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有關(guān)于水性木器漆的干燥速度

      在水性木器漆領(lǐng)域,快干是最常聽到的客戶對水性木器漆的要求這個特性集中體現(xiàn)在,由于空氣中水蒸汽的含量顯著,并隨季節(jié)變化大,水的蒸發(fā)速度隨之發(fā)生變化。最嚴(yán)重時,如果空氣相對濕度達(dá)到99%時,水的蒸發(fā)會停止,而非水溶劑則不受此因素影響。
 
水性木器漆
 
影響水性木器漆干燥速度的主要因素有哪些?
 
1、樹脂的選擇
 
像所有涂料一樣,水性木器漆的性能在很大程度上是由配方中選用的樹脂決定的。絕大多數(shù)水性成膜樹脂為乳液體系,該體系的成膜機(jī)理與溶劑型涂料不同。溶劑型樹脂不溶劑形成單相體系,隨著溶劑的蒸發(fā),體系粘度增大,直至成為固體,從體系的機(jī)械性能來講,是一個連續(xù)的過程。而水性乳液則是一個雙相體系,隨著水的蒸發(fā),體系粘度起始時變化不大,但當(dāng)乳液顆粒的體積占總系統(tǒng)體積達(dá)到一臨界值時,系統(tǒng)突然從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),是一個不連續(xù)的過程,這一臨界點(diǎn)是水性木器漆表干的開始,因此水性木器漆的表干時間要比某些溶劑型涂料還要短。從表干到漆膜性能的全部體現(xiàn),取決于系統(tǒng)中殘留水分的蒸發(fā)速度,乳液顆粒中高分子的相互滲透,及體系中其它有機(jī)小分子的揮發(fā)速度。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化,制作水性木器漆配方時,應(yīng)從以下幾個方面對樹脂進(jìn)行選擇:
 
a、固含量
 
通常,乳液的固含量越高,其距離表干臨界值就越近,干燥速度就越快。然而固含量過高,也會帶來一系列的不利因素。表干過快會使涂刷間隔縮短,帶來施工上的不便。固含量偏高的乳液,由于樹脂顆粒間距小,通常其流發(fā)性能較差,對增稠劑也不敏感,使對涂料的噴涂或粉刷性能調(diào)節(jié)的困難增大。
 
b、乳液顆粒大小
 
乳液的顆粒越小,同樣固含量下,顆粒之間的間距就越小,表干臨界值就越低,干燥速度就越快。乳液顆粒小,還會帶來成膜性好,光澤度高等其他方面的優(yōu)勢。
 
c、樹脂玻璃化轉(zhuǎn)發(fā)溫度(Tg)
 
一般而言,樹脂的Tg 越高,最終成膜的性能就越好。然而,對于干燥時間來講,其趨勢則基本相反。Tg 高的樹脂,通常需要在配方時加入較多的成膜助劑,以便高分子在乳液顆粒間的相互滲透,促進(jìn)成膜質(zhì)量。而這些成膜助劑,需要足夠的時間從體系中揮發(fā),實(shí)際上會延長從表干到全干的時間。所以,從這Tg 這個因素來講,干燥時間不成膜性能往往是相悖的。
 
d、乳液顆粒的相結(jié)構(gòu)
 
取決于乳液的制備工藝,同樣的單體組成可能會形成不同的顆粒相結(jié)構(gòu)。被廣為人知的核殼結(jié)構(gòu)就是其中的例子之一。雖然一個乳液不可能所有的顆粒都做成核殼結(jié)構(gòu),但這個形象的比喻是人們對乳液的成膜性能可以有一個通俗的了解。如果顆粒的殼Tg 低,核Tg 高,那么該體系成膜助劑需求少,干燥較快,但由于成膜后連續(xù)相是低Tg 的樹脂,漆膜的的硬度則會受到一定影響。相反,顆粒的殼Tg 高,則成膜需一定量的助劑,則膜的干燥速度會較前者慢,但干燥后的硬度會比前者高。
 
e、表面活性劑的種類和用量
 
常見的乳液在制造工藝中均采用一定的表面活性劑。表面活性劑對乳液顆粒有隔離和保護(hù)的作用,在顆粒相互融合的成膜過程中,特別是在初始階段,即表干時有很大影響。而且,這些獨(dú)特的化學(xué)品,在水和油相中均有一定的溶解度,溶在樹脂中的部分其實(shí)會起到成膜助劑的作用。不同的表面活性劑,由于其在樹脂中的溶解度不同,其成膜劑的作用也會不同。
 
2、樹脂的固化機(jī)理
 
水性樹脂成膜固化一般有幾個層次上的機(jī)理。首先,乳液顆粒的聚集和融合,是所有乳液表干都必然經(jīng)歷的機(jī)理。然后,水和其他成膜助劑的揮發(fā),使熱塑性樹脂本身的基本性能得以充分體現(xiàn),是固化的第二個階段。最后,某些乳液在制備時引入交聯(lián)機(jī)理,或在涂料使用時引入交聯(lián)劑,使膜的硬度在熱塑性樹脂的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高。最后這一步的交聯(lián)機(jī)理,會對膜的最后固化速度和程度有很大的影響。常見的交聯(lián)機(jī)理有氧化交聯(lián)(如醇酸樹脂的交聯(lián)),麥克爾加成式交聯(lián)(如一些自交聯(lián)乳液體系),及親核取代式交聯(lián)(如環(huán)氧,聚氨酯等)。這些交聯(lián)反應(yīng),都受溫度,pH 等因素影響,在配方時應(yīng)平衡體系的固化要求與其他性能的關(guān)系。
 
3、成膜助劑的用量和種類
 
從理論上講,任何樹脂的溶劑都是成膜助劑。在實(shí)踐中,考慮到安全,成本,速度等因素,常見的成膜助劑也不過十幾種,主要是一些高沸點(diǎn)的醇,醚及酯。這些成膜助劑對于不同的水性涂料工程師來講又會各有偏愛。一般,某個有經(jīng)驗(yàn)的工程師,常用的成膜助劑不過兩三種。主要考慮因素是試劑在水和樹脂之間的分配和在樹脂顆粒內(nèi)部的分配。特別是當(dāng)水性樹脂為多相樹脂時,成膜助劑的選擇和搭配即顯得尤為重要。
 
4、施工環(huán)境
 
正因?yàn)樗奶匦?,使得水性木器漆在施工環(huán)境上比油性漆要求要高一些,主要是盡量控制施工時的溫度和濕度。通用配方的施工要盡量避免高濕環(huán)境。如果必須在高濕度下施工,應(yīng)該對配方進(jìn)行調(diào)整,或者選擇成膜性快的樹脂或者對現(xiàn)場實(shí)行隔離處理。
 
雖然,水性木器漆面臨以上所述技術(shù)挑戰(zhàn),但由于其環(huán)保特性,必然會成為涂料領(lǐng)域重要的一員。隨著過去十幾年水性木器漆工作者的不懈努力,水性木器漆技術(shù)必將日趨成熟。
 

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