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新聞詳情
【科普】水性涂料配方的基礎知識 水性涂料，包括水性木器漆是以水為分散介質和稀釋劑的涂料。 不常用的溶劑型涂料不同，其配方體系是一個更加復雜的體系。配方設計時，不僅要關注聚合物的類型、乳液及分散體的性能，還需要合理選擇各種助劑并考慮到各成分之間的相互影響進行合理匹配。有時還要針對特殊要求選用一些特殊添加劑，最終形成適用的配方。 配方的基本組成 1) 水性樹脂：這是成膜的基料，決定了漆膜的主要功能。 2) 成膜助劑：在水揮發后，使乳液或分散體微粒形成均勻致密的膜，并改善低溫條件下的成膜性。 3) 抑泡劑和消泡劑：抑制生產過程中漆液中產生的氣泡并能使已產生的氣泡逸出液面并破泡。 4) 流平劑：改善漆的施工性能，形成平整的、光潔的涂層。 5) 潤濕劑：提高漆液對底材的潤濕性能，改進流平性，增加漆膜對底材的附著力。 6) 分散劑：促進顏填料在漆液中的分散。 7) 流變助劑：對漆料提供良好流動性和流平性，減少涂裝過程中的弊病。 8) 增稠劑：增加漆液的黏度，提高一次涂裝的濕膜厚度，并且對膩子和實色漆有防沉淀和防分層的作用。 9) 防腐劑：防止漆液在貯存過程中霉變。 10) 香精：使漆液具有愉快的氣味 11) 著色劑：主要針對色漆而言，使得水性漆具有所需顏色。著色劑包括顏料和染料兩大類，顏料用于實色漆(不顯露木紋的涂裝)，染料用于透明色漆(顯露木紋的涂裝)。 12) 填料：主要用于膩子和實色漆中，增加固體分并降低成本。 13) pH 調節劑：調整漆液的pH 值，使漆液穩定。 14) 蠟乳液或蠟粉：提高漆膜的抗劃傷性和改善其手感。 15) 特殊添加劑：針對水性漆的特殊要求添加的助劑，如防銹劑(鐵罐包裝防止過早生銹)、增硬劑(提高漆膜硬度)、消光劑 (降低漆膜光澤)、抗劃傷劑、增滑劑(改善漆膜手感)、抗粘連劑 (防止涂層疊壓粘連)、交聯劑(制成雙組分漆，提高綜合性能)、憎水劑(使涂層具有荷葉效應)、耐磨劑(增加涂層的耐磨性)、紫外線吸收劑(戶外用漆抗老化，防止發黃)等。 16) 離子水：配方設計時往往還要添加少量的去離子水以便制漆。  水性樹脂 水性漆配方中，基料是形成漆膜并決定漆膜性能的關鍵組分。配方設計時應盡量提高水性樹脂的用量，占體積比的60-70%，使得漆液中的有效成膜物含量盡可能多，這樣才能保證制成的漆一道涂裝漆膜較厚，豐滿度高。 水性丙烯酸樹脂 丙烯酸乳液(acrylic emulsions)，由于其通用性，耐候性及多樣性，已在涂料行業的各個領域得到了廣泛應用。 水性丙烯酸乳液由丙烯酸酯單體為主的乙烯基單體經乳液聚合而成。聚合過程中添加了乳化劑、穩定劑、pH 調節劑等各種助劑，體系相當復雜。 水性丙烯酸乳液制成的漆膜有良好的耐候性，不易黃發，硬度高，光澤好。 近年來，隨著水性丙烯酸乳液聚合技術的不斷發展，多相聚合，核殼技術，自交聯技術及高分子表面活性劑的應用，和核殼聚合等技術進一步改進和提高了水性丙烯酸乳液的性質，使得水性丙烯酸乳液的適應不同施工和使用條件的需要，用武之地得到不斷的擴大。現在，水性丙烯酸乳液的應用已擴展到性能要求更高的工業用途領域。 聚氨酯分散體 聚氨酯材料是分子結構中具有氨基甲酸酯結構的一類大分子化合物的總稱，通常由二異氰酸酯和多元醇經聚加成反應制成。 聚氨酯高分子既具有使其形成物理性交聯的極性官能團，又具有非極性的及柔性的鏈段。使用得當，其極性管能團還可以進行進一步的化學交聯。這些分子特性使得聚氨酯材料具有高強度，韌性及抗溶劑的能力。 聚氨酯作為一種強度高，耐候性好，附著力強的優質材料，已在涂料領域得到廣泛的應用。 根據制備聚氨酯所用的異氰酸酯類型，聚氨酯乳液和相應的漆可分為脂肪族型和芳香族型兩大類。脂肪族的漆膜有優異的耐候性和抗黃變性；芳香族水性聚氨酯多用來做室內裝飾漆。 按聚合得到的粒子大小有聚氨酯乳液和聚氨酯分散體兩類。水性聚氨酯分散體，采用獨特的工藝將聚氨酯顆粒分散在水中，從而達到以水為載體的成膜作用。與其它乳液成膜機理相近，成膜的效果取決于顆粒間高分子相互滲透的能力。 為增加滲透，一方面聚氨酯分子鏈要足夠柔軟，流動性好；另一方面，乳液顆粒要盡可能的小，這樣可以增加顆粒間的接觸面積，減少高分子的移動距離。水性聚氨酯分散體通常有納米級的粒徑，外觀半透明甚至完全透明，是最好的水性漆基料之一。水性聚氨酯分散體有時被稱為納米乳液，以區別于外觀呈白色的普通乳液。 苯乙烯 聚丙烯酸酯乳液引入該單體的主要原因是其可提供較高的玻璃化轉發溫度（Tg), 從而提高成膜的硬度；另一個原因是成本。苯乙烯在包裝工業上用量極大，是石油工業最重要的，成熟的下游產品之一，價格低但受宏觀經濟影響大。 然而引入苯乙烯，特別是其含量高于總單體量的15%以上時，也會給水性漆成膜性帶來許多負面影響。 首先，含苯乙烯的聚合物鏈段缺乏柔韌性，宏觀上表現為水性漆成膜硬而不韌；還有苯乙烯所含的苯環，是紫外光的吸收體，該單體含量高時，紫外線通過相鄰苯環會對聚合物鏈有剪切反應，從而使水性漆漆膜發脆，光澤度下降，壽命降低；苯乙烯的結構也決定了它對很多有機溶劑有親和力，水性漆漆膜的耐溶劑性也不其它的樹脂有明顯差距。 丙烯酸酯類單體 丙烯酸酯類單體種類很多，性能及價格相差很大。國內最常用的是丙烯酸丁酯，改單體成本最低，是大多乳液廠家用于與苯乙烯配套，制造廉價墻漆的乳液的單體。其功用是提供水性漆漆膜的柔韌性。 由于丙烯酸酯聚合物主鏈上不含除酯基以外的基團，主鏈及酯基側鏈柔韌性均好好，使水性漆漆膜缺乏硬度。這類聚丙烯酸酯乳液雖然是建筑內外墻涂料的選擇，但作為對硬度及韌度要求都高的的木器漆來講，性能就不夠了。 甲基丙烯酸酯類單體 綜上所述，水性丙烯酸酯樹脂制造商對單體的選擇很多，不但可以變換其種類，又可變換相對比例和成分。水性涂料廠家在選擇水性丙烯酸酯乳液時，不能只考慮“純丙”或“苯丙”這些空洞概念詞匯，應該以水性丙烯酸酯樹脂及其配方的實際性能為衡量標準。 水性漆配方中，基料是形成漆膜并決定漆膜性能的關鍵組分。配方設計時應盡量提高水性樹脂的用量，占體積比的60-70%，使得漆液中的有效成膜物含量盡可能多，這樣才能保證制成的漆一道涂裝漆膜較厚，豐滿度高。
構成乳液或分散體的聚合物通常具有高于室溫的玻璃化溫度。為了使乳液粒子很好地融合成為均勻的漆膜，必須使用成膜助劑降低最低成膜溫度(MFFT)。成膜助劑是一類小分子有機化合物，存在于漆膜中的成膜助劑最終會逐漸逸出并揮發掉。 多數成膜助劑是涂料有機揮發物（VOC）的重要組成部分，因此成膜助劑該用得越少越好。 選用成膜助劑要優先考慮不屬于VOC 限制范圍，但揮發性不得太慢、成膜效率還要高的化合物。 成膜助劑的量取決于配方中乳液或水分散體的用量和玻璃化溫度。乳液或水分散體用量大以及聚合物的Tg 高，成膜助劑的用量也要大，反之用量少，配方設計時，首先考慮成膜助劑大約占乳液的或水分散體的3%-5%，或占乳液或分散體固體分的5 %～15%。 但是，對Tg 超過35℃的聚合物乳液可能要提高成膜助劑的用量才能保證低溫成膜的可靠性，這時應逐漸提高成膜助劑的用量，直至低溫(10℃左右或更低)涂裝能形成不開裂、不粉化的均勻漆膜為止，找出成膜助劑的最低用量。 成膜助劑的用量達乳液或分散體的15%或者更高是不可取的，應考慮更換其他成膜助劑再試。除降低最低成膜溫度和提高漆膜致密度外，成膜助劑還能改善工性能，增加漆的流平性，延長開放時間，提高漆的貯存穩定，特別是低溫防凍性。 水性涂料的成膜助劑一般為醇醚類型的溶劑，最為常用的是二乙醇醚類、丙二醇醚類以及N-甲基吡咯烷酮等成膜助劑，并具有高低沸點之分。 水性涂料在夏季施工時，水分揮發較快，即表干相對過快，有部分水分可能會在未干透之前封閉在涂膜內，導致涂膜發白或是流平不好的弊端。因而，可通過添加少量適當而合適的高沸點溶劑來延緩涂膜的干燥速度，延長涂膜的開放時間，改善其施工性能和涂膜外觀。 在冬季里，由于氣溫較低，水性涂料的干燥速度較慢，也即水的揮發較慢，但成膜助劑相對比水揮發快一些，或許部分不水一起蒸發，使水性涂料不能形成致密的涂層，導致水性涂料的涂膜存在發白和開裂的現象。 所以添加成膜助劑時，一定要考慮克服水性涂料在不同季節的施工性，同時還要考慮其盡可能干燥速度快一些，這也是水性涂料最難的技術要點，尤其是Tg 較高的丙烯酸分散體更是難解決的問題。因此，多種成膜助劑來搭配是最好的選擇。 成膜助劑有一個不樹脂體系的相容性問題，在一個體系中很好的成膜助劑在另一種水性木器漆中可能造成體系不穩定，或者起嚴重，或者重涂性不良。配方設計時要充分考慮到這一點，并且過試驗選取最佳成膜助劑及其用量。 消泡劑和抑泡劑 消泡劑是水性涂料中最難控制消泡不流平達到平衡的助劑之一。漆液在涂裝中因攪動會產生氣泡。存在于漆液中的氣泡如不及時消除，漆膜干后，形成不可接受的瑕疵。漆液在生產過程中、泵送和灌裝時也會產生氣泡。 泡是配方設計過程中不可忽略的因素，消泡劑的消泡機理是通過潤濕滲透到由體系產生的泡沫薄膜上且不斷要在薄膜上擴散，使泡沫薄膜的表面張力不平衡而破泡。 一般來說，消泡劑分為抑泡劑和破泡劑兩種，抑泡劑的作用是抑制水性涂料在外力的作用下泡沫產生，而破泡劑主要是在已生成泡沫膜的表面迅速散布，破壞氣泡的彈性膜，使之破裂，但常常兩種搭配使用效果比較好，否則至少要選擇一種有效的消泡劑。 多數消泡劑，特別是機硅消泡劑，在用量過大時會使濕漆膜產生縮孔，因而消泡劑的用量以能基本消除氣泡為原則，不可過度追求消泡效果，以免出現縮孔等副作用。對于水性木器漆，礦物油類消泡劑比有機硅消泡劑的寬容性大，添加稍多不容易出現嚴重的縮孔，可以優先考慮選用。 目前市場上已有很多消泡劑，其選擇要非常謹慎，可以從幾個方面加以注意： 1. 受控相容性，即是要達到消泡和表面效果的平衡，既要消泡，又要防止縮孔、流平性差等缺陷。 2. 根據施工條件和方法進行消泡，例如刷涂、噴涂以及輥涂面臨不同的起泡程度，也意味著不同的消泡劑選擇。 3. 抑泡和破泡的平衡，可根據不同加工和施工方式，合理搭配。 4. 長效消泡性能。許多消泡劑在漆液貯存過程中會逐漸減弱其消泡性能，在設計配方時應使漆中的消泡劑含量偏高一些。 消泡劑的用量占整個配方的0.05%～0.5%，最好在0.1%左右，如果所用的消泡劑添加量超過0.5%才有好的消泡效果的話，應考慮更換消泡劑。不同的樹脂體系對消泡劑的敏感程度不同。水性消泡劑選定的類型和用量必須根據不同的體系，通過實驗來確定。
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