水性涂料配方體系

水性涂料，包括水性木器漆是以水為分散介質(zhì)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(gè)更加復(fù)雜的體系。配方設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要關(guān)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(jìn)行合理匹配。，有時(shí)還要針對(duì)別具一格要求選用一些別具一格添加劑，終形成適用的配方。

配方的基本組成

1) 水性樹(shù)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(fā)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(chǎn)過(guò)程中漆液中產(chǎn)生的氣泡并能使已產(chǎn)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(rùn)濕劑: 提高漆液對(duì)底材的潤(rùn)濕性能，改進(jìn)流平性，增加漆膜對(duì)底材的附著力。

6)分散劑: 增強(qiáng)顏填料在漆液中的分散。

7) 流變助劑: 對(duì)漆料提供良好流動(dòng)性和流平性，減少涂裝過(guò)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(duì)膩?zhàn)雍蛯?shí)色漆有耐沉淀和耐分層的作用。

9) 耐腐劑: 耐止漆液在貯存過(guò)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(duì)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(shí)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?zhàn)雍蛯?shí)色漆中，增加固體分并降低成本。

13) pH 調(diào)節(jié)劑：調(diào)整漆液的pH 值，使漆液穩(wěn)定。

14) 蠟乳液或蠟粉：提高漆膜的耐劃傷性和改善其手感。

15) 別具一格添加劑：針對(duì)水性漆的別具一格要求添加的助劑，如耐銹劑(鐵罐包裝耐止過(guò)早生銹)、增硬劑(提高漆膜硬度)、消光劑(降低漆膜光澤)、耐劃傷劑、增滑劑(改善漆膜手感)、耐粘連劑 (耐止涂層疊壓粘連)、交聯(lián)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(yīng))、耐磨劑(增加涂層的耐磨性)、紫外線吸收劑(戶外用漆耐老化，耐止發(fā)黃)等。

16) 離子水：配方設(shè)計(jì)時(shí)往往還要添加少量的去離子水以便制漆。

水性樹(shù)脂

水性漆配方中，基料是形成漆膜并決定漆膜性能的關(guān)鍵組分。配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高水性樹(shù)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(shù)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(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。水性丙烯酸乳液由丙烯酸酯單體為主的乙烯基單體經(jīng)乳液聚合而成。聚合過(guò)程中添加了乳化劑、穩(wěn)定劑、pH 調(diào)節(jié)劑等各種助劑，體系相當(dāng)復(fù)雜。水性丙烯酸乳液制成的漆膜有良好的耐候性，不易黃發(fā)，硬度高，光澤好。近年來(lái)，隨著水性丙烯酸乳液聚合技術(shù)的不斷發(fā)展，多相聚合，核殼技術(shù)，自交聯(lián)技術(shù)及高分子表面活性劑的應(yīng)用，和核殼聚合等技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)和提高了水性丙烯酸乳液的性質(zhì),使得水性丙烯酸乳液的適應(yīng)不同施工和使用條件的需要，用武之地得到不斷的擴(kuò)大?，F(xiàn)在，水性丙烯酸乳液的應(yīng)用已擴(kuò)展到性能要求更高的工業(yè)用途領(lǐng)域

聚氨酯分散體

聚氨酯材料是分子結(jié)構(gòu)中具有氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)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(jīng)聚加成反應(yīng)制成。聚氨酯高分子既具有使其形成物理性交聯(lián)的極性官能團(tuán)，又具有非極性的及柔性的鏈段。使用得當(dāng)，其極性管能團(tuán)還可以進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)交聯(lián)。這些分子特性使得聚氨酯材料具有高強(qiáng)度，韌性及耐溶劑的能力。聚氨酯作為一種強(qiáng)度高，耐候性好，附著力強(qiáng)、的優(yōu)良材料，已在涂料領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)制備聚氨酯所用的異氰酸酯類型，聚氨酯乳液和相應(yīng)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(yōu)異的耐候性和耐黃變性; 芳香族水性聚氨酯多用來(lái)做室內(nèi)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(Polyurethane Dispersions PUD) 兩類。水性聚氨酯分散體，采用與眾不同的工藝將聚氨酯顆粒分散在水中，從而達(dá)到以水為載體的成膜作用。與其它乳液成膜機(jī)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(dòng)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(dòng)距離。水性聚氨酯分散體通常有納米級(jí)的粒徑，外觀半透明甚至完全透明，是好的水性漆基料之一。水性聚氨酯分散體有時(shí)被稱為納米乳液，以區(qū)別于外觀呈白色的普通乳液。

水性丙烯酸乳液

水性丙烯酸乳液配方需要考慮的問(wèn)題：水性丙烯酸樹(shù)脂組成

在調(diào)制水性漆配方時(shí)，乳液原料的選擇是工程師重要的決定。涂料的主要性能是由樹(shù)脂決定的。由水性丙烯酸酯乳液，包括聚苯乙烯-丙烯酸酯乳液種類繁多，市場(chǎng)上魚(yú)目混雜。而不同的水性丙烯酸酯樹(shù)脂組成對(duì)其水性漆成膜性及成本的影響很大。這里對(duì)幾個(gè)影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)單討論。

1）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(zhuǎn)發(fā)溫度（Tg), 從而提高成膜的硬度；另一個(gè)原因是成本。苯乙烯在包裝工業(yè)上用量極大，是石油工業(yè)重要的，成熟的下游產(chǎn)品之一，價(jià)格低但受宏觀經(jīng)濟(jì)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(shí)，也會(huì)給水性漆成膜性帶來(lái)許多負(fù)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(xiàn)為水性漆成膜硬而不韌；還有苯乙烯所含的苯環(huán)，是紫外光的吸收體，該單體含量高時(shí)，紫外線通過(guò)相鄰苯環(huán)會(huì)對(duì)聚合物鏈有剪切反應(yīng)，從而使水性漆漆膜發(fā)脆，光澤度下降，壽命降低；苯乙烯的結(jié)構(gòu)也決定了它對(duì)很多有機(jī)溶劑有親和力，水性漆漆膜的耐溶劑性也不其它的樹(shù)脂有明顯差距。

2）丙烯酸酯類單體丙烯酸酯類單體種類很多，性能及價(jià)格相差很大。國(guó)內(nèi)常用的是丙烯酸丁酯，改單體成本低，是大多乳液廠家用于與苯乙烯配套，制造廉價(jià)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(tuán)，主鏈及酯基側(cè)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(nèi)外墻涂料的選擇，但作為對(duì)硬度及韌度要求都高的的木器漆來(lái)講，性能就不夠了。

3）甲基丙烯酸酯類單體甲基丙烯酸酯類單體，比丙烯酸酯單體在性能上又上了一個(gè)臺(tái)階。由于甲基丙烯酸酯類聚合物主鏈上多了甲基，使其主鏈的活動(dòng)性受到限制，主鏈鋼性增強(qiáng)，同時(shí)酯基側(cè)鏈有提供了柔韌性，使得甲基丙烯酸酯類單體具有硬度和韌性的平衡，比如聚甲基丙烯酸甲酯（甲甲酯）就是人們俗稱的有機(jī)玻璃；甲基丙烯酸酯類單體，由于不含苯環(huán)，使其比起苯乙烯類單體在耐紫外侵蝕，耐久性，及耐溶劑性方面都比苯乙烯有明顯優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，水性丙烯酸酯樹(shù)脂制造商對(duì)單體的選擇很多，不但可以變換其種類，又可變換相對(duì)比例和成分。水性涂料廠家在選擇水性丙烯酸酯乳液時(shí)，不能只考慮“純丙”或“苯丙”這些空洞概念詞匯，應(yīng)該以水性丙烯酸酯樹(shù)脂及其配方的實(shí)際性能為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

在選擇水性丙烯酸酯乳液時(shí)，不能只考慮“純丙”或“苯丙”這些空洞概念詞匯，應(yīng)該以水性丙烯酸酯樹(shù)脂及其配方的實(shí)際性能為衡量標(biāo)準(zhǔn)！

成膜助劑

構(gòu)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，須使用成膜助劑降低成膜溫度(MFFT)。成膜助劑是一類小分子有機(jī)化合物，存在于漆膜中的成膜助劑終會(huì)逐漸逸出并揮發(fā)掉。

多數(shù)成膜助劑是涂料有機(jī)揮發(fā)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(yōu)先考慮不屬于VOC限制范圍，但揮發(fā)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(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)Tg 過(guò)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(shí)應(yīng)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(kāi)裂、不粉化的均勻漆膜為止，找出成膜助劑的用量。

成膜助劑的用量達(dá)乳液或分散體的15%或者更高是不可取的，應(yīng)考慮更換其他成膜助劑再試。除降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(zhǎng)開(kāi)放時(shí)間，提高漆的貯存穩(wěn)定，特別是低溫耐凍性。

水性涂料的成膜助劑一般為醇醚類型的溶劑，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(diǎn)之分。水性涂料在夏季施工時(shí)，水分揮發(fā)較快，即表干相對(duì)過(guò)快，有部分水分可能會(huì)在未干透之前封閉在涂膜內(nèi)，導(dǎo)致涂膜發(fā)白或是流平不好的弊端。因而，可通過(guò)添加少量適當(dāng)而合適的高沸點(diǎn)溶劑來(lái)延緩?fù)磕さ母稍锼俣?，延長(zhǎng)涂膜的開(kāi)放時(shí)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(fā)較慢，但成膜助劑相對(duì)比水揮發(fā)快一些，或許部分不水一起蒸發(fā)，使水性涂料不能形成致密的涂層，導(dǎo)致水性涂料的涂膜存在發(fā)白和開(kāi)裂的現(xiàn)象。所以添加成膜助劑時(shí)，一定要考慮克服水性涂料在不同季節(jié)的施工性，同時(shí)還要考慮其盡可能干燥速度快一些，這也是水性涂料難的技術(shù)要點(diǎn)，尤其是Tg 較高的丙烯酸分散體更是難解決的問(wèn)題。因此，多種成膜助劑來(lái)搭配是好的選擇。

成膜助劑有一個(gè)不樹(shù)脂體系的相容性問(wèn)題，在一個(gè)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(wěn)定，或者起嚴(yán)重，或者重涂性不良。配方設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到這一點(diǎn)，并且過(guò)試驗(yàn)選取成膜助劑及其用量。

消泡劑和抑泡劑

消泡劑是水性涂料中難控制消泡不流平達(dá)到平衡的助劑之一。漆液在涂裝中因攪動(dòng)會(huì)產(chǎn)生氣泡。存在于漆液中的氣泡如不及時(shí)清理，漆膜干后，形成不可接受的瑕疵。漆液在生產(chǎn)過(guò)程中、泵送和灌裝時(shí)也會(huì)產(chǎn)生氣泡。

消泡是配方設(shè)計(jì)過(guò)程中不可忽略的因素，消泡劑的消泡機(jī)理是通過(guò)潤(rùn)濕滲透到由體系產(chǎn)生的泡沫薄膜上且不斷要在薄膜上擴(kuò)散，使泡沫薄膜的表面張力不平衡而破泡。

一般來(lái)說(shuō)，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(chǎn)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(shù)消泡劑，特別是機(jī)硅消泡劑，在用量過(guò)大時(shí)會(huì)使?jié)衿崮ぎa(chǎn)生縮孔，因而消泡劑的用量以能基本清理 氣泡為原則，不可過(guò)度追求消泡效果，以免出現(xiàn)縮孔等副作用。對(duì)于水性木器漆，礦物油類消泡劑比有機(jī)硅消泡劑的寬容性大，添加稍多不容易出現(xiàn)嚴(yán)重的縮孔，可以優(yōu)先考慮選用。

目前市場(chǎng)上已有很多消泡劑，其選擇要非常謹(jǐn)慎，可以從幾個(gè)方面加以注意：

1. 受控相容性，即是要達(dá)到消泡和表面效果的平衡，既要消泡，又要耐止縮孔、流平性差等缺陷。

2. 根據(jù)施工條件和方法進(jìn)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(jù)不同加工和施工方式，合理搭配。

4. 長(zhǎng)效消泡性能。許多消泡劑在漆液貯存過(guò)程中會(huì)逐漸減弱其消泡性能，在設(shè)計(jì)配方時(shí)應(yīng)使漆中的消泡劑含量偏高一些。

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