影響水性涂料干燥速度的主要原因是樹脂！
文/楊柳
快干是最常聽到的客戶對水性涂料的要求。由于其分子結構的獨特性，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別。在水性涂料領域，這個特性集中體現在，由于水的蒸發熱高，水的蒸發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，并隨季節變化大，水的蒸發速度隨之發生變化。最嚴重時，如果空氣相對濕度達到100%時，水的蒸發會停止，而非水溶劑則不受此因素影響。
雖然，水性涂料面臨以上所述技術挑戰，但由于其環保特性，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，體系粘度增大，直至成為固體，從體系的機械性能來講，是一個連續的過程。而水性乳液則是一個雙相體系，隨著水的蒸發，體系粘度起始時變化不大，但當乳液顆粒的體積占總系統體積達到一臨界值時，系統突然從業態變為固態，是一個不連續的過程，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，取決于系統中殘留水分的蒸發速度，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速度。為了實現系統的優化，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節的困難增大。
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勢。
c.樹脂玻璃化轉變溫度（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，促進成膜質量。而這些成膜助劑，需要足夠的時間從體系中揮發，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.乳液顆粒的相結構：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構。被廣為人知的核殼結構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構，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.樹脂的固化機理：
水性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歷的機理。然后，水和其他成膜助劑的揮發，使熱塑性樹脂本身的基本性能得以充分體現，是固化的第二個階段。最后，某些乳液在制備時引入交聯機理，或在涂料使用時引入交聯劑，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。常見的交聯機理有氧化交聯（如醇酸樹脂的交聯），麥克爾加成式交聯（如一些自交聯乳液體系），及親核取代式交聯（如環氧，聚氨酯等）。這些交聯反應，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.施工環境：
在本文開始時我們討論了水的問題。正因為水的特性，使得水性涂料在施工環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境。如果必須在高濕度下施工，應該對配方進行調整，或者選擇成膜性快的樹脂或者對現場實行隔離處理。
