摘要：針對國內(nèi)外對木制工藝品玩具所用涂料要求的進一步提高，研制出符合各項性能測試要求的水性木制工藝品玩具漆系列產(chǎn)品，對產(chǎn)品配方設(shè)計、操作工藝、性能檢測、原材料選擇進行了詳細論述。
關(guān)鍵詞：水性木制工藝品玩具漆；配方與工藝設(shè)計；性能檢測；原材料選擇
0 引言
2007年廣東一玩具廠出口美國的玩具，檢測鉛含量超標(biāo)，結(jié)果被罰款2000萬美元，致使該廠老板自殺身亡；同年8月份，美國美泰公司向美國消費者安全委員會提出召回2200萬件中國產(chǎn)木制工藝品玩具。經(jīng)過調(diào)查，大規(guī)模召回玩具的原因之一亦為玩具所用涂料和油漆含鉛超標(biāo)，該事件對我國商品形象造成巨大影響，尤其給作為全國木制工藝品生產(chǎn)制造基地的浙江省經(jīng)濟造成巨大損失，這一系列事件迅速在全國范圍內(nèi)掀起巨大反響。
商務(wù)部立即對我國南方木制工藝品玩具市場展開整頓，嚴(yán)禁玩具生產(chǎn)廠家使用含鉛油漆。隨后國家商業(yè)部發(fā)出“綠色外貿(mào)”的通知。各項政策法規(guī)均促使木制工藝品玩具涂料涂裝市場更加迅速的向水性化方向轉(zhuǎn)變。
目前，我公司產(chǎn)品已根據(jù)市場發(fā)展情況，成功研制出水性木制工藝品玩具專用透明底面漆、半透明底面漆、實色底面漆等系列產(chǎn)品，令眾多木制工藝品廠家和木制玩具廠家擺脫了油漆的困擾。
1 實驗部分
主要針對要求更加嚴(yán)格的面漆展開分析。
1.1 面漆的制備
1.1.1 原材料
CYR乳液，PH調(diào)節(jié)劑，消泡劑，成膜助劑，流變助劑，乳液交聯(lián)劑，去離子水，顏料，潤濕分散劑，蠟乳液，增稠劑。
1.1.2 面漆配方（見表1）
表1 木制工藝品玩具用水性面漆配方
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原料名稱
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用量/份
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組分一
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CYR乳液
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70
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PH調(diào)節(jié)劑
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0.05
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消泡抑泡劑
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0.2
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成膜助劑
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3.5
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流變助劑
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0.2
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乳液交聯(lián)劑
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0.3
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組分二
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去離子水
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5
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消泡劑
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0.2
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PH調(diào)劑節(jié)劑
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0.05
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顏料潤濕分散劑
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1.5
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顏料
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15
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組分三
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蠟乳液
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3
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增稠劑
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1
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合計
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100
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1.1.3 面漆配制工藝
步：將組分一按順序在中速攪拌下加入，加完后高速攪拌20分鐘，分散均勻備用，PH值控制在7.5-8.5；
第二步：將組分二按順序在中速攪拌下加入，加完后高速攪拌20分鐘，分散均勻后進行研磨，研磨后細度＜25um；
第三步：將研磨好的組分二加入到分散好的組分一中，使用增稠劑調(diào)節(jié)涂料黏度至3000—4000cps（旋轉(zhuǎn)黏度計3＃12r）。
1.2 主要設(shè)備與儀器
1.2.1 試驗設(shè)備
電子天平；燒杯（500ml）；三用高速分散機；籃式砂磨機；溫濕度計。
1.2.2 檢測設(shè)備
1.3 涂膜的制備及性能檢測
1.3.1 涂膜制備及常規(guī)性能檢測
此產(chǎn)品選擇噴涂施工方法，按木制玩具常規(guī)施工程序進行：工件＞去塵＞拋光＞刮膩子＞噴道底漆＞打磨＞噴第二道底漆＞打磨＞補沙眼＞打磨＞噴面漆＞檢驗＞包裝；檢測使用兩種木材既樺木和桉木，漆膜在溫度23+2℃，濕度（55+5）﹪的恒溫恒濕條件中干燥96小時后檢測漆膜的光澤、硬度、附著力等基本性能。（檢測結(jié)果見表2）
1.3.2 漆膜抗粘連檢測
按國標(biāo)GB1762-80進行檢測。
在馬口鐵板上制備漆膜，涂刷后于恒溫恒濕條件下干燥48小時。將濾紙片光面朝下置于距樣板邊緣不少于1厘米處的漆膜上，放入調(diào)溫調(diào)濕箱，將在溫度40±1℃、相對濕度80±2%條件下預(yù)熱的回粘性測定器放在濾紙片的正中，關(guān)上調(diào)溫調(diào)濕箱。5分鐘內(nèi)升到溫度40±1℃、相對濕度80±2%，在此條件下保持10分鐘。迅速垂直向上拿掉測定器，取出樣板。在恒溫恒濕條件下放置15分鐘，用四倍放大鏡觀察結(jié)果。用濾紙片能否自由落下，纖維粘連面積大小作為評級標(biāo)準(zhǔn)。
我公司產(chǎn)品按上述方法進行檢測，樣板倒轉(zhuǎn)，濾紙片能自由落下，達到國標(biāo)1級標(biāo)準(zhǔn)。
1.3.3 按美國新要求檢測
針對中國出口產(chǎn)品，美國方面再次提高質(zhì)量要求，重金屬含量備受關(guān)注，時至2008年美方進口商又提出中國出口的木制玩具必須通過新要求，（新要求：1.重金屬鉛含量檢測為0；2.木制玩具成品實用性檢測：本檢測分三步，步，取玩具一至兩套，拆包裝，將玩具放入2立升紙箱內(nèi)，強力震蕩5分鐘，取出。第二步，將取出的玩具放入清水中浸泡10分鐘，取出，用干毛巾擦干，使用螺絲刀加5牛頓力，刮拭涂膜表面。第三步，立即重復(fù)步，取出放置4小時，同樣使用螺絲刀刮拭涂膜。標(biāo)準(zhǔn)以不大面積掉漆為準(zhǔn)。我公司產(chǎn)品完全按照美國新要求進行操作，敲擊后棱角有輕微破損，后經(jīng)耐水實驗通過，經(jīng)過三步檢測通過。
表2 產(chǎn)品性能檢測表
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項目
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技術(shù)要求
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產(chǎn)品性能檢測結(jié)果
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揮發(fā)性有機化合物的含量（VOC）限值
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≤250g/L
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38.4g/L
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鹵代烴（以二氯甲烷計）/(mg/kg)
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≤500
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未檢出
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苯、甲苯、二甲苯、乙苯的總量/（mg/kg）
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≤500
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未檢出
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甲醛/（mg/kg）
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≤100
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64
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鉛/（mg/kg）
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≤90
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未檢出
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鎘/（mg/kg）
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≤75
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未檢出
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鉻/（mg/kg）
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≤60
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未檢出
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汞/（mg/kg）
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≤60
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0.014
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在容器中的狀態(tài)
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無硬塊，攪拌后呈均勻狀態(tài)
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無硬塊，攪拌后呈均勻狀態(tài)
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細度/μm ≤
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40
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25
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不揮發(fā)物/% ≥
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30
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45
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干燥時間≤
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表干/min
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單組分：30
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10
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實干/h
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單組分：6
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1
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貯存穩(wěn)定性（50℃/7天）
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無異常
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無異常
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耐凍融性
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不變質(zhì)
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不變質(zhì)
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涂膜外觀
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正常
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正常
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光澤（60o）
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商定
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達到客戶要求
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打磨性
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易打磨
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易打磨
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硬度（擦傷） ≥
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H
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H
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附著力（劃格間距2mm）/級 ≤
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1
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1
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抗粘連性（500g,50℃/4h）
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MM:A-0 MB:A-0
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MM:A-0 MB:A-0
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耐水性
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耐水性（24h）
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無異常
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無異常
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耐沸水性（15min）
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無異常
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無異常
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耐堿性（50g/L，NaHCO3,1h）
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無異常
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無異常
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耐醇性（50%，1h）
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無異常
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無異常
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表3 我公司的水性工藝品玩具漆與市場上同類產(chǎn)品相比的技術(shù)優(yōu)勢：
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項目
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我公司的產(chǎn)品
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市場上的同類產(chǎn)品
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表干（min）
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10
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15-25
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實干（h）
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1.0
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2-3
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細度（μm）
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25
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35-40
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不揮發(fā)物（%）
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45
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40-45
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2 結(jié)果與討論
水性木制工藝品玩具漆與常用的溶劑型涂料不同，是以水為分散介質(zhì)和稀釋劑的涂料，其配方體系更加復(fù)雜。配方設(shè)計時，不僅要關(guān)注基料的類型與性能，還需要合理選擇各種助溶劑并考慮到各成分之間的相溶性，才能進行合理搭配。有時還要針對特殊要求選用一些特殊添加劑，終形成適用的配方。
2.1 基料
水性木制工藝品玩具漆面漆的配方中，基料即自交聯(lián)聚氨酯改性乳液占80%以上，好在90%。因?qū)嵣嶂杏胁糠诸伭虾吞盍�，基料的用量相�?yīng)要降低，一般在70%～80%。由于乳液的固體份較低(一般在40%左右)，配方設(shè)計時應(yīng)盡量提高基料的用量，使得漆液中的有效成膜物含量盡可能多，這樣才能保證制成的漆一道涂裝漆膜較厚，豐滿度高。而本配方中使用乳液的固體份較高，且有顏料加入，可適當(dāng)降低基料用量，加入70%即可。
2.2 助劑的影響及選擇
2.2.1 PH調(diào)節(jié)劑
因水性木制工藝品玩具漆只有在微堿性條件下才能穩(wěn)定，當(dāng)pH值過高或過低時，漆液可能會產(chǎn)生絮凝、沉淀、返粗、施工性能惡化等現(xiàn)象，乳液的pH值為7.5～8.5時不必再用pH調(diào)節(jié)劑, 否則制漆過程中要加0.05～0.1%的pH調(diào)節(jié)劑,將漆液的pH值調(diào)至7.5～8.5。
2.2.2 消泡劑
漆液在生產(chǎn)、泵送、罐裝、涂裝過程中會產(chǎn)生氣泡，消泡劑可使漆中的氣泡會逸出漆面而破裂，避免使涂膜產(chǎn)生魚眼、縮孔等缺陷。所以消泡劑是水性木制工藝品玩具漆中重要的助劑之一。消泡劑的用量以能基本消除氣泡為原則, 不可過度追求消泡效果, 以免出現(xiàn)副作用。消泡劑的用量占整個配方的0.05%～0.5%,好在0.3%左右，對超過0.5%才有好的消泡效果的情況, 應(yīng)考慮更換消泡劑。
本配方中使用的BYK-024消泡劑成份為破泡聚合物和聚硅氧烷混合物，有優(yōu)異的長效穩(wěn)定性，在水性涂料生產(chǎn)和應(yīng)用時極為有效，對顏色接受性和光澤無影響，且分階段加入，使消泡效率得以進一步提高。
2.2.3 成膜助劑
構(gòu)成乳液的聚合物通常有較高的低成膜溫度(MFFT)。在低溫高濕的環(huán)境下，往往容易導(dǎo)致涂膜成膜性能差、出現(xiàn)開裂、發(fā)白、光澤低甚至粉化等現(xiàn)象。為了避免上述涂膜缺陷的產(chǎn)生，使乳液粒子很好地融合成為均勻的漆膜必須使用成膜助劑降低低成膜溫度。成膜助劑的量取決于配方中乳液的用量和MFFT。乳液用量大以及聚合物的MFFT高，成膜助劑的用量要大，反之用量少，成膜助劑的佳用量為低溫(10℃左右或更低)涂裝能形成不開裂、不粉化的均勻漆膜時的加量。多數(shù)成膜助劑是涂料VOC的重要組成部分，因此成膜助劑應(yīng)該用得越少越好。成膜助劑的用量達乳液的15%或更多是不可取的，應(yīng)考慮更換成膜助劑再試。成膜助劑的成膜效果受環(huán)境溫濕度，涂料中溶劑與水的揮發(fā)速度，成膜助劑的種類等多種因素的影響，配方設(shè)計時應(yīng)全面考慮影響因素。
本配方設(shè)計時，綜合考慮各方面的影響因素，根據(jù)聚合物種類選擇成膜助劑品種，依據(jù)揮發(fā)速度的不同，選擇3種成膜助劑互相搭配，通過調(diào)整三者的比例，使其適應(yīng)不同環(huán)境條件下成膜性的要求。
2.2.4 流變助劑
流變助劑提供高剪切條件下的流平效果，使涂刷后的漆液能盡快流平，減少刷痕，但是隨著時間的推移這種流平作用減弱，漆膜固定，又可避免漆液在垂直面上產(chǎn)生流掛。
流變助劑的用量通常為漆總量的0.1%～1.0%。有些流變助劑有增稠作用，使用量更不能太大。
2.2.5 去離子水
一般不超過15%，主要作用是調(diào)節(jié)粘度，改善施工性能，或用來溶解某些組分，配制漆時利于物料添加混合。
2.2.6 蠟乳液
蠟乳液要加至配方總量的2%～8%才會有明顯的效果, 過多的蠟乳液影響漆膜強度并降低層間附著力, 用量為3～5%好。
2.2.7 增稠劑
增稠劑提供低剪切條件下的粘度。漆液粘度大，一次涂裝成膜厚，漆膜豐滿度高。更主要的是可防止高粘度配方漆中固體組份的沉降, 這對實色漆來說是十分重要的，否則漆在貯存時會發(fā)生沉淀、分水等弊病。
增稠劑的用量控制在0～0.5%，并且要用水或成膜助劑稀釋后添加，以利于迅速分散，防止絮凝和結(jié)塊。
2.3 顏料和填料
實色漆中，以白漆為例，鈦白粉用量要能保證漆膜有足夠的遮蓋力,鈦白粉的用量不應(yīng)低于13%,但也不必高于22%，這種情況與溶劑型白漆是一樣的。配方中有顏料時要加入顏料總量2～10%的潤濕分散劑幫助顏料的分散。
3 結(jié)論
我公司水性木制工藝品玩具漆系列產(chǎn)品的研制成功，不僅拓展了木制工藝品玩具的市場空間，增強了木制工藝品玩具的市場生存能力，解決了木制工藝品玩具生產(chǎn)廠家的燃眉之急，還為水性木器漆的進一步發(fā)展提供了必要的技術(shù)儲備和理論支持。對促進國內(nèi)水性木制工藝品玩具漆乃至水性木器漆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，起到了積極的推進作用。
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