0 前言
随着时代的发展和生活水平的提高，人们的审美观点也在变迁，对木器涂料涂膜的要求从越亮越好、越硬越好，发展到目前希望涂膜具有一定的哑光度并且有良好的手触感。目前市面上销售的木器涂料面漆基本都是半哑光泽，一方面显示出木制家具的典雅高贵，另一方面半哑光泽对涂膜的透明清澈度影响不大。目前在中国国内市场应用的木器涂料特别是家具用木器涂料还是以双组分聚氨酯涂料为主，应用在这一体系中的各种消光材料，特别是二氧化硅类的消光材料的应用技术已经非常成熟了，价格也非常便宜，本文就不予讨论了。
1 应用于水性木器涂料中的消光材料
1 应用于水性木器涂料中的消光材料
近几年，作为未来木器涂料发展方向的水性木器涂料在国内越来越受到重视，如何在水性木器涂料中实现完美消光就成为一个重要的议题。从消光原理看，我们使用的消光材料之所以能够消光是因为它在光洁平滑的涂层表面制造了微小的粗糙度，使得入射光线发生漫反射而不是镜面反射，从而具有哑光的效果（如图1）。表面粗糙度越大，漫反射越厉害，光泽度越低。
众所周知，任何固体粉料的加入几乎都会影响 涂膜表面的反光效果。如果是在白色涂料或者是实色涂料体系（所谓的“浑水漆”）中消光，普通填料也可以实现良好的消光效果（如图2）。比如说加入些超细的重质碳酸钙或者滑石粉等等，既可以消光，又不存在影响涂膜透明性的问题，因为浑水效果就是为了遮盖木纹。因为色漆体系中有大量的润湿分散剂，沉降性问题也不严重。水性木器涂料消光真正的挑战来自透明效果的面漆，即所谓的“清水木器涂料”。
目前在水性木器涂料中应用的消光材料分为两大类：一类是有机的消光蜡浆等产品，但是由于相容性问题以及消光效率低等原因，这类产品从来就没有成为消光材料的主流；另一类就是以各种无机二氧化硅粉体为主的消光粉，得到广泛的应用，但是这类产品仍然存在一些问题。无机二氧化硅消光材料在制造表面微小粗糙的时候同时也破坏了涂膜的完整性，就好像大海里散布着星罗棋布的岛礁，使得水或者其他溶剂可以通过消光材料和涂膜之间的间隙渗透进去，从而影响水性木器涂料的耐水性及耐醇性。另一方面由于二氧化硅材料的折射率与树脂折射率的差异，以及二氧化硅粒径的处于微米级范围，随着消光粉添加量的增加，涂膜的透明度越来越差，不能够很好地显示木纹效果。
理想的消光材料应该是：保证一定消光效果的同时，要求消光材料对水性木器涂料涂膜的各项理化性能影响小，对生产工艺改变不大，以及贮存稳定性良好。即在同样添加量的情况下有着佳的消光效果，在同样消光效果的情况下有着佳的透明度。同时我们还必须要求消光材料对体系黏度影响不大，易分散，易添加，不易沉降。本文介绍一下对美国3M实心陶瓷微球在水性木器涂料面漆中作为消光材料进行了探讨。
2 3M实心陶瓷微球的技术指标
3M实心陶瓷微球是一系列微观为正球形的粉体填料，球形是比表面积小的形状，正是由于实心陶瓷微球的这一特性决定了它在水性木器涂料中各种性能表现。图3展示了3M实心陶瓷微球和几种常见的可以用作消光材料的粉体的显微镜照片对比。
3 试验部分
3.1 典型的水性木器涂料哑光面漆参考配方
下面通过评估水性木器涂料中消光材料的几项指标，比较下3M实心陶瓷微球与二氧化硅消光粉作为消光材料在水性木器涂料透明哑光面漆中的应用。为能够在同一条件下进行比较，先列举一个典型的水性木器涂料哑光配方如表2。选择3种实心陶瓷微球产品和3种未作表面处理的国产二氧化硅消光粉以及做过表面处理的进口二氧化硅消光粉，二者具有相同的粒径，通过对比未添加消光粉的基础漆以及分别添加1%～4%的各品种消光材料的哑光漆，制备21种涂料的50 μm湿膜，在恒温恒湿的条件下干燥7 d后测试性能。
3.2 消光材料的应用对比
3.2.1 消光性能的比较和分析
选择用WGG-60光泽度仪对制备的21个涂膜进行60°光泽测定，得到的结果如表3。从表3数据分析可以得出结论，二氧化硅消光粉的消光效率明显高过实心陶瓷微球。国产的消光粉和进口的消光粉由于粒径相同，几乎具有相同的消光效率。同样质量不同粒径的3种实心陶瓷微球随着添加量的增加，光泽不断下降。但是在同样添加量的情况下，W-410具有好的消光效果，W-610其次，而W-210的消光效果几乎没有，主要原因还是和实心陶瓷微球的粒径有关系。这也符合粒径越大消光效率越高，但是粒径大到一定程度消光效率反而下降的规律。W-210对于可见光的反射散射小，因此在光固化涂料和电子束固化涂料中能够得到很好的应用。
3.2.2 涂膜透明度的比较和分析
除了消光效率外，试验为哑光水性木器涂料选择消光材料的另一个重要考虑因素就是涂膜的透明度。前文叙述过可以用来消光的材料有很多，包括各种重钙、滑石粉等等，但是这些材料如果用在色漆中尚可，用在清漆中对透明度的影响就比较大了。木器涂料除了保护木制家具外，还有一个重要的方面就是能够充分展现木材的纹理效果。透明度的测试主要通过在透明玻璃板上制备同样厚度的涂膜，结合肉眼的判断，采用相对评估的办法，1为透明度佳，10为透明度差，得到的对比结果如表4。国产消光粉在同样添加量的情况下比进口消光粉的透明度要差一些，随着添加量的增加，两种消光粉透明度的差异愈来愈大。而实心陶瓷微球总体来说透明度要远远好过二氧化硅消光粉，但是随着实心陶瓷微球粒径的增加，透明度也越来越差。
3.2.3 涂膜耐水性的比较和分析
水性木器涂料的耐水性主要由成膜物质树脂决定，其他的助剂产品起辅助作用。而任何消光材料的加入对于涂膜耐水性都会有负面的影响，因为消光材料破坏了涂膜的完整性，涂膜表面越粗糙破坏程度越大，水再次进入涂膜的路径越多，涂膜的耐水性越差。我们按照国标涂膜耐水性的测试方法，以及涂膜滴水试验来做判断。对比结果如表5。
3.2.4 涂膜耐醇性的比较和分析
水性木器涂料涂膜的耐醇性是另外一个需要重点考虑的涂膜特性。和耐水性要求一样，这项性能的高低主要还是由成膜物质树脂决定的。消光材料的加入对这项性能几乎没有太多的影响。按照国标涂膜耐醇性的测试方法，我们还是按照相对比较法，得出结果如表6。
从试验测试结果看，无论是进口的消光粉还是国产的消光粉以及实心陶瓷微球，对涂膜的耐醇性影响都不是很大。进口的消光粉做过有机表面处理，耐醇性在高添加量的情况下稍微差了些。而各实心陶瓷微球由于都有小的比表面积，意味着同样质量对涂膜的影响小，所以耐醇性和不加实心陶瓷微球的清漆相比差异不大，尤其是W-610由于自身粒径大，比表面积小，所以耐醇性几乎和清漆差不多。
3.2.5 涂膜流平性的比较和分析
木器涂料是一种很精细的涂料，不能够有明显的瑕疵，对流平性的要求也极高。对于采用手工刷涂的家庭装修类水性木器涂料，流平性就显得格外重要。按照国标《涂料流平性涂刮测定法》做出评定。为了方便评分，仍然采用相对比较法，评估结果如表7。很显然，虽然通过配方中调整增稠剂的添加量来保证涂料有相同的涂4杯读秒黏度值，但是二氧化硅类消光粉由于极大的比表面积，对于涂料的低剪切黏度影响很大， 从而导致了流平性能变差，国产的和进口的消光粉都如此。而实心陶瓷微球由于具有小的比表面积，其吸油量也相当的小，所以对涂料的流平性几乎没有太大的影响。
3.2.6 消光材料易分散性的比较和分析
在生产哑光型的水性木器涂料的时候，往往会遇到这样的问题，尽管已经把高速分散机的转速调到很高，但是液面上的二氧化硅消光粉仍然浮在液面上，只是随着中间的漩涡一点点被吸进去，空气中弥漫着二氧化硅消光粉的粉末，缸壁上也沾着很多的消光粉。更多的时候我们需要制作消光浆，把消光浆作为助剂添加到涂料中去，这样操作可以部分解决消光粉的分散问题，但是工艺上更加麻烦了，而且消光浆也易沉降不易保存，好当天制备当天使用。而实心陶瓷微球的分散几乎不是一个问题，实心陶瓷微球的堆积密度远大于二氧化硅消光粉，不会在空气中四处弥漫，也不会在涂料液面上悬浮，球形的表面很容易被液体润湿，也很容易被分散。一般情况下，二氧化硅消光粉都会随着时间的推移而逐渐沉降，并且这样的沉降很难通过使用前的简单搅拌而分散均匀，这成为困扰水性木器涂料工程师很头疼的问题。比较分别使用二氧化硅消光粉的水性木器涂料和使用实心陶瓷微球的水性木器涂料，发现二者都会沉降，而且陶瓷微球沉降得更快些。但是再分散的时候，没有做过表面处理的国产二氧化硅消光粉几乎不能够再次分散开，而做过有机表面处理的进口二氧化硅消光粉的再分散性略好过未处理的国产二氧化硅消光粉，但是分散结果仍然不十分令人满意，即使在配方中添加少量的分散剂也不能够完全解决这个问题。但是实心陶瓷微球的再分散却是十分的容易，如果能够加入极少量的分散剂，把涂料桶底部的沉降再搅拌起来非常容易，这样的性能也源自实心陶瓷微球规则的球形形状。
3.2.7 消光材料对涂膜干燥速度的比较和分析
由于二氧化硅消光粉具有极大的比表面积，再加之表面有很多亲水的硅醇基，所以对于水性木器涂料的涂膜干燥速度有一定的影响，比表面积越大亲水性越强，对干燥速度的影响越大。而实心陶瓷微球属于球形粉体材料，不亲水不吸水不保水，因此对水性木器涂料涂膜的干燥速度没有任何的影响。当然水性木器涂料的干燥速度首先是和体系中树脂有关，还和使用的成膜助剂有关，另外还和包括温度湿度等外部环境有关。二氧化硅消光粉对干燥速度的影响其实是微不足道的，只是在同样条件下和实心陶瓷微球相比，才会有些许的差异。
3.2.8 消光材料对涂膜增硬抗磨的比较和分析
我们知道，添加了二氧化硅消光粉的涂膜表面一般情况下要比没有添加二氧化硅消光粉的亮光清漆表面更加抗磨，原因在用二氧化硅自身有比较高的硬度。同样道理，添加了实心陶瓷微球的水性木器涂料涂膜也有很高的抗磨特性，而且对涂膜的硬度有一定的帮助。由于实心陶瓷微球凸出涂膜表面的为球形，减少了摩擦阻力，不容易被轻易磨耗，从而使得涂膜具有持久的抗磨特性。而二氧化硅消光粉和其他的普通填料由于不规则的形状很容易被磨耗掉，从而影响涂膜的抗磨性。对比示意图如图4。
4 结论
(1)实心陶瓷微球由于其球形的形状，1～24 μm的粒径分布，以及小的比表面积，所以可以应用在水性木器涂料的哑光面漆体系中。总体而言，相比较于二氧化硅类的消光粉，实心陶瓷微球的消光效率不是很高，如果要得到全哑的效果，其添加量几乎要翻倍。但是除了消光效率相对较低外，对涂膜理化性能的影响却是小，而且对于哑光型水性木器涂料的生产工艺影响不大，贮存稳定性尚可，使用时免除了沉底结块无法分散的烦恼。这些优点都是二氧化硅消光粉所不具备的，特别是其优异的透明性，更是其他消光材料无法比拟的。
(2)就实心陶瓷微球的3个牌号而言，除了粒径的差异外，其自身的性能是没有差异的。从消光效率看，粒径范围1～15 μm的W-410有着高的消光效率，如果应用在半哑面漆中，在4%添加量的W-410和1%添加量的进口二氧化硅消光粉有着相同的消光效果，透明度也不相上下，在耐水耐醇等其他指标上，4%添加量的W-410的水性木器涂料和1%添加量的进口二氧化硅消光粉的水性木器涂料具有差不多的性能。如果要使用实心陶瓷微球制作全哑面漆，相应的添加量也几乎需要加倍，考虑到成本因素，仍然是选择二氧化硅消光粉作为消光材料。
(3)实心陶瓷微球除了具有消光效果外，在涂料体系中还可以增加涂膜的耐磨性和表面硬度，因为球形的表面具有小的摩擦接触面积和摩擦系数，而且由于陶瓷微球超高的莫氏硬度，对涂膜表面的增硬有一定的效果。因此建议在制作水性木器涂料半哑面漆的时候，可以考虑选择实心陶瓷微球W-410作为消光材料。
