水性涂料，英文為waterborne coatings或waterbased coatings，又稱水基涂料。用于木材涂飾的水性涂料有多種分類方法，常見的有按外觀、用途、施工和固化方式、乳液類型、化學(xué)結(jié)構(gòu)以及設(shè)備方法來分類命名的。

水性木器漆最重要的成分是其中的乳液和構(gòu)成乳液的樹脂類型，科學(xué)的方法是按乳液的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類。按化學(xué)結(jié)構(gòu)，水性木器漆可分為:

• 水性丙烯酸涂料 

• 水性聚氨酯涂料 

• 水性醇酸漆 

• 水性環(huán)氧涂料 

• 溶膠一凝膠涂料 

• 水性光固化涂料 

1水性丙烯酸涂料

丙烯酸型水性木器漆是應(yīng)用較早而且目前仍在大量應(yīng)用的品種。自20世紀(jì)70年代起丙烯酸建筑乳膠漆開始大范圍推廣以來，水性丙烯酸木器漆也隨之出現(xiàn)在市場(chǎng)上。

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。采用軟硬不同的單體，調(diào)節(jié)用量，并改變加料方式可以控制乳液粒子中聚合物分子的軟硬鏈段分布，從而得到不同玻璃化溫度 (Tg或不同最低成膜溫度(MFFT)的乳液。聚合時(shí)采用的乳化劑可以是陰離子型的，也可以是非離子型的或陽離子型的，相應(yīng)的乳液以及制成的漆也可稱為陰離子型、非離子型或陽離子型的。

僅用丙烯酸單體聚合得到的是純丙乳液，制成的漆稱為純丙水性漆。聚合時(shí)可添加其他乙烯基單體對(duì)乳液進(jìn)行改性，例如，添加苯乙烯改進(jìn)漆膜的硬度并降低成本；引入含氟、含硅的單體改進(jìn)漆膜的表面性能，降低膜的表面自由能，提高疏水性和耐玷污性。由此產(chǎn)生了苯丙水性漆、氟碳水性漆、硅丙水性漆等品種。

丙烯酸乳液制成的漆膜有良好的耐候性，不易黃變，硬度高，光澤好。但是它的主要缺點(diǎn)是抗粘連性差，容易出現(xiàn)熱黏冷脆的現(xiàn)象，硬度過高則低溫成膜性不好，冬天難以進(jìn)行涂裝施工。通過自交聯(lián)聚合、無皂聚合、核殼聚合等技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)和提高了丙烯酸乳液的性質(zhì)，特別是采用核殼技術(shù)，將乳液粒子制成硬核軟殼或軟核硬殼的結(jié)構(gòu)，甚至軟硬相問的多層結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同施工和使用條件的需要。

2水性聚氨酯涂料

聚氨酯是分子結(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。鑒于異氰酸酯和多元醇種類的多樣性，得到的聚氨酯可以是從軟到硬，從脆到韌，從高彈性到有一定剛性的各種形態(tài)的產(chǎn)品。聚氨酯涂料同樣具有很廣的性能調(diào)節(jié)范圍。

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)異的耐候性和抗黃變性，可用作戶外裝飾涂料；芳香族水性聚氨酯多用來做室內(nèi)裝飾漆。所用的多元醇有聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚烯烴多元醇等，從而產(chǎn)生了聚醚聚氨酯水性涂料、聚酯聚氨酯水性涂料等稱謂。

合成水性聚氨酯的過程中必須引入親水基團(tuán)或親水鏈段。最常見的親水基團(tuán)是陰離子的羧酸基和磺酸基；大分子主鏈和側(cè)鏈上也可以有季銨離子那樣的陽離子基團(tuán)；或者引入非離子的聚氧乙烯長(zhǎng)鏈段和親水基團(tuán)羥甲基，相應(yīng)的水性聚氨酯被稱為陰離子、陽離子和非離子型的。

按聚合得到的粒子大小有聚氨酯乳液和聚氨酯分散體(PUD)兩類，后者通常有納米級(jí)的粒徑，外觀半透明甚至完全透明，是目前最好的水性木器漆基料之一，有人將其特別稱為納米乳液，以區(qū)別于外觀呈白色的普通乳液。

水性聚氨酯成膜后具有優(yōu)異的柔韌性，常常與相對(duì)剛性的丙烯酸乳液摻混制漆，得到的水性木器漆兼具二者的優(yōu)點(diǎn)，特別表現(xiàn)在可在較低的溫度下成膜，又有較好的漆膜硬度。更好的方法是在制備聚氨酯分散體的過程中引入丙烯酸單體，制成聚丙烯酸酯為核、聚氨酯為殼的核殼結(jié)構(gòu)粒子。這種聚氨酯一丙烯酸分散體(PUA)被認(rèn)為是第四代聚氨酯分散體，特稱為雜合物(Hybrid)，其性能比丙烯酸乳液和聚氨酯分散體的摻混物更好，主要表現(xiàn)在配漆更穩(wěn)定，低溫成膜性更優(yōu)，不返黏，硬度高，柔韌性好，附著力好等，得到了廣泛應(yīng)用。

3水性醇酸漆

植物油經(jīng)醇解后再與酸酐反應(yīng)生成醇酸樹脂，加大親水基團(tuán)的含量可制成水溶性或可水分散的樹脂，水溶性的水性醇酸外觀相當(dāng)透明，但有顏色，而醇酸乳液呈棕黃色不透明狀。醇酸樹脂分子中的不飽和鍵是漆膜具有優(yōu)良性能的基本保證。與溶劑型醇酸一樣，可以通過油度長(zhǎng)短來調(diào)節(jié)涂層的性能，油度短，干燥快，光澤高，漆膜硬度大；油度長(zhǎng)，漆膜的柔韌性好，耐沖擊性好。因此水性醇酸也有短油度和長(zhǎng)油度之分。

醇酸樹脂在木材上有良好的滲透性，特別適用于制造水性著色劑。水性醇酸的另一大優(yōu)點(diǎn)是利用空氣中的氧氣交聯(lián)固化，所以漆膜的耐溶劑性大大優(yōu)于其他單組分水性漆。丙烯酸改性水性醇酸是在醇酸合成時(shí)在分子中接入丙烯酸單體，改性后的醇酸樹脂保光性得到顯著提高。近來，為了進(jìn)一步提高水性醇酸漆的性能，開發(fā)了醇酸／丙烯酸雜合技術(shù)，制成醇酸聚合物為核、丙烯酸聚合物為殼的核殼體系，親水的丙烯酸殼保護(hù)醇酸核不被水解。涂裝后漆中的水揮發(fā)，乳液細(xì)粒子滲入木頭微孔中，線型的聚合物分子再經(jīng)氧化交聯(lián)成膜。

水性氨酯油是用二異氰酸酯改性的醇酸樹脂。二異氰酸酯與醇酸樹脂的羥基反應(yīng)生成聚氨酯結(jié)構(gòu)，具有了某些聚氨酯的性能，同時(shí)保留了醇酸樹脂氧化交聯(lián)的特性，由此制成的單組分水性漆施工方便，性能優(yōu)異，是水性漆中優(yōu)良的品種之一。

4溶膠/凝膠涂料

溶膠一凝膠涂料(Sol—Gel coatings)是近年來受到特別關(guān)注的新型涂料品種。無機(jī)納米粉料的進(jìn)展促進(jìn)了溶膠一凝膠涂料的發(fā)展。

溶膠一凝膠涂料的主要成分是有機(jī)樹脂和硅烷化合物，硅烷水解生成溶膠，然后在固體表面上再經(jīng)縮合變成凝膠。硅烷中的活性基團(tuán)極易與有機(jī)樹脂或二氧化硅溶膠這樣的無機(jī)材料反應(yīng)，硅烷本身也可以縮合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，最終形成硬度高、耐劃傷、耐溶劑、耐水的漆膜。涂料中的溶劑主要是異丙醇這樣的有機(jī)溶劑，含有少部分的水，嚴(yán)格地說不是真正意義上的水性涂料，但是是環(huán)保型涂料。新近嶄露頭角的木器漆用的溶膠一凝膠涂料是一種極有前途的木器涂料新品種。

5水性光固化涂料

水性光固化涂料是按固化方法分類的一類涂料，是很重要的一類涂料。任何聚合物分子中，只要引入了能被光引發(fā)劑分解的自由基作用的活性基團(tuán)，或能被高能輻射激發(fā)產(chǎn)生活性基團(tuán)的結(jié)構(gòu)都可以制成光固化涂料或輻射固化涂料。

按固化所需的光源分，有紫外光(uV)固化涂料、可見光固化涂料和電子(EB)束固化涂料，最常見的是UV固化方式。光固化涂層有高度交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，耐溶劑性、耐劃傷性十分優(yōu)異，漆膜硬度很高，作為水性地板涂料用得最為廣泛，當(dāng)然也可用做水性家具漆、水性櫥柜漆和水性板壁漆。

水性涂料配方設(shè)計(jì)原理

乳液或水分散體的用量盡可能多些，這是因?yàn)槿橐旱牟牧现饕�由高分子材料�?gòu)成，高分子材料是保證最終膜性能的骨干； 

助劑品種盡可能少些，能不用的就不用，這些助劑分子成膜后都將以游離的狀態(tài)存在于膜之中，必然影響膜的機(jī)械性能； 

顏料、填料用量以少為好，只要能達(dá)到目的，越少越好，這些材料的引入必然意味著研磨助劑的引入，從而影響膜性能。 

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。與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)特殊要求選用一些特殊添加劑，最終形成適用的配方。

水性木器漆基本組成及作用

聚合物乳液或分散體：這是成膜的基料，決定了漆膜的主要功能。

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。

抑泡劑和消泡劑：抑制生產(chǎn)過程中漆液中產(chǎn)生的氣泡并能使已產(chǎn)生的氣泡逸出液面并破泡。

潤(rùn)濕流平劑：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。

流變助劑：對(duì)漆料提供良好流動(dòng)性和流平性，減少涂裝過程中的弊病。

表面控制助劑：改善涂膜的性能。

消光劑：調(diào)控水性木器涂膜光澤度。 

防腐劑：防止漆液在貯存過程中霉變。

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

著色劑和填料 

特殊添加劑 

此外，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。 

水性涂料配方設(shè)計(jì)體系 - 基料

水性木器漆面漆的配方中，基料是形成漆膜并決定漆膜性能的關(guān)鍵組分。基料，即聚合物乳液、分散體或雜合物占80％以上，最好在90％以上。由于乳液特別是水分散體的固體分較低(水分散體一般在30％～35%)，配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高基料的用量，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。

聚合物乳液一般較水分散體的固體分高。水性基料固體分提高到一定程度后黏度增力很快，以至于可以稠到不能順利制漆的程度。水分散體區(qū)粒子小、，所以這種現(xiàn)象更顯著，通常只能做成35％以下的濃度。因?yàn)槿橐毫Ｗ颖容^大，同樣固體分下的黏度小一些，一般能制成50％左右的固體分。配方設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到這種差別，也即采用水分散體制漆時(shí)，更要盡可能多地提高分散體的用量。

選用何種乳液或水分散體，要依水性木器漆的使用目的而定。戶外用水性木器漆氣候老化條件惡劣，應(yīng)優(yōu)先選用脂肪族聚氨酯分散體或丙烯酸酯乳液。室內(nèi)用漆可用芳香族聚氨酯分散體或丙烯酸酯乳液，玻璃化溫度要高或固化過程中能夠交聯(lián)，以提高耐水、耐燙能力。

水性木器漆實(shí)色漆中有部分顏料和填料，乳液或水分散體的用量相應(yīng)要降低，一般在70％～80％左右，而膩?zhàn)又刑盍细�多，乳液或分散體的用量甚至可低至50％左右。

目前已成功應(yīng)用于水性木器涂料的樹脂類型主要有水性醇酸、丙烯酸乳液或分散體、水性聚氨酯分散體及水性丙烯酸聚氨酯分散體。

水性涂料配方設(shè)計(jì)體系 - 防腐劑 

水性木器涂料是水基體系，在生產(chǎn)過程中較易帶入細(xì)菌，在儲(chǔ)藏過程中都較易被微生物降解，因而，在配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)添加防腐劑的類型和用量，防止體系和涂膜的腐敗。從環(huán)保的角度考慮，應(yīng)使用較低毒的防腐劑，另外還要注意與體系的匹配性，以及在添加時(shí)必須用水稀釋后方可，否則，會(huì)與體系發(fā)生絮凝及不良的現(xiàn)象。

一般來說，對(duì)于異噻唑啉酮類防腐劑用量在0.1%已足能防止漆液在貯存過程中霉變。加0.1%的防腐劑后，密封貯存兩三年不成問題。

水性涂料配方設(shè)計(jì)體系 - pH調(diào)節(jié)劑

水性木器涂料有必要時(shí)還可能要調(diào)pH值。多數(shù)乳液或水分散體生產(chǎn)時(shí)已將pH值調(diào)為8～9，制漆時(shí)不必再用pH調(diào)節(jié)劑。如果pH值有偏差制漆過程中要加0.05％～0.1％的pH調(diào)節(jié)劑，將漆液的pH值調(diào)至7～9。許多水性木器漆只有在中性至微堿性條件下才能穩(wěn)定，當(dāng)pH值過高或過低時(shí)，漆液可能會(huì)產(chǎn)生絮凝、沉淀、返粗、施工性能惡化等現(xiàn)象。

不同的體系的pH值的要求都不一樣，所以，水性木器涂料的pH值是根據(jù)體系的不同來調(diào)整，同時(shí)要考慮與配方中防腐劑的匹配。還要注意的是添加時(shí)必須用水以倍數(shù)來稀釋，以免引起體系產(chǎn)生顆粒。

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