水性木器漆配方分析

littlepaint · 发表于 2008-6-22 21:31:01

水性木器漆是以水为分散介质和稀释剂的涂料，与常用的溶剂型涂料不同，其配方体系是一个更加复杂的体系。配方设计时，不仅要关注聚合物的类型、乳液及分散体的性能，还需要合理选择各种助剂并考虑到各成分之间的相互影响进行合理匹配。有时还要针对特殊要求选用一些特殊添加剂，最终形成适用的配方。
1配方的基本组成

水性木器漆的基本组成如下：

(1)聚合物乳液或分散体。这是成膜的基料，决定了漆膜的主要性能。

(2)成膜助剂。在水挥发后，使乳液或分散体微粒形成均匀致密的膜，并能改善低温条件下的成膜性。

(3)抑泡剂和消泡剂。抑制生产过程中漆液中产生的气泡并能使已产生的气泡逸出液面并破泡之。

(4) 流平剂。改善漆的施工性能，形成平整的，光洁的涂层。

(5)润湿剂。提高漆液对底材的润湿性能，改进流平性，增加漆膜对底材的附着力。

(6) 分散剂。促进颜料和填料在漆液中的分散。

(7)流变助剂。对漆料提供良好流动流平性，减少涂装过程中的弊病。

(8)增稠剂。增加漆液的粘度，提高一次涂装的湿膜厚度，并且对腻子和实色漆有防沉淀和防分层的作用。

(9) 防腐剂。防止漆液在贮存过程中霉变。

(10) 香精。使漆液具有愉快的气味。

(11)着色剂。主要针对色漆而言，使得水性漆具有所需颜色。着色剂包括颜料和染料两大类，颜料用于实色漆(不显露木纹的涂装)，染料用于透明色漆(显露木纹的涂装)。

(12) 填料。主要用于腻子和实色漆中，增加固体份。

(13) pH调节剂。调整漆液的pH值，使漆液稳定。

(14) 蜡乳液或蜡粉。提高漆膜的抗划伤性和改善其手感。

(15)特殊添加剂。针对水性漆的特殊要求添加的助剂，如防锈剂(铁罐包装防止过早生锈)、增硬剂(提高漆膜硬度)、消光剂(降低漆膜光泽)、抗划伤剂、增滑剂(改善漆膜手感)、抗粘连剂(防止涂层叠压粘连)、交联剂(制成双组份漆，提高综合性能)、憎水剂(使涂层具有荷叶效应)、耐磨剂(增加涂层的耐磨性)、紫外吸收剂（户外用漆抗老化，防止变黄）等，凡此种种不一而足。

此外，配方设计时往往还要添加少量的水以便制漆。
2基料

水性木器漆面漆的配方中，基料即聚合物乳液或分散体占80%以上，最好在90%以上。由于乳液特别是水分散体的固体份较低(水分散体一般在30%～35%)，配方设计时应尽量提高基料的用量，使得漆液中的有效成膜物含量尽可能多，这样才能保证制成的漆一道涂装漆膜较厚，丰满度高。

聚合物乳液一般较水分散体的固体份高。水性基料固体份提高到一定程度后粘度增加很快，以至于可以稠到不能顺利制漆的程度。水分散体因粒子小，所以这种现象更显著，通常只能做成35%以下的浓度。因为乳液粒子比较大，同样固体份下的粘度小一些，一般能制成50%左右的固体份。配方设计时，应该考虑到这种差别，也既采用水分散体制漆时，更要尽可能多地提高分散体的用量。

水性木器漆实色漆中有部分颜料和填料，乳液或水分散体的用量相应要降低，一般在70%～80%左右，而腻子中填料更多，乳液或分散体的用量基至可低至50%左右。
3成膜助剂

构成乳液或分散体的聚合物通常具有高于室温的玻璃化温度Tg。为了使乳液粒子很好地融合成为均匀的漆膜必须使用成膜助剂降低最低成膜温度(MFFT)。成膜助剂是一类小分子化合物，存在于漆膜中的成膜助剂最终会逐渐逸出并挥发掉。多数成膜助剂是涂料VOC的重要组成部分，因此成膜助剂应该用得越少越好。成膜助剂的量取决于配方中乳液或水分散体的用量和玻璃化温度。乳液或水分散体用量大以及聚合物的Tg高，成膜助剂的用量要大，反之用量少。配方设计时，首先考虑成膜助剂大约占乳液的或水分散体的3%～5%，或者占乳液或分散体固体份的5%～15%。但是，对Tg超过35℃的聚合物乳液可能要提高成膜助剂的用量才能保证低温成膜的可靠性，这时应逐渐提高成膜助剂的用量，直至低温(10℃左右或更低)涂装能形成不开裂、不粉化的均匀漆膜为止，找出成膜助剂的最低用量。成膜助剂的用量达乳液或分散体的15%或更多是不可取的，应考虑更换成膜助剂再试。

成膜助剂对降低MFFT的效率与其种类有极大的关系,获取相同用量下具有最低成膜温度的成膜助剂是配方工作者的重要工作。

除降低最低成膜温度和提高漆膜致密度外，成膜助剂还能改善施工性能，增加漆的流平性，延长开放时间，提高漆的贮存稳定性，特别是低温防冻性。

成膜助剂有一个与树脂体系的相容性问题，在一个体系中很好用的成膜助剂在另一种水性木器漆中可能造成体系不稳定，或者起泡严重，或者重涂性不良。配方设计时要充分考虑到这一点，并且通过试验选取最佳成膜助剂。
4消泡剂和抑泡剂

消泡剂是水性木器漆中最重要的助剂之一。漆液在涂装中因搅动会产生气泡。存在于漆液中的气泡如不及时消除,漆膜干后,形成不可接受的瑕疵。漆液在生产过程中、泵送和罐装时也会产生气泡,加入消泡剂后漆中的气泡会逸出漆面而破裂。有的表面活性剂有抑制泡沫产生的作用,从而避免生产过程中产生过多的气泡,特称这种助剂为抑泡剂。将消泡剂和抑泡剂两种助剂搭配使用效果比较理想,否则至少要选择一种有效的消泡剂。多数消泡剂在用量过大时会使湿漆膜产生缩孔,因而消泡剂的用量以能基本消除气泡为原则, 不可过度追求消泡效果,以免出现缩孔等副作用。

消泡剂的用量占整个配方的0.05%～0.5%, 最好在0.1% 左右，对超过0.5%才有好的消泡效果的情况, 应考虑更换消泡剂。
5润湿流平剂

润湿流平剂能有效地降低体系的表面张力，显著改善水性木器漆的施工效果。加入润湿流平剂后漆对底材的润湿性能和渗透性增加，漆液的流平性得到改善，有时还能克服缩边(镜框效应)问题。更重要的是流平剂能解决常见的缩孔问题，特别是过度使用消泡剂后引起的缩孔。过量的流平剂会抵消消泡剂的消泡作用，使得漆液在施工时产生气泡，有的还有明显的稳泡作用，所以应尽量选用流平性好、起泡性低、稳泡性小的润湿流平剂。流平剂与消泡剂的配合，包括品种的选择和用量的控制，是水性木器漆配方研究的重点。

流平剂一般用量在0.1%～1.0%，最好控制在0.3%左右，当消泡剂超量时，为了克服缩孔，流平剂的用量甚至会超过1%。腻子配方中可不用流平剂。
6流变助剂

流变助剂提供高剪切条件下的流平效果，使涂刷后的漆液能尽快流平，减少刷痕，但是随着时间的推移这种流平作用减弱，漆膜固定，又可避免漆液在垂直面上产生流挂。

流变助剂的用量通常为漆总量的0.1%～1.0%。有些流变助剂有增稠作用，使用量更不能太大。
7增稠剂

增稠剂提供低剪切条件下的粘度。漆液粘度大，一次涂装成膜厚，漆膜丰满度高。更主要的是可防止高粘度配方漆中固体组份的沉降,这对实色漆，腻子和加有消光粉的哑光漆是十分重要的，否则漆在贮存时会发生沉淀、分水等弊病。

增稠剂的用量控制在0～0.5%，并且要用水或成膜助剂如丙二醇、丙二醇丁醚、二乙二醇乙醚或乙二醇丁醚等稀释后添加，以利于迅速分散，防止絮凝和结块。
8防腐剂

对于异噻唑啉类防腐剂用量在0.1%已足能防止漆液在贮存过程中霉变。加0.1%的防腐剂后,密封贮存两三年不成问题。
9香精

香精的用量只要能起到改善漆液的气味作用即可，用量0.05%左右已足够，个别情况可高至0.1%，当然也可以不用。
10pH调节剂

乳液或水分散体的pH值为8～9时不必再用pH调节剂,否则制漆过程中要加0.05～0.1% 的pH调节剂,将漆液的pH值调至7～9。许多水性木器漆只有在中性至微碱性条件下才能稳定，当pH值过高或过低时，漆液可能会产生絮凝、沉淀、返粗、施工性能恶化等现象，应予以充分重视。
11蜡乳液

蜡乳液要加至配方总量的2%～8%才会有明显的效果,过多的蜡乳液影响漆膜??度并降低层间附着力, 用量为3～5%最好。腻子不用蜡乳液，除非有特殊的表面效果要求。一般实色漆中多不必加蜡乳液。有时蜡乳液可用蜡粉代替。
12颜料和填料

实色漆中，以白漆为例，钛白粉用量要能保证漆膜有足够的遮盖力,钛白粉的用量不应低于13%,但也不必高于22%，这种情况与溶剂型白漆是一样的。填料可少加或不加。然而,水性腻子中必须加少量填料,如滑石粉、重钙以及硬脂酸锌等，总用量在15～30%之间均可。填料越多，腻子的透明性越差,但填隙性越好。配方中有颜填料时要加入颜填料总量2～10%的润湿分散剂帮助颜填料的分散。
13其他

针对特殊要求, 可选用某些特殊的添加剂, 其总量不会超过5%。其中哑光漆根据哑度要求不同消光粉可在0～4%之间选择。水性漆比溶剂性漆容易消光,全哑水性木器漆中消光粉的用量也不会超过4% 。

室内用水性木器漆很少用紫外吸收剂，对用TDI制的乳液或水分散体生产的清漆以及户外用漆，特别是户外用白漆最好添加0.2～0.6%的紫外吸收剂，以阻止光降解和降低光致变色的速度。防锈剂的用量为0.05～0.3%,憎水剂的用量为0.1～5%, 增滑剂为0.1～0.5% 等等。

双组份水性木器漆所用交联剂用量, 依交联机理不同和品种不同有很大差别,少的只加1%～3%已足，多的可能用到30%～50%才能有很好的交联效果。

配方中常常要加入部分去离子水，一般不超过10%，主要作用是调节粘度，改善施工性能，或用来溶解某些组分，配制漆时利于添加混合。

总之,水性木器漆配方设计的基本原则是：(1)乳液或水分散体的用量尽可能多些；(2)助剂品种尽可能少些,能不用的就不用；(3)多数助剂用量不当均有负作用,因此助剂用量尽可能少；(4)颜料,填料用量以少为好, 只要能达到目的,越少越好。水性木器漆配方中各组份大致用量汇总如下。
表水性木器漆配方中各组分的用量(质量 %)　　　　　　　　
组分          清漆    实色漆    水性腻子

去离子水       ＜10    ＜10       ＜ 10

乳液或水分散体 ≥80    70～80    ≥ 50

成膜助剂       3～10    3～8       2～8

消泡抑泡剂    0.05～0.5  0.1～0.5    0.1～0.5

流平剂       0.1～1.0 0.1～1.0 0～1.0

增稠剂       0～0.5    0～0.5    0.1～1.0

防腐剂       ～0.1    ～0.1       ～0.1

香精          0～0.1 0～0.1    0～0.1

pH调节剂    0～0.1 0～0.1    0～0.1

蜡乳液       0～8    0～8       0

颜料、填料    0 ≤25 15～30

流变助剂    0.1～1.0 0.1～1.0　　

其他       ＜5    ＜5          0