杨秀奇，夏正明
（珠海展辰新材料有限公司，广东珠海 519090）
摘 要：研究了水性单组分木器涂料在立面喷涂施工时，流变助剂给漆膜带来的防流挂、流动流平效果。结果显示，不同类型的流变助剂会给水性涂料带来不同的抗流挂能力和不同的流动流平特性。在低粘度立面施工的情况下，通过甄选流变助剂的种类和使用量，可以使水性涂料在拥有抗流挂性能的同时，得到优异的流动性。
关键词：流变助剂，抗流挂，水性，木器涂料
Exporation on Anti-sagging Resistance of Rheological Additives in Waterborne Wood Coatings
YANG Xiu-qi，XIA Zheng-ming
(Zhuhai Zhanchen New Materials Co., Ltd., Zhuhai 519090, Guangdong, China)
Abstract：This paper studies the effect of rheological additives on anti-sagging and flow leveling of waterborne one-component wood coatings during vertical spraying. The results show that different types of rheological additives can bring different anti-hanging ability and different flow leveling characteristics to waterborne coatings. Waterborne coatings can obtain excellent flow leveling as well as anti-sagging performance by selecting the type and amount of rheological additives in the condition of low viscous vertical construction.
Key words：rheological additives，anti-sagging，waterborne，wood coating
前言
伴随着环保法规的健全和推进，以及人们健康环保意识的不断提高，水性木器涂料在木家具行业备受关注，得到了突飞猛进的发展。水性涂料是以水作为溶剂和分散介质，除去成膜物质和常规助剂，流变助剂是水性涂料中极为重要的组成成分。区别于传统的溶剂型涂料，水性涂料具备高假塑性，高触变性等特征。木家具结构复杂，造型各异，对涂料的施工性能要求极为严格。施工性能指的是涂料在家具涂装过程中表现出的较为关键的工艺参数，如喷涂雾化性、抗流挂性、流平性等。水性涂料的黏度较低，调节涂料的黏度，确保涂料的施工性能，在涂料生产与施工应用过程中，流变助剂必不可少。本文主要通过实验研究亲水性气相二氧化硅、水性有机蜡和水性膨润土三类流变助剂在抗流挂方面的特征性能[ 1 ]。
1 实验部分
1.1 主要原材料及仪器设备
主要原材料见表1-1。
表1-1 主要原材料
Table 1-1 Major Materials
主要仪器设备：粘度杯：DIN 4mm流杯；斯托默粘度计；高速分散机；流挂仪；流变仪；超声波测厚仪；电子秤；喷枪等。
1.2 实验漆样的制备
1.2.1 设定同增稠剂添加量，同流变助剂有效添加量，测定AS-7001、AS-7002、AS-7003三种流变助剂对涂料参数的影响。实验漆样空白，TC-01，TC-02，TC-03的配方如表1-2所示。
按照表1-2的配方配漆，依序加入ZC-2019、DPM、DPnB、WL-6001、FC-8001、HEUR-01、FC-8002、MT-9001、AS-7001/AS-7002/AS-7003、水分散至刮膜无缩孔。漆样使用300目滤布过滤后，待测。
表1-2 空白/TC-01/TC-02/TC-03的配方
Table 1-2 Formulation of Blank/TC-01/TC-02/TC-03
1.2.2 设定同DIN 4mm流杯粘度50-60秒，同流变助剂有效添加量0.3%，实验漆样TC-01+，TC-02+，TC-03+的配方如表1-3所示。
按照表1-3的配方配漆，依序加入ZC-2019、DPM、DPnB、WL-6001、FC-8001、FC-8002、MT-9001、AS-7001/AS-7002/AS-7003分散至刮膜无缩孔, 调节HEUR-01和水的添加量，使漆样的DIN 4mm流杯粘度满足50-60秒。漆样使用300目滤布过滤后，待测。
表1-3 TC-01+/TC-02+/TC-03+的配方
Table 1-3 Formulation of TC-01+/TC-02+/TC-03+
1.2.3 设定同DIN 4mm流杯粘度50-60秒，同流变助剂有效添加量0.7%，实验漆样TC-01++，TC-02++，TC-03++的配方如表1-4所示。
按照表1-4的配方配漆，依序加入ZC-2019、DPM、DPnB、WL-6001、FC-8001、FC-8002、MT-9001、AS-7001/AS-7002/AS-7003分散至刮膜无缩孔, 调节HEUR-01和水的添加量，使漆样的DIN 4mm流杯粘度满足50-60秒。漆样使用300目滤布过滤后，待测。
表1-4 TC-01++/TC-02++/TC-03++的配方
Table 1-4 Formulation of TC-01++/TC-02++/TC-03++
1.3 实验样板的制备
1.3.1 抗流挂样板的制备
实验漆样经过养护后，使用流挂仪在干净的黑白纸上平面制膜，然后立面放置干燥，待测。为了便于观测效果，在漆样内添加1%红色浆。
1.3.2 喷涂样板的制备
实验漆样经过养护后，使用W-71喷枪平面喷涂，涂布量130±10g/m²，然后立面放置干燥，待测。基材为辊涂过UV透明底漆的樱桃木皮板。为了便于观测效果，在漆样内添加1%红色浆。
2 结果与讨论
2.1 三类流变助剂对涂料的影响
漆样空白，TC-01，TC-02，TC-03的涂料参数见表2-1。除喷涂环境温度和粘度曲线测试温度外，所有漆样和涂料参数均是在恒温恒湿室内养护和测定的，室内设定值，温度25℃，湿度50%。
表2-1 空白/TC-01/TC-02/TC-03的参数
Table 2-1 Specifications of Blank/TC-01/TC-02/TC-03
本实验的目的是对三种流变助剂的性能进行摸底，观测其对消光粉的防沉降、对施工粘度的影响以及抗流挂能力。从表2-1可以看出，三类流变助剂对于防止消光粉的沉降有明显助益。在分散性方面，膨润土制成水浆后向涂料中添加最易分散，对细度无影响。气相二氧化硅即使预先分散成水浆，在涂料中分散也是较为困难的，对细度的影响较大，这种影响在面漆中是很难被接受的。三类流变助剂在同添加量时，有机蜡类是对涂料粘度影响最大的，气相二氧化硅和膨润土的影响较小，膨润土类甚至会破坏涂料原有的增稠结构，导致涂料粘度下降。
从抗流挂等级可以看出，三类流变助剂均可以增加涂料的抗流挂能力。
2.2 三类流变助剂对涂料抗流挂能力的影响
因为木器涂料在家具厂现场施工的过程中，一般采用流杯秒数作为施工粘度的控制指标，所以我们在实验设定时，将流杯秒数作为所有实验样品的基准参数。从表2-2可以看出，漆样的DIN 4mm流杯粘度均在55±3秒之内。
表2-2 TC-01+/TC-02+/TC-03+/TC-01++/TC-02++/TC-03++的参数
Table 2-2 Specifications of TC-01+/TC-02+/TC-03+/TC-01++/TC-02++/TC-03++
2.2.1 涂料的流动曲线和触变性3ITT曲线
结合表2-2和图2-1可以看出，六种漆样均有明显的剪切稀化特点，这种特点有利于喷涂雾化和流平。膨润土可有效增加涂料静态下的黏度，且随着添加量的增加带来明显的触变性。气相二氧化硅可有效保持涂料在高剪切下的黏度，具有较弱的触变性。从流动曲线中，看不出有机蜡对触变性有任何贡献。一般来说，有触变性的涂料更有利于施工，也有利于实现防流挂与流平的平衡。
图2-1 漆样的流动曲线和触变性3ITT曲线
Fig. 2-1 Flow Curves and Thixotropy Curves of Samples
2.2.2 刮膜抗流挂等级
从表2-2和图2-2极易看出，TC-02++与TC-03++的抗流挂效果最佳。随着气相二氧化硅、有机蜡、膨润土有效含量的增加，涂料的抗流挂等级也随之提升。有机蜡带来的抗流挂效果最为突出，膨润土次之，气相二氧化硅效果较弱。
图2-2 刮涂的抗流挂效果
Fig. 2-2 Anti-sagging Effect of Scraping
2.2.3 喷板抗流挂
结合表2-2中的涂布量数据和图2-3的实际效果TC-02++与TC-03++的抗流挂效果最佳，也同样说明了有机蜡和膨润土在水性涂料中抗流挂能力突出，气相二氧化硅的抗流挂能力尽管效果较弱，但随着添加量的增大，也在明显提升。
图2-3 喷涂的抗流挂效果
Fig. 2-3 Anti-sagging Effect of Spraying
2.2.4 涂膜厚度
如表2-3所列是使用超声波测厚仪测定的喷涂样板各位置上的漆膜厚度[ 2 ]，从数值的变化规律我们可以看出，使用气相二氧化硅与有机蜡的涂层上下部位的漆膜厚度差极小，而使用膨润土的涂层上下部位的漆膜厚度有明显的差异；同时，使用有机蜡的涂层最厚，使用气相二氧化硅的涂层最薄。根据这一现象进行分析，在相同的流杯粘度下，使用气相二氧化硅的湿膜具有较强的流动性，而使用有机蜡的湿膜流动性极弱或者无流动性，使用膨润土的湿膜居中。
表2-3 样板不同区域的干膜厚度
Table 2-3 Dry Film Thickness in Different Regions of the Sample
3 结语
本文仅是简单的对三种流变助剂做了抗流挂性能的研究和梳理，而实际具有抗流挂能力的流变助剂种类还有很多，并且在配方设计中对流变特性的考虑也会更繁杂。实际涂料配方中，单一使用一种流变助剂的情况很少，一般需要两种或更多种类的流变助剂进行复合搭配，方可满足施工对流变性能的需求[ 3 ]。只有不断的研究各类流变助剂，并明确熟知其流变特性，再在配方设计的过程中结合实际的生产设备、施工环境、工件特点等，不断的尝试与验证，才能最终确认出适合涂装需求的涂料配方。
参考文献
[ 1 ] 刘锋，夏正明. 立面抗流挂水性清面漆中流变助剂的探究与筛选[J]. 中国涂料, 2019, 34(7):18-24.
[ 2 ] 樊庆春, 童身毅. 涂料流平性与流挂研究进展[J]. 中国涂料, 2012, 27(4):26-29.
[ 3 ] 季兴宏. 水性涂料流变助剂的作用机理及研究进展[J]. 中国涂料, 2018, 33(10):27-31.
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