水性涂料的设计标准

1、水性涂料配方的基本知识水性涂料的配方体系水性涂料，包括水性木器漆，是以水为分散介质和稀释剂的涂料。不常用的溶剂型涂料的配方体系是一个更复杂的体系。在设计配方时，不仅要注意聚合物的种类、乳液和分散体的性能，还要合理选择各种添加剂，并考虑各组分之间的相互影响，进行合理匹配。有时，根据特殊要求选择一些特殊的添加剂，最终形成合适的配方。配方的基本组成1)水性树脂：它是成膜的基料，决定了漆膜的主要功能。2)成膜助剂：水挥发后，乳液或分散颗粒形成均匀致密的膜，提高低温成膜性能。3)抑泡剂和消泡剂：抑制生产过程中漆液中产生的气泡，使产生的气泡脱离液面并破碎。4)流平剂：提高涂料的施工性能，形成平整光滑的涂层

2、。5)润湿剂：提高涂料溶液对基材的润湿性，改善流平性，增加漆膜对基材的附着力。6)分散剂：促进颜料和填料在油漆溶液中的分散。7)流变添加剂：为涂料提供良好的流动性和流平性，减少涂装过程中的缺陷8)增稠剂：能增加油漆溶液的粘度，增加底漆的湿膜厚度，防止腻子和固体油漆沉淀和分层。9)防腐剂：防止油漆溶液在储存过程中发霉。10)精华：使漆液有宜人的气味11)着色剂：主要用于色漆，使水性涂料具有所需的颜色。着色剂包括颜料和染料。颜料用于固体涂料(不显示木纹的涂料)，染料用于透明涂料(显示木纹的涂料)。12)填料：主要用于腻子和固体涂料中，增加固体含量，降低成本。13)酸碱度调节剂：调节油漆溶液的酸碱度

3、，使油漆溶液稳定。14)蜡乳液或蜡粉：提高漆膜的抗划伤性和手感。15)特殊添加剂：根据水性涂料的特殊要求添加的添加剂，如防锈剂(防止锡罐包装过早生锈)、硬化剂(提高漆膜硬度)、消光剂(降低漆膜光泽)、抗划伤剂、滑爽剂(改善漆膜手感)、防粘连剂(防止涂层分层和粘连)、交联剂(制作双组份涂料以提高综合性能)、憎水剂16)去离子水：在配方设计中经常加入少量去离子水来制作油漆。在水性树脂水性涂料的配方中，粘合剂是形成漆膜并决定漆膜性能的关键成分。在配方设计中，水性树脂的用量应增加到60-70%体积，以使漆液中有效成膜物质的含量尽可能多，以保证制得的涂料涂膜厚、丰满度高。水性丙烯酸树脂和丙烯酸乳液因其多

4、功能性、耐候性和多样性，已广泛应用于涂料工业的各个领域。水性丙烯酸乳液是由以丙烯酸酯类单体为主的乙烯基单体进行乳液聚合而成。聚合过程中加入乳化剂、稳定剂、酸碱度调节剂等添加剂，体系相当复杂。水性丙烯酸乳液制成的漆膜耐候性好，硬度高，光泽好。近年来，随着水性丙烯酸乳液聚合技术的不断发展，非均相聚合、核壳技术、自交联技术、高分子表面活性剂的应用以及核壳聚合进一步改善和提高了水性丙烯酸乳液的性能，使其适用于不同的施工和使用条件，其应用也在不断扩大。现在，水性丙烯酸乳液的应用已经扩展到对性能要求更高的工业应用中聚氨酯分散体聚氨酯材料是一种分子结构中具有聚氨酯结构的高分子化合物的总称，通常由二异氰酸酯和

5、多元醇进行加聚反应制备而成。聚氨酯聚合物不仅具有使其物理交联的极性官能团，还具有非极性和柔性链段。如果使用得当，极性管能量基团可以进一步化学交联。这些分子特征使聚氨酯材料具有高强度、韧性和耐溶剂性。聚氨酯作为一种高强度、耐候性好、附着力强的优质材料，已广泛应用于涂料领域。根据用于制备聚氨酯的异氰酸酯的类型，聚氨酯乳液和相应的涂料可分为脂肪族型和芳香族型。脂肪族漆膜具有优异的耐候性和耐黄变性；芳香族水性聚氨酯主要用作室内装饰涂料。根据聚合得到的粒径，有两种类型：聚氨酯乳液和聚氨酯分散体。水性聚氨酯分散体采用独特的工艺将聚氨酯颗粒分散在水中，从而达到以水为载体的成膜效果。与其他乳液成膜机理相似，成

6、膜效果取决于聚合物在颗粒间的互穿能力。为了提高渗透率，一方面，聚氨酯分子链应足够柔软并具有良好的流动性；另一方面，乳液粒子应尽可能小，这可以增加粒子之间的接触面积，并减少聚合物的移动距离。水性聚氨酯分散体通常具有纳米粒径，其外观呈半透明甚至完全透明，是最好的水性涂料粘合剂之一。水性聚氨酯分散体有时被称为纳米乳液，以区别于外观为白色的普通乳液。水性丙烯酸乳液配方中应考虑的问题：水性丙烯酸树脂的组成乳液原料的选择是工程师在制定水性涂料配方时最重要的决定。涂料的主要性能由树脂决定。水性丙烯酸酯乳液有很多种，包括聚苯乙烯-丙烯酸酯乳液，市场上有很多鱼。然而，不同组成的水性丙烯酸酯树脂对水性涂料的成膜性

7、能和成本有很大影响。这里，简要讨论几个影响因素。1)苯乙烯将聚丙烯酸酯乳液引入这种单体的主要原因是它能提供更高的玻璃化转变温度(Tg)，从而提高成膜的硬度；另一个原因是成本。苯乙烯是石油工业中最重要、最成熟的下游产品之一，价格低廉，但受宏观经济影响很大。然而，苯乙烯的引入，特别是当其含量高于单体总量的15%时，也会对水性涂料的成膜性能带来许多负面影响。首先，含有苯乙烯的聚合物链段缺乏柔韧性，这表明水性漆膜坚硬但不坚韧；苯乙烯中也含有一个苯环，它是紫外线的吸收剂。当单体含量高时，紫外光会通过相邻的苯环剪切聚合物链，使水性涂料的漆膜变脆，降低光泽，缩短使用寿命；苯乙烯的结构也决定了它对许多有机溶剂

8、的亲和力，并且水性漆膜的耐溶剂性与其它树脂没有显著差异。2)丙烯酸酯单体丙烯酸酯单体种类很多，它们的性能和价格也有很大的不同。丙烯酸丁酯是我国最常用的单体，单体成本最低。它是大多数乳液制造商用来匹配苯乙烯的单体，以制造廉价的墙壁涂料乳液。其功能是提供水性漆膜的柔韧性。由于丙烯酸酯聚合物的主链不含酯基以外的基团，主链和酯侧链的柔韧性好，使得水性漆膜缺乏硬度。虽然这种聚丙烯酸酯乳液是建筑内外墙涂料的选择，但作为一种要求高硬度和韧性的木器涂料，其性能还不够。3)甲基丙烯酸酯单体与丙烯酸酯单体相比，甲基丙烯酸酯单体具有更高的性能。因为在甲基丙烯酸酯聚合物的主链中有更多的甲基，主链的流动性受到限制，主链

9、的刚性得到增强。同时，酯侧链提供了柔韧性，这使得甲基丙烯酸酯单体具有硬度和韧性之间的最佳平衡。例如，聚甲基丙烯酸甲酯(甲酯)通常被称为有机玻璃；甲基丙烯酸酯单体由于不含苯环，在抗紫外线腐蚀、耐久性和耐溶剂性方面比苯乙烯有明显的优势。综上所述，水性丙烯酸酯树脂制造商有多种单体选择，不仅可以改变它们的类型，还可以改变它们的相对比例和组成。水性涂料制造商在选择水性丙烯酸酯乳液时，不仅要考虑“纯丙烯酸”或“苯丙”的空词汇，还要以水性丙烯酸酯树脂的实际性能及其配方作为衡量标准。选择水性丙烯酸酯乳液时，不仅要考虑“纯丙烯酸”或“苯丙”这两个空泛的概念词，还要以水性丙烯酸酯树脂的实际性能及其配方作为衡量标准

10、！薄膜凝聚助剂构成乳液或分散体的聚合物通常具有高于室温的玻璃化转变温度。为了将乳液颗粒融合成均匀的漆膜，必须使用成膜添加剂来降低最低成膜温度(MFFT)。成膜添加剂是一种小分子有机化合物，最终会逸出并挥发。大多数成膜添加剂是涂料中挥发性有机化合物的重要组成部分，所以成膜添加剂用量越少越好。不在挥发性有机化合物范围内的化合物，但其挥发性不应太低，在选择成膜添加剂时应优先考虑成膜效率。成膜助剂的量取决于配方中乳液或水分散体的量和玻璃化转变温度。当乳液或水分散体的量大且聚合物的玻璃化转变温度高时，成膜助剂的量应大，相反，应认为成膜助剂占乳液或水分散体的约3%-5%，或乳液或分散体固体的5%-15%。

11、但是，对于玻璃化转变温度超过35的聚合物乳液，可能需要增加成膜添加剂的用量，以保证低温成膜的可靠性。此时，成膜添加剂的量应逐渐增加，直到通过在低温(约10或更低)下涂覆可以形成没有破裂和粉化的均匀膜，以便找出最低量的成膜添加剂。在乳液或分散液中使用15%或更多的成膜添加剂是不可取的，因此我们应该考虑更换其他成膜添加剂并再试一次。成膜添加剂除了降低最低成膜温度和提高漆膜密度外，还可以改善和易性，提高涂料的流平性，延长开放时间，提高涂料的储存稳定性，特别是低温抗冻性。水基涂料的成膜添加剂通常是醇醚溶剂，最常用的成膜添加剂是二醇醚、丙二醇醚和N-甲基吡咯烷酮，它们具有高沸点和低沸点。当水基涂料在夏天

12、使用时，水蒸发得很快，也就是说，表面干燥得相对较快，一些水可能在完全干燥之前就被包裹在涂膜中，这导致涂膜增白或流平性差的缺点。因此，通过添加少量合适的高沸点溶剂，可以延迟涂膜的干燥速度，延长涂膜的打开时间，并且可以改善涂膜的可加工性和外观。冬季，由于气温较低，水性涂料的干燥速度较慢，即水分蒸发较慢，但成膜助剂的挥发速度比水快，有些成膜助剂在无水条件下会挥发，使水性涂料无法形成致密的涂层，导致水性涂料涂膜出现泛白和开裂现象。因此，在添加成膜添加剂时，必须考虑克服水性涂料在不同季节的和易性，同时还要考虑干燥速度要尽可能快，这也是水性涂料的最大技术难点成膜添加剂在没有树脂体系的情况下存在相容性问题。

13、在一种体系中，良好的成膜添加剂可能会导致另一种水性木器漆不稳定、严重或不良的可恢复性。在配方设计中应充分考虑这一点，通过实验选择最佳成膜添加剂及其用量。消泡剂和消泡剂是水性涂料中最难控制消泡不平衡的添加剂之一。喷漆过程中，油漆液搅拌时会产生气泡。如果漆液中存在的气泡没有及时消除，漆膜干燥后会形成不可接受的缺陷。在生产、泵送和填充过程中，油漆液体也会产生气泡。消泡是配方设计过程中不可忽视的一个因素。消泡剂的消泡机理是通过润湿渗透到系统产生的泡沫膜中，不断在膜上扩散，使泡沫膜的表面张力不平衡，泡沫破裂。一般来说，消泡剂分为两类：消泡剂和消泡剂。抑泡剂用于抑制水基涂料在外力作用下的泡沫生成，而破泡剂

14、主要在生成的泡沫膜表面快速扩散，破坏泡沫的弹性膜并将其破坏。然而，通常最好将两者结合使用，否则至少应选择一种有效的消泡剂。大多数消泡剂，尤其是有机硅消泡剂，当用量过大时，会在湿漆膜中造成缩孔。因此，消泡剂的用量应以基本消除气泡为原则，以避免缩孔等副作用。对于水性木器漆来说，矿物油消泡剂比有机硅消泡剂更具耐受性，添加量稍多不易造成严重的缩孔，因此可以优先选用。目前市场上消泡剂很多，选择时要非常谨慎，可以从几个方面注意：1、可控相容性，即要达到消泡和表面效果之间的平衡，既要消泡，又要防止缩孔、流平不良等缺陷。2.根据施工条件和方法进行消泡，如刷涂、喷涂和滚涂，面临不同的发泡程度，这也意味着选择不同

15、的消泡剂。3.根据不同的加工和施工方法，抑泡和破泡之间的平衡可以合理匹配。4.长期消泡性能。许多消泡剂在涂料溶液储存过程中会逐渐减弱其消泡性能，因此在设计配方时，涂料中的消泡剂含量应较高。消泡剂的用量占整个配方的0.05% 0.5%，优选约0.1%。如果使用的消泡剂超过0.5%，消泡效果会很好，所以我们应该考虑更换消泡剂。不同的树脂体系对消泡剂的敏感性不同。水基消泡剂的种类和用量必须根据不同的体系通过实验来确定。润湿流平剂和润湿流平剂能有效降低体系的表面张力，显著提高水性木器漆的施工效果。加入润湿流平剂后，涂料对基材的润湿性和渗透性增加，涂料溶液的流平性提高，有时可以克服边缘收缩(框架效应)的

16、问题。更重要的是，流平剂可以解决常见的收缩问题，特别是过度使用消泡剂造成的收缩。过多的流平剂会抵消消泡剂的消泡效果，施工时会在漆液中产生气泡，有些有明显的稳泡效果。因此，应尽可能选择流平性好、发泡性低、稳泡性小的润湿流平剂。无消泡剂流平剂的配合，包括品种的选择和用量的控制，是水性木器漆配方研究的重点。理想的润湿剂应包括以下几个方面：1.有效降低体系的表面张力能力，提高其对基材的润湿性和渗透性。2.尽可能降低起泡性和泡沫稳定性。3.水敏性尽可能低。4.层间附着力不受影响。5.良好的表面张力平衡不仅能改善基材的润湿性，还能防止因表面过度减薄而导致的流平或缺陷流变添加剂在低剪切条件下提供流平效果，使

17、油漆液能尽快流平，减少刷痕，避免飞溅。然而，随着干燥时间的推移，这种整平效果减弱，漆膜被固定，并且可以防止漆液在垂直面上下垂。流变添加剂可分为三种剪切粘度：高、中、低。低剪切粘度的流变添加剂能提供罐内粘度，防止颜料沉淀，有效控制立面操作时漆液的下垂；提供中高剪切粘度的流变添加剂可以提高水性涂料的丰满度和流平性，而使用高剪切粘度的流变添加剂可以帮助流平性，防止飞溅，提高滚刷涂料的施工性能。因此，必须根据施工要求和系统选择流变添加剂的类型和用量。一般来说，流变添加剂的类型是根据不同的施工方法来选择的，所需的施工效果可以通过将流变添加剂与三种剪切粘度相匹配来实现。聚氨酯缔合型增稠剂是目前水性涂料中应用最广泛的增稠剂，但在水性涂料体系中，这种增稠剂的选择与其他组分密切相关。例如，非水性涂料中聚合物颗粒的尺寸与疏水性和助溶剂有很大关系。水性涂料中的聚合物颗粒越小越疏水，助溶剂在聚合物中的分配系数越高，增稠效率越高。否则，大量这种增稠剂将达不到所需的粘度。同时，建议用水稀释，并在合理的剪切力下加入，否则系统中可能不会发生絮凝，产生颗粒。表面控制