【論文】高性能水性木器漆的技術探討

　　前言：

　　中國水性木器漆技術經過近二十年的大力發展，匯集了全球大量化學專家、博士、涂料原料提供商、涂料制造企業、大學院校等研究機構等，做了大量的水性涂料課題，投入了大量的資金，提出了各種各樣的方案，發明了幾百、上千種水性涂料配方及多項專利。而水性涂料的發展最讓研發工程師關注及待解決的問題還是集中在：封閉底、高硬度、防粘連、防水性等這些有待進一步提高的方案上。

　　本文根據涂料行業中水性木器漆的現狀和實際生產與施工需要提出一系列水性木器漆配方制作、注意問題、施工使用方案等。旨在拋磚引玉，提供大家探討與關注行業健康發展，打造一下完整的水性涂料生態鏈，水性涂料黃金十年，讓我們共同抓住發展商機。

　　水性木器漆發展趨勢 隨著經濟的發展和環保意識的提高，國家強制政策法規的推出，以及水性木器涂料技術的進步，水性木器漆已經成為發展的趨勢，但是還有一些不足的方面。首先水性木器涂料的干燥由于受氣侯特別是濕度影響特別大，許多做水性木器兒童家居的生產廠家仍采用原有油性家居的涂料設備，生產效率低，建議生產廠家加強抽濕和烘干設備的投入，提高生產效率。其次，建議有益于兒童健康成長方面增加一些凈化空氣環境功能的涂料產品，或者是針對兒童天真好動的性格點，增加兒童水性木器家居漆的防涂鴉耐粘污功能。綠色環保已是當今世界的潮流，企業也能不例外，水性木器漆企業顯然具備這個得天獨厚的先天優勢，水性木器漆將會以較快的速度發展，產品結構和品質也會隨著市場的需求發生變化。

　　一、荷葉效果：

　　通常人們喜歡對水性木器漆表面的涂膜上滴幾滴水(油、醬油、醋等)有了這些液體在涂膜上能否流動，來判別涂料的防水性能。如果這些用于試驗液體(水、油、醬油、醋)在涂膜上似水珠荷葉上自由流動，則認為這種涂膜是比較好的。這種測試常被稱為是否“荷葉效果”。

　　用科學術語講：這是一個“潤濕作用”問題。即固體表面(涂有涂層)和液體相接觸時，它們之間的夾角(被稱為接觸角)通?？梢愿爬橄铝腥龍D所示：

　　然后人們可以定量地來討論涂膜滴在其的表面上各種液體之前的力學問題，利用了一套表面張力的辦法，展開研究和討論(具體公式不在此陳述)。

　　如果θ角越來越大，近乎180℃時(即水珠近乎直立在荷葉上)，就會出現液體滴在涂膜上滾動現象。如上述的“荷葉效果”結果是這些試驗用的液體和涂膜之間很難相互滲透。從涂膜的角度講，就是這種涂料的防水性能很好。

　　本文下列涂料的涂膜，其按接觸角遠大于120℃，所以具有很好的防水、疏水效果。

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　　二、高硬度

　　高硬度是大家一直關注的水性木器涂料的性能，人們常用指甲去測試木器、家具、地板等木制品的硬度。硬度反映的是涂膜對外界壓陷，刮擦，切劃和滲透的能力。

　　對木器涂料來講其硬度的測定方法主要有鉛筆(一般用中華品牌繪畫筆)。硬度法和擺桿硬度法，對于厚、軟的涂層也有用邵氏A(Shore A)硬度來測定其硬度。以下我們來討論一下鉛筆法的情況：

　　鉛筆硬度測定方法主要參考中國標準GB/T 6739-2006(色漆和清漆鉛筆法測定漆膜硬度)和美國標準ASTM D 3363-05(Standerd Test Methord For Film Hardnees by Pencil Test)。

　　但是由于鉛筆的制造過程中，筆芯中的鉛筆硬度無法絕對相等(指同一種硬度的筆芯也有少量的差異)其次是筆尖的磨制過程，銳利程度，其與漆面45℃的穩定，施加壓力的大力，這些因素都會給硬度測定帶來波動和誤差，所以常被在行業中出現。廠家說硬度達到3/4H，而用戶恰達不到2H。同一個廠家的產品，有時3H而有時只有1-2H。這種情況的出現常被引起許多矛盾，我們認為應客觀地分析，好好討論，尊重測定數據為準。

　　相對而言，擺桿硬度法能測定出更細微的涂層之間的硬度差別。因此通常被用于比較涂膜硬度隨干燥時間或固化時間變化而出現硬度變化情況。對于涂料的抗劃傷方面擺桿硬度無能為力。

　　本文所提供的技術方案中的涂膜硬度為2H

　　所用測定儀的是鉛筆硬度法(型號為：2丁-3084)

　　三、松木滲油與防滲油封閉底漆

　　松木是一種針葉植物(常見的針葉植物有松木、杉木、柏木)，它具有松香味、色淡黃、癤疤多、對大氣溫度反應快、容易脹大、極難自然風干等特性，故需經人工處理，如烘干、脫脂去除有機化合物，漂白統一樹色，中和樹性，使之不易變形。

　　根據我國現行國家木材名稱標準(國產材和進口材)，狹義松木再可分成軟木松和硬木松兩類。氣干密度0.4～0.5g/cm3為軟木松，例如紅松(Pinuskoriensis)、西伯利亞紅松(P.sibilisa)。氣干密度0.5～0.7g/cm3者為硬木松，例如馬尾松(P.massoniana)、歐洲赤松(P.sylvestris)。然而，天然物產并非像人們想象那樣非軟則硬，也有中間型，例如當今最常見的樟子松(P.sylvestrisvar.mongolica)，就是不軟不硬的松木。一些硬木松人工速生材，因年輪寬，早材比例大，密度小，例如馬尾松和輻射松(P.radiata)速生材，密度都小于0.5g/cm3。相反，一些軟木松，因生長慢，年輪窄，晚材比例大，密度增加，例如生于高山石山上的廣東松(P.kwangtungensis)，密度便在0.5g/cm3以上。

　　由于松木大量存在于我國，故松木材料選做家俱具有一定的代表性與普遍性，松木家具木質比較軟，含水量比較高容易導致開裂，使用時要非常注意保養與維護。

　　松木雖好，但松木使做涂料的人卻麻煩不小，主要是松木在一定的條件下，會向外滲出“松油”，這種松油實質上就是人們常說的“松香”的液態樹脂。在有松油滲出的松木上涂刷涂料，帶來的麻煩非常大，涂膜和底材木料之間夾著松油，造成涂膜和底材之間的附著力降到幾乎為零，涂料上松油起了化學變化，而松油滲出的位置又不是固定的，使涂膜發花、變色、干燥時間不一致，造成開裂也是常有的事。此處松木的不同品種(不同產地)滲油的量和松油的化學成份又會有變動。之前的水性木器漆講應用在某些松木上涂膜很漂亮，但有一些的涂膜卻效果不佳，這主要還是封閉底沒做好的原因。

　　如何解決這些問題呢?我們想到的辦法是用水性封閉抗油底漆來處理，在文中所介紹的LS-WBR 6617W乳液配合助劑等一體化方案，6617W是一種自交聯的水性丙烯酸乳液。

　　水性丙烯酸樹脂包括丙烯酸樹脂乳液、丙烯酸樹脂水分散體(亦稱水可稀釋丙烯酸)及丙烯酸樹脂水溶液。乳液主要是由油性烯類單體乳化在水中在水性自由基引發劑引發下合成的，而樹脂水分散體則是通過自由基溶液聚合或逐步溶液聚合等不同的工藝合成的。從粒子粒徑看：乳液粒徑>樹脂水分散體粒徑>水溶液粒徑。從應用看以前兩者最為重要。

　　使用透明底漆可解決這個松木滲油問題，試驗封閉效果顯著。對該配方的調制與實施，我們有必要提醒使用者，注意以下幾個問題：

　　1、合成的樹脂不與松油起化學應，具有良好的封閉性;

　　2、粉料—滑石粉的用量，不能超過15%，具需選擇3000目以上的;

　　3、選擇最佳助劑完美搭配至關重要;

　　4、增稠劑的量，要根據松木品種、滲油量、孔隙率等性能;

　　5、使用滴加方式緩慢將各種材料添加;

　　6、注意各種材料的相溶性，防止涂膜縮孔。

　　四、測試效果顯著的應用配方介紹

　　這里列出三個配方，這些配方制成的涂料在硬度，抗松油，防水等方向均達到了國際領先水平，與國內外知名公司的乳液及助劑作對比試驗，各指標都更接近市場需求，個別指標更有特殊效果，我們列出這三個配方只是我們研發工作中的一小部份。歡迎大家一起討論與研究，提供更多方案供行業人員參考，水性涂料是發展中國家向發展國家學習與發展的必經之路，也是期待的我們綠水藍天，讓中國創造同時體現在水性涂料的成功應用。

　　LS-COAT 616透明底漆

　　實驗室推薦配方：

　　注意事項：將成膜助劑和BNK-G408消泡劑預混合攪拌后緩慢加入料缸，加入所有助劑攪拌5分鐘后再加入粉料，最后階段加入增稠劑。加去離子水會影響到涂膜的干燥速度、影響打磨性，對涂膜的豐滿度也有減少，故建議不需要加去離子水作稀釋劑，噴涂時再用自來水20%稀釋即可。

　　LS-COAT 717疏水型半啞清面漆

　　實驗室推薦配方：

　　注意事項：將成膜助劑和BNK-G408消泡劑預混合攪拌后緩慢加入料缸，加入所有助劑攪拌5分鐘后再加入粉料，最后階段加入增稠劑。加去離子水會影響到涂膜的干燥速度、影響打磨性，對涂膜的豐滿度也有減少，故建議不加去離子水作稀釋劑，噴涂時再用自來水20%稀釋即可。BNK-NSF067潤濕劑及BNK-4021氟碳表面活性劑建議在最后階段添加。

　　LS-COAT 717W常規半啞清面漆

　　實驗室推薦配方：

　　注意事項：將成膜助劑和BNK-G408消泡劑預混合攪拌后緩慢加入料缸，加入所有助劑攪拌5分鐘后再加入粉料，最后階段加入增稠劑。加去離子水會影響到涂膜的干燥速度、影響打磨性，對涂膜的豐滿度也有減少，故建議不加去離子水作稀釋劑，噴涂時再用自來水20%稀釋即可。BNK-NSF067潤濕劑及BNK-4021氟碳表面活性劑建議在最后階段添加。

　　五、下一步研發方向

　　(一)水性木器漆的近況

　　2004年美國室內地板用水性漆總量超過了1000萬加侖(1加侖=3.785dm3),價值超2.8億美元。

　　2006年美國的水性醇酸漆，銷量達1000萬磅，水性醇酸涂料為400萬磅。

　　歐洲2000年工業用水性木器漆用量達3.8萬噸。北歐地區國家的水性地板漆達到了80%，德國和奧地利等國地板漆水性化達到了60%以上。

　　2005年中國涂料產值為700億人民幣左右，其中木器涂料為120多億，其中水性木器漆僅10億人民幣左右。

　　2015年中國涂料總產量1171萬噸，其中水性木器漆產量占比很小，有著極大的發展前景。

　　(二)水性木器漆的方向

　　因受國內外的環保壓力和日益惡化的生態環境重視，各級政府不斷頒布新的、更嚴厲的法規，對非水性涂料嚴加限止發展。

　　2007年1月1日歐盟實施新的涂料標準中規定水性涂料VOC不能大于150g/人，比中國的標準高得多

　　2015年我國的一線城市，例如：深圳、北京等又發布了對溶劑性涂料非常嚴格的限制和規定，幾乎沒有給溶劑性涂料任何可生存的空間。企業紛紛快速轉型，大力發展水性涂料。

　　做好水性涂料關鍵是對材料的認識充分，有特別出眾的乳液，選用最合適的助劑來搭配及調整配方，最終設計出自己獨特的配方，使中國的水性涂料得以快速健康發展，形成水性涂料生態鏈，造福全人類!