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影响水性木器漆干燥速度的主要因素有哪些?

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浏览:- 发布日期:2018-01-29 11:10:19【

快干是最常听到的客户对水性木器漆的要求。由于其分子结构的独特性,即分子间极强的氢键作用,特性与绝大部分有机溶剂有着明显的区别。在水性木器漆领域,这个特性集中体现在,由于水的蒸发热高,水的蒸发速度要比常见的涂料溶剂慢十几倍甚至几十倍。而且,由于空气中水蒸汽的含量显著,并随季节变化大,水的蒸发速度随之发生变化。最严重时,如果空气相对湿度达到100%时,水的蒸发会停止,而非水溶剂则不受此因素影响。

虽然,水性木器漆面临以上所述技术挑战,但由于其环保特性,必然会成为涂料领域重要的一员。随着过去十几年水性木器漆工作者的不懈努力,水性木器漆技术日趋成熟。以下就影响水性木器漆干燥速度的主要因素,及配方时可采取的相应措施进行讨论。

影响水性木器漆干燥速度的主要因素有哪些?

1、树脂的选择

像所有涂料一样,水性木器漆的性能在很大程度上是由配方中选用的树脂决定的。绝大多数水性成膜树脂为乳液体系,该体系的成膜机理与溶剂型涂料不同。溶剂型树脂不溶剂形成单相体系,随着溶剂的蒸发,体系粘度增大,直至成为固体,从体系的机械性能来讲,是一个连续的过程。而水性乳液则是一个双相体系,随着水的蒸发,体系粘度起始时变化不大,但当乳液颗粒的体积占总系统体积达到一临界值时,系统突然从液态变为固态,是一个不连续的过程,这一临界点是水性木器漆表干的开始,因此水性木器漆的表干时间要比某些溶剂型涂料还要短。从表干到漆膜性能的全部体现,取决于系统中残留水分的蒸发速度,乳液颗粒中高分子的相互渗透,及体系中其它有机小分子的挥发速度。为了实现系统的优化,制作水性木器漆配方时,应从以下几个方面对树脂进行选择:

a、固含量

通常,乳液的固含量越高,其距离表干临界值就越近,干燥速度就越快。然而固含量过高,也会带来一系列的不利因素。表干过快会使涂刷间隔缩短,带来施工上的不便。固含量偏高的乳液,由于树脂颗粒间距小,通常其流发性能较差,对增稠剂也不敏感,使对涂料的喷涂或粉刷性能调节的困难增大。

b、乳液颗粒大小

乳液的颗粒越小,同样固含量下,颗粒之间的间距就越小,表干临界值就越低,干燥速度就越快。乳液颗粒小,还会带来成膜性好,光泽度高等其他方面的优势。

c、树脂玻璃化转发温度(Tg)

一般而言,树脂的Tg 越高,最终成膜的性能就越好。然而,对于干燥时间来讲,其趋势则基本相反。Tg 高的树脂,通常需要在配方时加入较多的成膜助剂,以便高分子在乳液颗粒间的相互渗透,促进成膜质量。而这些成膜助剂,需要足够的时间从体系中挥发,实际上会延长从表干到全干的时间。所以,从这Tg 这个因素来讲,干燥时间不成膜性能往往是相悖的。

d、乳液颗粒的相结构

取决于乳液的制备工艺,同样的单体组成可能会形成不同的颗粒相结构。被广为人知的核壳结构就是其中的例子之一。虽然一个乳液不可能所有的颗粒都做成核壳结构,但这个形象的比喻是人们对乳液的成膜性能可以有一个通俗的了解。如果颗粒的壳Tg 低,核Tg 高,那么该体系成膜助剂需求少,干燥较快,但由于成膜后连续相是低Tg 的树脂,漆膜的的硬度则会受到一定影响。相反,颗粒的壳Tg 高,则成膜需一定量的助剂,则膜的干燥速度会较前者慢,但干燥后的硬度会比前者高。

e、表面活性剂的种类和用量

常见的乳液在制造工艺中均采用一定的表面活性剂。表面活性剂对乳液颗粒有隔离和保护的作用,在颗粒相互融合的成膜过程中,特别是在初始阶段,即表干时有很大影响。而且,这些独特的化学品,在水和油相中均有一定的溶解度,溶在树脂中的部分其实会起到成膜助剂的作用。不同的表面活性剂,由于其在树脂中的溶解度不同,其成膜剂的作用也会不同。

2、树脂的固化机理

水性树脂成膜固化一般有几个层次上的机理。首先,乳液颗粒的聚集和融合,是所有乳液表干都必然经历的机理。然后,水和其他成膜助剂的挥发,使热塑性树脂本身的基本性能得以充分体现,是固化的第二个阶段。最后,某些乳液在制备时引入交联机理,或在涂料使用时引入交联剂,使膜的硬度在热塑性树脂的基础上进一步提高。最后这一步的交联机理,会对膜的最后固化速度和程度有很大的影响。常见的交联机理有氧化交联(如醇酸树脂的交联),麦克尔加成式交联(如一些自交联乳液体系),及亲核取代式交联(如环氧,聚氨酯等)。这些交联反应,都受温度,pH 等因素影响,在配方时应平衡体系的固化要求与其他性能的关系。

3、成膜助剂的用量和种类

从理论上讲,任何树脂的溶剂都是成膜助剂。在实践中,考虑到安全,成本,速度等因素,常见的成膜助剂也不过十几种,主要是一些高沸点的醇,醚及酯。这些成膜助剂对于不同的水性涂料工程师来讲又会各有偏爱。一般,某个有经验的工程师,常用的成膜助剂不过两三种。主要考虑因素是试剂在水和树脂之间的分配和在树脂颗粒内部的分配。特别是当水性树脂为多相树脂时,成膜助剂的选择和搭配即显得尤为重要。

4、施工环境

正因为水的特性,使得水性木器漆在施工环境上比油性漆要求要高一些,主要是尽量控制施工时的温度和湿度。通用配方的施工要尽量避免高湿环境。如果必须在高湿度下施工,应该对配方进行调整,或者选择成膜性快的树脂或者对现场实行隔离处理。

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