1 如何评估水性木器涂料的耐水性

针对不同的施工工艺、不同的应用领域、不同的技术要求，水性木器涂料耐水性的要求也不一样。总结起来，包括早期耐水性、长期耐水性、耐水白性、耐水白恢复性、耐沸水性等等。这既是对水性木器涂料耐水性的全面考核，也是对现实使用环境的模拟。
早期耐水性对户外水性木器涂料非常重要。早期耐水性是指涂膜中的溶剂还没有完全挥发掉，还没有完全挤压成致密的涂膜。对于乳胶漆而言，国标规定各项性能测试应该在涂膜制备14 d后，并且是在标准养护环境中，而对于水性木器涂料则没有明确规定多少天内的耐水性称之为早期耐水性。由于水性木器涂料往往采用高挥发速率的成膜助剂，涂料真正实干成膜体现完整涂膜性能，一般在7 d以内，所以7 d内的涂膜耐水性测试可以称之为“早期耐水性”。长期耐水性也很好理解，就是指涂膜干燥后的耐水性能，比如说户外水性木器涂料在今后的长期使用中会经受自然界的风吹雨打，日晒雨淋，必须要保持涂膜的完整性，不透水、不起泡、不开裂。耐水白性和耐水白恢复性是一对共生的指标，对于户内家具或者儿童木制玩具来说，耐水白性及恢复性比早期耐水性更加重要。木制家具上不小心洒上几滴生活用水，虽然过会儿水滴会挥发掉，但是却发现涂膜上留下了星星白点影响美观，这些白点有些过几天后能够消失，但是有些却一直在那里只是颜色稍微淡了些，这就是耐水白恢复性较差。单组分水性木器涂料很难做到完全没有水白，主要是因为水性树脂在生产过程中必然要添加亲水性助剂，而这些助剂并不会随着水和溶剂的挥发而离开涂膜，因此再次接触水后，水分子又能进入涂膜。由于水的折射率是1.33，而树脂的折射率往往在1.6左右，折射率差使得涂膜产生轻微遮盖，从而看起来发白。当涂膜表面的水分挥发后，进入涂膜的水分会再次从涂膜中逸出，但是这次的逸出没有了初次成膜时毛细管作用，并不是所有的水分子都可以跑出涂膜，如果残留的水分子太多，白色的雾影就会一直残留，那么水性木器涂料的耐水白恢复性就不好了。测试涂膜耐水性的方法，可以根据国标GB/T1733—1993《涂膜耐水性测定法》，也可以按照各自企业的测试方法，对不同的水性木器涂料耐水性做评估。有的时候只需要做平行试验比较出优劣，而不需要测试出定量的耐水性数据。通常的方法就是在玻璃上制备水性木器涂料涂膜，滴几毫升的水滴在上面，等水完全挥发后观察涂膜是否有起泡、脱落、发白等现象。也可以用润湿的滤纸或者纱布放置于涂膜表面，观察长时间接触水后的性能，还有就是把制备好的样板直接放置于水中，但是要注意好封边。

苛刻的耐水性指标是耐沸水性。其实这也是对生活场景的模拟。我们常常把水性木器涂料分为户内和户外，也通常把水性木器涂料分为立面和平面。对于立面上应用的水性木器涂料，由于水分不能长时间停留，对耐水性的要求并不是很高，比如说卧房家具和木门等等。但是对于餐桌和地板来说，耐水性要求要高很多，特别是餐桌，经常会有汤汁或者酒洒在上面，更普遍的现象是倒满开水的杯子不小心开水洒在桌上，如果及时擦去倒也问题不大，但是更多情况下是让水自然挥发掉，于是耐沸水性的挑战便被提出来了，这里的耐沸水不是耐蒸煮试验，不需要把木器放在锅内加热，让沸水持续不断地考验水性木器涂料，只需要试验者往烧杯中加入开水，在被测基材上倒一些沸水，然后将还有沸水的烧杯放置于涂膜上。烧杯在被测基材上放置15 min后，对涂膜进行耐水性评级。
 

2 影响水性木器涂料耐水性的树脂因素

水性木器涂料配方，特别是透明清漆的配方中，80%左右的成分是树脂或者说乳液，因此研究水性木器涂料用树脂或者乳液对于了解成品水性木器涂料的耐水性有更重要的意义。在乳液合成中，常常用到很多的单体，常规的是丙烯酸酯类或者甲基丙烯酸酯类的单体、苯乙烯、叔碳酸乙烯酯等等，酯类的单体由于不存在亲水性的羟基、羧基，从而具有较好的耐水性，在水性木器涂料中由于涂膜硬度要求较高，往往使用玻璃化温度较高的单体，比如甲基丙烯酸甲酯或者苯乙烯。为了提高乳液某些方面的性能，比如说附着力、流平性、颜料润湿性，或者在分子主链上引入一些可以交联的反应官能团，不得不加入具有某些亲水性基团的单体，比如丙烯酸、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酰胺等等。这些单体由于具有亲水性基团，使得合成后的乳液的耐水性也有所下降。

涂料用树脂可以通过3种方法实现水性化：，在树脂分子链中引入胺基(或羧基)，用酸(或碱)中和形成阳离子型(或阴离子型)树脂，能水溶或增溶分散于水中，可以称之为成盐法；第二，在树脂分子链引入一定数量的强亲水基团，如羧基、羟基、氨基、醚基、酰胺基等，自乳化而分散于水中，可以称之为自乳化法；第三种，外加乳化剂，形成双电层或者是具有空间位阻的胶束，将不溶于水的树脂稳定其中，可以称之为外乳化法。有时几种方式同时并用，以提高水性树脂的分散性和稳定性。在树脂中引入亲水性单体，使之成盐或者自乳化，对树脂的耐水性都有一定的影响，具体和单体的亲水性程度和添加的比例都有关系。外乳化法水性化的树脂，相比较于前两种拥有更好的耐水性和耐水白性。外加的乳化剂本质上也是一种同时具有亲水亲油基团的两性分子，亲水基团根据所带电荷的不同又分为阴离子、阳离子和非离子3类，但是毫无疑问这3类基团又都是亲水型。

外乳化法中乳化剂用量和添加时机的选择，有非常重要的作用。不同类型的乳化剂与用量大小直接影响着聚合反应速率、聚合物相对分子质量及其分布、聚合物乳液的稳定性等。若采用较多的乳化剂可以明显提高乳液聚合速率，且使乳液具有很好的稳定性，但是乳化剂的加入严重影响了涂膜的耐水性和水白性。因此选择合适的乳化剂类型以及尽可能地减少乳化剂的数量，对于提高水性树脂的耐水性有着非常重要的意义。在乳液聚合过程中，还有一种助剂必须要加入，那就是引发剂。目前市场上使用较多的是过硫酸盐化合物引发剂，引发剂通过自由基的交换，引起烯双键的加成共聚，本身在反应过程中并不消耗。较多的引发剂可以使得乳液合成的速率加快，分子量减小，乳液粒径变小，但是较多的水性引发剂残留同样也影响成品水性树脂的耐水性，加入多少引发剂并且在何时加入是乳液合成面临的关键问题之一，也可以采用一些油溶性的引发剂，具体看工艺要求。

近几年，新的乳液合成工艺也在不断得到应用，比如无皂聚合工艺和核壳聚合工艺。无皂聚合物乳液在反应过程中使用的是具有反应性官能团且能够参与聚合反应的乳化剂，完全不添加或仅添加微量的通常意义上的乳化剂，从而消除了传统乳液聚合中乳化剂带来的许多负面影响，特别是耐水性的影响。为了提高涂料的硬度，往往采用高玻璃化温度的乳液，但是随之而来的是需要添加更多的成膜助剂，一方面造成了成本的上升，另一方面有机挥发物VOC也随之增加。核壳结构工艺合成的水性乳液可以解决这方面问题，采用玻璃化温度较高的硬聚合物作为核，而用玻璃化温度较低的软聚合物作为壳，采用种子乳液法分两步或者三步聚合出内硬外软的乳胶粒子。如果进一步采用以双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和己二酸二酰肼(ADH)为交联单体，可以合成具有更好耐水性的室温自交联核壳结构丙烯酸酯乳液。酮肼自交联在存放期间，乳液维持微碱性，交联反应不发生；施工后，由于可挥发碱的挥发，体系转化为酸性，羰基和酰肼基在室温下缩合产生交联，能显著提高涂膜的致密性、抗拉强度、耐水性。如何通过乳液合成工艺提高涂料的耐水性需要广大原材料供应商深入研究，开发出性能良好的水性树脂，既降低成膜助剂用量，又提高水性树脂的耐水性及其他各项耐性，这是水性树脂未来的发展趋势。

 

3 影响水性木器涂料耐水性的其他因素

在水性木器涂料配方中，还有很多其他组分，它们的存在也不同程度地影响着水性木器涂料的耐水性。在半哑或者哑光清漆中，由于添加了亲水性的二氧化硅消光粉，一方面使得原本致密的涂膜由于有填料的存在而让水变得有隙可乘，另一方面由于亲水性二氧化硅表面很多硅醇基存在，使得水更易渗入涂膜从而影响水性木器涂料的耐水性。目前已经开发出哑光的水性木器涂料树脂，不需要添加消光粉就可以有半哑甚至全哑的效果。水性木器实色漆或者白漆中，需要添加颜料和填料，这时候就必须添加润湿剂和分散剂，一般选用HLB值较低即亲油性较强的表面活性剂和疏水改性过的聚丙烯酸钠盐或者铵盐来润湿分散水性木器涂料中的颜填料，同时对水性木器涂料的耐水性影响较小。增稠剂方面一般选用缔合型聚氨酯增稠剂而避免选择碱溶胀或者疏水改性碱溶胀类的增稠剂，因为前一种增稠剂只对乳液相增稠而后一种具有亲水基团对水相增稠从而影响耐水性。

从表1～表3分析可以看出，对于初期耐水性，4种表面助剂的表现都不理想，其中石蜡乳液在较多添加量的情况下表现好，可能与石蜡本身HLB值是0并且能够快速上浮到涂膜表面的原因有关。对于耐水白及恢复性，氟碳丙烯酸乳液和有机硅树脂乳液都具有较好的表现，而纳米二氧化硅疏水剂和石蜡乳液对耐水白及恢复性的帮助不是很大。对于长期耐水性，有机硅树脂乳液比其他3种表面助剂展现出更好的性能。

如果我们再做其他几项耐化学性指标测试，比如说水的接触角，会发现纳米二氧化硅疏水剂和石蜡乳液都有较大的接触角，但是它们的耐水性提高不明显。针对水性木器涂料的耐油性提高或者对溶剂油的接触角，毫无疑问氟碳丙烯酸乳液改性的水性木器涂料好，比其余3个要强很多。单纯从提高水性木器涂料耐水性的角度，有机硅树脂乳液是不错的选择。
 

5 结语

如何提高水性木器涂料的耐水性是推广水性木器涂料的难点之一，但又是不能够回避的问题。评估水性木器涂料耐水性的指标有很多，包括初期耐水性、耐水白及恢复性和长期耐水性等等，测试方法也各异，不管哪种方法都可以做平行对比试验。由于成膜物质树脂的水性化，不管采取何种方式都不可避免地引入亲水性基团，所以单组分水性木器涂料的耐水性始终不能够和溶剂型木器涂料相比。目前较好耐水性的单组分水性木器涂料乳液往往采用核壳结构的聚合工艺，并且引入自交联单体双丙酮丙烯酰胺，在乳液弱碱状态下保持稳定，在干燥过程中随着pH值变化开始交联。好的提高耐水性的方法还是引入外交联剂，反应掉亲水性基团形成大分子网状结构。水性木器涂料中的其他组分对耐水性也有部分影响，比如说颜填料的加入导致涂膜不够致密，以及一些助剂在调整涂料性能的同时引入了亲水基团，我们在设计涂料配方的时候应该有所选择。涂膜的干燥速度和施工工艺对耐水性同样有一定影响。表面助剂的加入对水性木器涂料初期耐水性、耐水白及恢复性、长期耐水性都有一定的帮助，单纯从耐水性角度看，有机硅树脂乳液添加入水性木器涂料后，耐水性有明显的提高。

其实推广水性木器涂料关键还是来自消费者观念的转变，如果我们总是用溶剂型木器涂料，甚至于溶剂型双组分木器涂料的技术标准去要求水性木器涂料，我们就很难推广它。无论水性树脂的合成技术多么领先，无论水性木器涂料的配方多么先进，总无法企及溶剂型双组分木器涂料的涂膜表现，如果所有消费者把环保健康放在位，在涂膜性能和表观上有所妥协，水性木器涂料还是大有前途的。此外，也许中国人习惯了几千年来的封建文化，大部分人都是相信权力强调服从，所以希望政府能够多出台促进水性木器涂料推广的法律或者行政命令。现在国内家具厂使用水性木器涂料大的动力来自于国外进口商强制要求使用水性木器涂料，国内市场的消费者却没有这样的要求，确实到我们该主动做点什么的时候了。