水性漆高硬度易打磨,上海六链DP水漆创新突破!

水性漆高硬度/易打磨，上海六链DP水漆创新突破！
陈正林：DP水漆之父；中国水漆全产业链模式缔造者；中国汽车非金属水性漆开创者；全球汽车密封高分子材料专家。

木器漆对木材有很好的保护作用, 延长其使用寿命，还具有装饰美化木材的作用。

目前使用的溶
剂型木器漆, 含有大量有毒有害溶剂，在使用过程中对人体健康造成严重危害，对环境空气也造成极
大污染。

欧美等发达的工业国家早已制定法律, 限制有机挥发物(VOC)排放量, 减少对大气的污染。

我国是木器漆的生产和消费大国，每年有数百万吨的有机溶剂排放到大气中，污染大气、水和土壤，
这个问题已经成为中国当下重大问题之一。

水性漆以水为介质，有机挥发物的排放比溶剂型漆要少得多，如果以水漆代替油漆，势必大大
减少大量有毒有害物质的排放。

随着水性木器漆技术的进步，单组份水性漆的性能越来越好，漆膜柔韧、透明度高、干燥快、
附着力好、漆膜细腻柔和美观，在漆膜丰满度、耐水抗化性、硬度和抗划伤上面也都有显著的提升，
完全可以满足立面柜子、墙板、书架、展柜、床等立面系统的家具涂装需求。

目前，单组份水性木
器漆在松木儿童家具和户外漆上应用的十分成熟，已占据了一半以上的市场份额。

但是，在平面家
具领域，由于受到水性树脂性能所限，单组份水性漆还无法达到平面家具的性能要求，特别是目前
单组份水性漆的树脂主要还是丙烯酸酯树脂为主，其成膜性不好，耐磨及抗化学性，漆膜气候同步
性较差，硬度较软，丰满度几乎无，综合性能一般，施工易产生缺陷。

水性PU聚氨酯硬度高，耐水
耐化学品性强，手感细腻，适合做高光高透的产品。

对此，我采用PU聚氨酯技术路线，从水性聚氨酯树脂合成入手，优选具有高自交联性的水性
聚氨酯树脂作为水性漆的成膜物质。

我在研究中发现，水性聚氨酯所配制的水性漆在硬度、手感、
丰满度方面性能较好，但初期耐水和耐溶剂方面的性能仍旧较差。

针对此问题，我着重研究了成膜
过程膜的闭合状态对漆膜硬度的影响，即成膜过程留下的大量“通道”对漆膜最终硬度性能的影响。

水性木器漆的成膜过程
一般的理论认为，水性木器漆的硬度由树脂本身硬度决定，玻璃化温度越高，成膜的硬度也越大。

经过多年的研究，我认为，水性木器漆的硬度除了树脂本身的玻璃化温度外，漆膜的致密度即
漆膜表面“通道”的封闭率也是个决定性的因素。

从这个观点出发，双组份水性木器漆由于加入大
量固化剂，较好地解决了“通道”的封闭问题，所以其硬度耐性往往比单组份木器漆高多个数量级。

从微观结构看，漆面虽然成膜，但仍存在大量的微通道。

这些通道孔径比水分子大好几个数量级，在外界水分子浓度较高的情况下，水分子将吸附到水分较低的漆膜表面，并通过毛细管作用从
通道渗入到漆膜内部。

即单组份水性木器漆在成膜过程中及成膜完成后，在漆膜中会留下大量的“通道”，这些“通道”通过毛细管作用将漆膜内部水分输送到漆膜表面，使之挥发到空气。

但这
些“通道”并不会在成膜完成后自动消失，而是一直存在着。

这些与外界相连的“通道”由于和外
界空气存在的湿度差，所以一直保持着呼吸状态，当外界湿度大时，水汽吸附到漆膜表面并渗入到
漆膜内部。

当外界湿度小时，漆膜内部的水汽就顺着“通道”挥发到漆膜表面。

从微观角度来看，
伴随着呼吸的同时，漆膜不断地处在收缩—膨胀的循环过程，由于水分子的增塑作用，漆面硬度下降，过程如下图。

水性木器漆“通道”的形成主要是由本身的成膜机理所决定的，由粒子堆积所产生的粒子间缝隙并非处于完全闭合状态。

确切地说，是一种闭合——开放的可逆状态。

如同开关，某种条件下其呈关闭状态，而条件改变，会转化为开放状态。

这个条件就是综合了温度、湿度等外界环境和漆膜内部环境的差异性。

这种差异性为何会导致“通道”闭合状态的转变呢？这个要从水性漆的分子结构来分析。

水性漆的成膜物质是水性树脂，为了使水性树脂具有较好的亲水性，其分子结构上往往接入较多亲水基团。

这些亲水基团一般是离子型的，基团之间存在着离子键合作用，相互吸引并团聚成离子簇。

离子簇是很强的亲水中心，容易吸水并发生离解作用，使得离子簇大幅膨胀，“通道”打开，外界水汽容易渗至漆膜内部。

如下图。

随着表面“通道”被打开，水分子的进入进一步导致了漆膜内部离子簇被离解并被溶胀，所以水分子是从表层逐次往内部渗透并溶胀漆膜，导致漆膜的硬度从表面开始下降。

从以上分析可以看出，如果要提高漆膜的硬度、耐水、耐溶剂性等性能，最根本的办法是消灭“通道”，消除离子簇的可逆闭合行为。

如何封闭“通道”，是保证单组份水性木器漆硬度稳定的关键，大体上有三种方式：
一、提高树脂的交联密度
该方法的思路是，随着涂料水分挥发，树脂粒子相互靠近并挤压后，分子链上的官能团开始反应并交联，提高了分子间的交联密度，达到封闭“通道”的目的。

二、提高漆膜表面的交联密度 该方法的思路是，涂料成膜后在外界物质的作用下，涂料表面的树脂上某些特定的官能团发生交联反应。

如某些不饱和脂肪酸改性的水性聚氨酯成膜后，其表面经过空气和催干剂的共同作用，可以形成致密的氧化膜，提高了漆膜的耐水、耐化学品和硬度。

三、提高漆膜表面的拒水性
该方法的思路是，涂料在成膜过程中，其中的某些化学组分或添加剂可以随着水分的挥发上浮到漆膜表面，并在表面形成一层致密的拒水层，由于表面张力的作用，内部的水分可以从拒水层挥发到空气中，而空气中的水分无法进入拒水层进入漆膜中。

自交联
空气氧化
综上所述，为了避免单组份水性木器漆由于存在“通道”呼吸导致漆膜变软，维持漆膜硬度的稳定性，通过DP 水漆技术提高树脂的交联密度、漆膜表面的交联密度和漆膜表面的拒水性，可以较好地解决“通道”封闭的问题。

高自交联的水性聚氨酯在漆膜成膜过程中，通过分子间的化学反应形成高度交联，从而对水性聚氨酯分子形成“锚固”作用，并在一定程度上封闭了漆膜中的“通道”，阻止水分子和其他化学分子的侵入。

在保证木器漆的硬度、丰满度和较好的通透感外，解决了初期耐水耐溶剂较差的问题。

我的技术人员通过大量的对比优选，找到一种在常温下稳定存储且可成膜自交联的的水性聚氨酯树脂，通过配方优化制备了性能优异的单组份水性木器漆，性能基本达到了目前市面上双组份水性木器漆技术指标。

按相同的配方对比了不同树脂下水性木器漆的耐水性，发现在漆膜养护2周后，自交联水性聚氨酯木器漆的漆膜耐水比普通的要好很多，水在漆膜表面2h 后，前者基本无痕迹且表面仍维持一定的硬度，而后者有明显的溶胀，漆膜明显变软，说明水分子已经侵入到漆膜中，导致漆膜吸塑膨胀，如下图。

从其他介质（酒精、醋、碱水、咖啡等）的测试对比，我仍然发现高自交联的水性聚氨酯配制的漆比普通水性聚氨酯配制的漆在耐性上要好很多，交联度越高，耐性越好，显示出完全的正相关关系。

通过多年潜心于汽车水性漆技术研究，我现将具有核心自主知识产权的PUDRAFT 技术引入到PUD 树脂合成当中，目前应用到了水性木器漆领域，大幅度提高了水性聚氨酯的物理性能，也使六链在水性木器漆技术上有了新的积累和突破。

我期盼，国内更多的同行关注我提出的“水性木器漆膜通道理论”，研究出更多的突破性材料，共同推动中国水性木器漆全面发展，早日造福人民。

普通水性PU 高自交联水性PU 2h
普通水性PU 高自交联水性PU
发白 无明显变化
陈正林：DP水漆之父；中国水漆全产业链模式缔造者；中国汽车非金属水性漆开创者；全球汽车密封高分子材料专家。