚磷酸盐类物质、苯丙共聚物乳液。好的分散剂具有类似树脂的性质，对漆膜的耐久性不会产生不利的影响。如果润湿分散剂用量不足，系统的稳定性不够；润湿分散剂用量过多，则会导致稳定包裹的破坏而产生絮凝。一般润湿分散剂用量比确定的用量高些为好。再有润湿分散剂选用不当，还会造成漆液粘度的变化较大，特别对户外高压无气喷涂用涂料来说，就更加不利：粘度升高，加水过多，一次成膜厚度减少；粘度降低，厚涂流挂，都会影响漆膜的耐候性能。因此，选用户外木器涂料用分散剂时，一定要考虑分散剂对粘度的影响（当然也要同时选用合适的增稠剂相匹配），一般试验观察时间为一个月，粘度就会趋于稳定。笔者试验证实聚丙烯酸酯和聚磷酸盐类混合物润湿分散剂具有良好的润湿分散性，对粘度影响也很小。 2.2.3消泡剂：消泡剂的功能是阻止泡的形成和促进泡的破灭。而漆液在一些机械操作过程中会将空气混入漆液中，空气又不能快速逸出，这样就形成了泡沫。而水性乳液本身因加入了表面活性剂，也造成漆液在搅拌过程中更易产生宏泡和微泡。后面提到水性户外木器漆粘度高、触变性很大，使生产过程中带入的气泡不容易消除，再加上户外漆要求漆膜厚，使得漆膜中的微泡消除更加困难。因此高粘度水性木器漆消泡剂的选择和搭配就非常重要了。目前市场上消泡剂有三种：矿物油类、有机硅类、非硅类。矿物油类消泡剂，抑泡能力强，加量大，易产生迁移，影响干膜光泽，不适合用于高光漆。有硅类消泡剂，消泡能力强，最适合做高粘度体系的消泡剂，可以达到最好的消泡和脱泡效果，而且不影响体系的光泽，但用量稍大就会使涂膜流平性差，甚至产生缩孔。非硅类消泡剂，缺陷小，不影响光泽，使用安全，但用量大，破泡能力差。因此在选用户外水性木器漆消泡剂时要注意以下几点：1、消泡剂与涂料要有良好的相容性，且长时间不会失效，这就要求配方设计师在消泡剂的加入与涂膜效果之间保持良好的平衡。2、根据施工要求和施工条件选择合适的消泡剂。3、在高粘度体系里选用两种或两种以上消泡剂。因为一些消泡剂能促进微泡逸出，但不能有效的破泡，因此，加入少量的硅类消泡剂，能有效破坏漆液表面的气泡。4、消泡效果的长效储存稳定性尤为重要：经常可以观察到一些消泡剂在漆液生产刚出料时具有极好的消泡效果，但放置几个月甚至半年以后消泡效果明显下降，这也是选择消泡剂特别要注意的地方。所以，消泡剂的最佳用量和组合要经过严格的实验才能确定。
2/3 3 1 2 32.2.4润湿流平剂：由于水性体系表面张力大，对基材的润湿性差，又因体系中消泡剂的加入，使基材的润湿性进一步变差，所以必须加入润湿流平剂来改善涂料对基材的润湿性。常用的润湿流平剂有机硅类型和丙烯酸酯类。在选择润湿流平剂时尤为注意的是对基材的附着力和稳泡性的评估，如果选择不当，往往会影响涂料的消泡性、涂膜的光泽及涂层之间的附着力。 2.2.5防霉杀菌剂：涂料在罐内或形成漆膜后都易遭受细菌、霉菌以及藻类的侵染，防霉杀菌剂对于水性涂料是必不可少的。防霉防腐剂以异噻唑啉酮化合物最为常见。细分又包括罐内防腐剂和干膜防护剂。罐内防腐剂作用是杀菌、防霉、防酵母和部分防藻，添加量很少，约加入0.1%-0.5%。干膜防护剂主要是为防止真菌和藻类损害外部的涂层，延缓受微生物破坏的时间，添加量在0.5%-1.0%之间。罐内防腐剂和干膜防护剂又有区别，罐内防腐剂主要作用是杀菌抑菌，而干膜防霉防藻剂的关键是不溶于水,否则会被水冲淋掉,当然还要有耐候性和耐酸碱性，这样才能起持久的防霉防藻作用。 2.2.6紫外线吸收剂：由于丙烯酸对紫外光几乎完全透过，透明涂料体系应该含有足够的紫外光吸收剂使之能吸收280-444um范围的光谱。为的是防止涂料下面的木材降解而引起附着力的损失和蓝色真菌的侵蚀。首先应选透明氧化铁，其中又以氧化铁红的作用最强，它对光的作用很稳定，强烈吸收紫外线，因而能强有力地保护涂料基料及被覆盖物品免受紫外线的破坏，只要加入微量就可以了。此外还需要添加一些光稳定剂。光稳定剂包括两种组分，一种是紫外线吸收剂，另一种是为阻胺（HALS），二者配合可延长漆膜寿命。紫外线吸收剂作用是吸收入射漆膜的紫外线，位阻胺作用是捕获漆膜中降解的自由基，以阻止链式降解反应，两种物质相互配合可增效。 2.2.7增稠剂：增稠剂也称流变助剂，它的作用表现在：增稠、防流挂、增加涂膜一次施工厚度、提高涂膜丰满度、改善刷涂性等。水性木器漆常用的增稠剂为缔合型聚氨酯增稠剂、丙烯酸碱溶胀增稠剂。缔合型聚氨酯增稠剂又分为假塑性和牛顿型，假塑型耐水性好，提供低剪切粘度，防止流挂；牛顿型对水敏感度低，提供流平和防飞溅；丙烯酸碱溶胀增稠剂会引起漆膜白，影响涂膜外观，在使用时要慎重。户外用水性涂料在施工时一般采用高压无气喷涂的方式，其要求是一次性成膜较厚，这样可以提高工作效率，并且立面施工不能流挂。而且必须保证在边缘及角落处要有足够厚的有效干膜，这是使漆膜能长期保护木材的先决条件。这种施工工艺要求涂料要有足够大的触变性。所谓触变性是指涂料静置时很稠，剪切变得很稀的性质。这就要适量添加能够提供足够流变曲线、具有优异应力剪切变稀特性的增稠剂。而且增稠剂不能带给涂料负面影响，所以要慎用碱溶性丙烯酸增稠剂，因为它可能会降低涂料的耐水性。而非离子型聚氨酯就可以扬长避短。 2.2.8消光剂：水性涂料很容易消光，因此添加量比较少。消光剂包括蜡粉和无定型气相二氧化硅，配合使用既可以降低光泽又可以提高手感。总加入量不会超过5%。但需要注意蜡粉如果选择不当，在储存一段时间后会上浮至涂料表层，会严重影响漆的质量。也可以只用二氧化硅，但应选粒径较小的。虽然这样消光效率会低一些，但对手感有好处。配方中应加入润湿分散剂，这可以使哑粉排列更加有序，并可提高表面细腻度，但会降低体系粘度，所以应尽量少加。3.结语 总之，现代人的生活观念越来越要求回归自然，走出户外、亲悦自然是当下消费时尚的主流，在不破坏生态的基础上享用自然，这不仅是一种时尚，更是一种高端的生活态度。相信通过大家的共同努力，一定会为广大用户提供出户外用木制品涂装的理想涂料。
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