水性木器底漆的配方设计中的考虑

在水性木器漆市场中,用水性漆做底的应用日益增多。除了“水性底,水性面”以外,在我们的一些客户中,”水性底,油性面”应用也逐渐增多。对于水性封闭,我们近期在水性木器封闭底漆配方关键 – 树脂的选择(上)水性木器封闭底漆配方关键 – 助剂的选择(下)中已有介绍。今天我们着重介绍水性底漆配方技巧。有关水性木器底漆的具体配方实例,读者可以访问美国华津思公司的水性漆配方库.

配方体系

水性木器涂料是一种以水为分散介质的水分散体系,由于该体系大部分都是水,水的表面张力为72mN/m,是一般有机溶剂表面张力的2~3倍以上,再加上体系的特殊性,导致在配方设计过程中增加了很大的难度,要达到理想的平衡点必须要从原材料上合理地选择;同时,还要考虑体系的稳定性、低温成膜性等基本要求以及生产工艺难易程度来测试、筛选,才能真正满足配方设计的要求。

1.1水性树脂的选择

水性树脂是水性木器涂料的重要组成部分, 因此,选择好水性树脂,几乎是配方设计大功告成的一半。

木纹结构可以简单的被看作由含有油脂的纤维素定向排列成的多孔结构。由于水对木纤维结构的影响,使得水性底漆应用的挑战性及技术含量比油漆要高。水的影响主要体现在其高表面张力和对木纤维的溶胀两个方面。水对木纤维的溶胀则又对涂料的性能有多方影响。一方面,水被木纤维吸收,使得涂料的固含量增加,流变性改变,由牛顿型流体转为非牛顿型,不利于涂料的深层渗透,克服这一问题,配方时应选择牛顿流体性能受固含量影响小的乳液。另一方面,木纤维吸水后发生溶胀,使木器表面结构特征或缺陷变得更明显,影响木器的表面光滑和外观,因此制作底漆的乳液必须能够提供配合打磨工艺及固定纤维的性能。HD2535 高硬快干型纳米级水性丙烯酸树脂为此目的设计。该乳液采用独特的高分子表面活性剂,同时采用合理的单体配比,使产品的粘度在高固含量条件下保持牛顿特征,增加树脂在木纹内的渗透;同时HD2535 纳米级水性丙烯酸树脂成膜后的强度高,便于打磨工序的完成。

1.2基材润湿剂的选择

由于油脂的存在,水在渗透到微孔的过程中受到表面张力的影响,不利于涂料在木纹中的充分渗透,因此选择最优的表面润湿剂是配制优秀的底漆必须的部分。理想的润湿剂应当包含以下几个方面:

  1. 有效降低体系的表面张力能力,改善其对基材的润湿性和渗透性。
  2. 尽可能低起泡性、不稳泡。
  3. 尽可能低的水敏感性。
  4. 不影响层间附着力。

一般润湿剂的耐水性是很差的,最好的选择是改性有机硅类型的润湿剂。

1.3流变助剂的选择

流变助剂在涂料中是影响施工宽容性、长期储存稳定性至关重要的标尺。流变助剂的使用不当,涂料在应用过程中容易存在很多弊端,会直接影响到涂料的表面涂装效果及稳定性,如涂膜的流平性与流挂性、稀释防沉性等施工应用技术参数以及涂料本身的防沉性。水性聚氨酯型流变助剂的耐水性好,涂膜的致密性佳,是首要的选择。

1.4填料的选择

填料是一次性涂刷涂膜厚度的保证,也在一定程度上提高了涂料的打磨性能,是水性木器底漆配方体系的重要材料。一般填料的添加量为5%~15%,常见的有滑石粉、碳酸钙、二氧化硅玻璃粉以及特殊含量的矿物填料等。滑石粉或者碳酸钙添加量达到10%时,在深色底材施工时就容易出现因配方体系设计引起发白的现象。而玻璃粉的使用,由于该粉体的密度太大,在水性木器底漆分散体系中是很难解决防沉的性能,虽然可以通过以上介绍的流变助剂的搭配来解决,但是,没有彻底杜绝防沉性能,只是防止填料的沉降速度。总的来说,这些填料随着添加量增加至10%左右,就会制约到水性木器底漆的施工宽容性。

1.5打磨助剂的选择

水性木器底漆的打磨性是很难与溶剂型涂料相抗衡的,这是由于水性木器底漆的配方结构决定的。主要提供打磨性的成分是来源于水性树脂的性质之一,因而,打磨性能是远远不能达到实际施工的基本要求,所以,必须另外寻求打磨助剂来改善,通常用的打磨助剂是硬脂酸锌粉体或浆料物质。从生产工艺方面来考虑,建议添加硬脂酸锌浆料有利于分散及方便操作,一般加入2%~5%为佳,当然,还要考虑体系的透明度、附着力、重涂性及应用的基材来确定添加量。

1.6消泡剂的选择

消泡剂是水性木器涂料中最难控制消泡与流平达到平衡的助剂之一。水性木器涂料由于是以水为分散介质的特殊体系,其气泡的根源是大量多种类型的表面活性剂,在生产和施工过程中都极容易产生泡沫且稳泡。特别是水性木器底漆体系,由于在体系中添加打磨助剂,打磨助剂一般很容易起泡而且稳泡性强,对消泡剂的选择及达到没有缺陷的表面而消泡性好的平衡点是技术难点,要尽可能达到理想状态的消泡性能,必须要选择两种消泡剂搭配来控制消泡性能。最好是在前面添加抑泡剂来抑制生产及施工过程中泡沫的产生,后面添加消泡剂来消除体系已经产生的泡沫。还有,由于是水性木器底漆体系,从重涂性、附着力及透明度等方面的考虑,尽量避免采用矿物油和有机硅类型的消泡剂,非硅非油型长效性好的消泡剂是首要的选择。

1.7成膜助剂的选择

成膜助剂是水性木器涂料不可缺少的助剂之一,这是水性木器涂料中的水性树脂的特殊性决定的。水性树脂的玻璃化温度的高低是水性木器底漆打磨性好坏的主要指标,为了制备打磨性更好的底漆,必须要选择玻璃化温度高一些的水性树脂,一般玻璃化温度为30~50℃,增加了水性木器涂料的低温成膜性的难度,因而,必须通过成膜助剂来保证水性树脂在低温环境中的成膜性能。成膜助剂的种类也会影响到水性木器底漆的打磨时间,低沸点快干型的成膜助剂,由于本身的干燥性较快,对水性木器底漆的打磨性有好的帮助,但是,若有效保证水性树脂的低温成膜性能,往往要相对添加多一些的量来实现。成膜助剂的添加常常会影响水性木器涂料的稳定性能,这是成膜助剂在水相中的分散系数和在水性树脂聚合物颗粒中的分散系数不同比例引起的,所以,必须是通过两种或两种以上的成膜助剂搭配才能保证水性木器涂料的低温成膜性能和体系稳定性的平衡。

1.8其他

水性木器底漆是水基涂料,很容易在生产过程中受到细菌的污染而分解,为使运输及储存过程中具有长期的防腐稳定性,所以要添加0.1%~0.2%的防腐剂。添加过程中要注意生产工艺的操作规程及与配方其他助剂的匹配。