论水性木器涂料配方助剂的搭配选择

data-full-width-responsive="true"> 0 前言随着中国对环保的日益重视，溶剂型涂料水性化逐渐成为大家的共识，木器涂料也不例外。近些年水性木器涂料逐渐成为了研发的重点，吸引了越来越多的关注。特别是近年来，国内大型家具厂商对水性木器涂料的兴趣日益浓厚，更是形成了对水性木器涂料的现实需求。但水性木器涂料的发展仍很缓慢，总结原因主要有以下3点：(1)国内只有少数工程师掌握了水性木器涂料研发技术；(2)水性木器涂料厂商的干燥条件要求与用户现有干燥工艺不匹配；(3)原材料市场不够丰富，特别是特效助剂种类偏少。1 影响水性木器涂料定向的因素与溶剂型木器涂料类似，下列因素有助于水性木器涂料的定向：(1)体系快干性；(2)恰当的流变曲线；(3)流平性；(4)单道薄喷；(5)良好的分散。与溶剂型体系不同，水性体系最大的难点是特效填料定向助剂的缺乏，例如水性体系很难找到类似于溶剂型聚酰胺蜡或者CAB这种对填料定向有特效的助剂，因此水性配方工作者必须更加耐心地对市面上助剂进行筛选，以满足上述5点因素。目前由于各大原材料供应商都推出了水性木器涂料用原材料产品，因此研发人员能得到大量的水性木器涂料推荐配方。值得注意的是，国外的水性木器涂料在施工时对施工工艺和条件要求极其严格，因此可能国外供应商提供的配方在他们的施工工艺和条件下能获得非常优异的表面效果，但目前国内客户通常要求适用溶剂型的施工标准，在此情况下，国外产品很难获得满意的性能或者表面效果，因此客户在参考这些配方时，需要明白这一点。2 成膜助剂的选择类似于溶剂型涂料中主溶剂和助溶剂，水性体系中成膜助剂也扮演了类似的角色，也可以据此进行分类。针对水性涂料的干燥，有一句经典的评价：溶剂型涂料干燥是温度主导，湿度干扰；水性涂料是湿度主导，温度干扰。成膜助剂的选择和搭配对涂料表现至关重要，如果配方表现好，是因为成膜助剂；反之亦然。但是成膜助剂从体系中挥发的过程又极其复杂，特别是混合溶剂，至今也无法给出准确的描述，部分成膜助剂相关数据如表1所示。对于水性木器涂料体系，成膜助剂的选择主要基于以下考虑：(1)良好的助成膜性：可以降低成膜助剂使用量，配方更加灵活；(2)快干性：这点对银粉定向、早期性能的重要性不言而喻；(3)适当的挥发梯度：适量的慢挥发成膜助剂对成膜致密性以及防止缩边等方面具有很大的帮助。目前主流的成膜助剂选择有丙二醇甲醚(PM)等，而为了追求更快的干燥速度，甚至会选择乙醇、丙酮、苯甲醇等快挥发溶剂。在这些醇醚类溶剂中，PM的选择主要因为其快速挥发的能力，只能作为助溶剂。此外也有文献表明，在一个比较长的干燥时间内，相同的挥发速度下，亲水性成膜助剂在体系中残留更低。对于此类成膜助剂选择，有一定的局限性。主要问题在于为了保证成膜性，中、慢挥发速度的成膜助剂使用量偏大，导致涂膜最终性能体现较慢，这也是目前许多客户面临的问题。有鉴于此开始寻找新的成膜助剂，可以很快地从体系中挥发，并具有良好的助成膜性，于是很快锁定了EEP、丙酸戊酯、二丙二醇二甲醚，并对EEP做了初步的测试。比较性试验(EEP对BCS)配方如表2所示。注：干燥环境：大约15 ℃；湿度：未计；刮棒：40 m；基材：白玻璃。对比结果显示：EEP具有非常好的助成膜性，挥发很快(相对挥发速度快，而且为线型结构)，乳液溶胀作用明显(体系黏度大幅度升高，亲水性成膜助剂通常没有这种现象)，而且EEP的疏水性让选择HUER作为流变助剂成为可能，其理由在后文再进行叙述。与EEP类似，丙酸戊酯也可能有类似的作用，此外需要特别指出，在查阅的文献中，均有提及二丙二醇二甲醚有很好的助成膜效果，同时也有很快的挥发速度。根据其特性，估计这种快速挥发的特点主要来源于两个方面：(1)相对挥发速度快；(2)估计其在水中有一定的溶解性(35%)可以使其在初始阶段和水一起挥发。而水在其中溶解度小(45%)，可以使其在水分挥发后期，该溶剂能以浓溶液的形式挥发。这样综合起来，挥发速度就会很快，并且没有水解的担忧，但根据目前市售样品的情况看，这种成膜助剂可能相当昂贵。这样基本确认选择PM、EEP/丙酸戊酯/二丙二醇二甲醚来组合成膜助剂，但这存在一些问题，需要进一步试验来验证和解决。问题主要来自于两个方面：(1)酯类的水解性；(2)贮存过程中黏度的稳定性。(1)酯类的水解性：与所有的酯类溶剂一样，EEP存在一定的水解倾向，而一些水性专利也曾提及过。更重要的是，在2KPU体系中为了避免醇醚类溶剂的羟基与NCO的反应性，醇醚类醋酸酯溶剂被大量使用。同时也有一些文献表示，如果体系的pH值保持在弱碱性的条件下，酯类溶剂水解是可以接受的，而水性木器涂料pH值通常保持在75～8。当然，在使用过程中EEP的水解以及其对成膜效果、体系稳定性等的影响，需要根据所选用的主体材料和体系试验进一步评估，以确定在配方中的适用性。(2)贮存过程中黏度的稳定性：亲水性和疏水性溶剂对缔合型流变助剂的缔合效果有重要的影响，在体系中这两种成膜助剂均大量存在，在贮存过程中如何影响体系黏度，需要进一步评估。虽然对EEP类溶剂还存在诸多的担忧，但从其优点来看，还是存在很大的应用机会，无论是以自干为主的玩具涂料，还是具备烘烤条件的工业涂料，这种类型的成膜助剂将极大地改善水性木器涂料的干燥问题，让水性涂料体系满足溶剂型涂料涂装体系苛刻的干燥条件成为可能。