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水性漆樹脂干燥速度快怎么回事？是什么原因？

作者：常州斯賽瀏覽：112 發(fā)布日期：2021-07-26

快干是最常聽到的客戶對水性漆樹脂涂料的要求。由于其分子結(jié)構(gòu)的獨特性，即分子間極強的氫鍵作用，特性與絕大部分有機溶劑有著明顯的區(qū)別。在水性涂料領域，這個特性集中體現(xiàn)在，由于水的蒸發(fā)熱高，水的蒸發(fā)速度要比常見的涂料溶劑慢十幾倍甚至幾十倍。而且，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。

最嚴重時，如果空氣相對濕度達到100%時，水的蒸發(fā)會停止，而非水溶劑則不受此因素影響。雖然，水性漆樹脂面臨以上所述技術(shù)挑戰(zhàn)，但由于其環(huán)保特性，必然會成為涂料領域重要的一員。隨著過去十幾年水性涂料工作者的不懈努力，水性涂料技術(shù)日趨成熟。以下就影響水性涂料干燥速度的主要因素，及配方時可采取的相應措施進行討論。1.樹脂的選擇：像所有涂料一樣，水性涂料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，該體系的成膜機理與溶劑型涂料不同。

溶劑型樹脂與溶劑形成單相體系，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，但當乳液顆粒的體積占總系統(tǒng)體積達到一臨界值時，系統(tǒng)突然從業(yè)態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，是一個不連續(xù)的過程，這一臨界點是水性涂料表干的開始，因此水性涂料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，及體系中其它有機小分子的揮發(fā)速度。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，制作水性漆配方時，應從以下幾個方面對樹脂進行選擇：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，通常其流變性能較差，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)變溫度（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，干燥時間與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，這些獨特的化學品，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.水性漆樹脂的固化機理：水性漆樹脂成膜固化一般有幾個層次上的機理。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上進一步提高。最后這一步的交聯(lián)機理，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，都受溫度，pH等因素影響，在配方時應平衡體系的固化要求與其他性能的關系。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：正因為水的特性，使得水性涂料在施工環(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，應該對配方進行調(diào)整，或者選擇成膜性快的樹脂或者對現(xiàn)場實行隔離處理。

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