0 前 言
近20年来，环保已成为影响涂料工业发展的重要的因素之一。随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，政府和普通消费者越来越意识到溶剂型涂料对大气和环境的危害。特别是近几年来，地球气候越来越暖，低碳成为媒体和公众讨论的热点话题。涂料的水性化成为涂料人孜孜以求的目标。现在建筑涂料基本完成水性化，下一步的目标就是如何有效降低涂料中的VOC（有机挥发物）含量。而在工业涂料领域，水性涂料的应用比例仍然是非常低，尤其在使用量大的木器涂料领域，水性涂料的推广仍然是困难重重。目前木器涂料中应用多的品种是溶剂型的，包括硝基涂料和双组分聚氨酯涂料，前者由于其出色的干燥速度和稳定的产品性能在各种木制品上应用广泛，而后者得益于优异的丰满度和硬度在木制家具等领域占有主导地位。相比于溶剂型木器涂料，水性木器涂料在性能上有很多的不足，其中一个方面就是水性木器涂料的干燥速度较慢。水是比热容非常大的液体，水的挥发需要从环境吸收更多的热能，一般来讲水性木器涂料的干燥总是比溶剂型涂料稍慢些，特别是在冬天和雨天。本文主要讨论影响水性木器涂料干燥速度的各种因素。理论上我们希望水性木器涂料的干燥速度越快越好，一方面可以减少等待时间，提高施工效率，另一方面较快的干燥速度可以方便打磨修饰，数量众多的木制品可以堆高层叠。但是水性木器涂料的干燥速度也并非越快越好。过快的干燥速度可能导致涂膜来不及流平就已经凝固，干燥速度过快还可能导致某些表面助剂不能充分漂浮到表面而被凝固在涂膜之中。因此适当的干燥速度与施工工艺对于获得令人满意的涂装效果至关重要。这里列举了6类12种因素对于水性木器涂料干燥速度的影响。

1 环境温度和湿度
大家都知道环境温度对水性涂料干燥速度的影响，温度越高水性木器涂料的干燥速度越快。同样道理，水性木器涂料中的水分在夏天的高温环境很快就会蒸发掉，从而干透凝固，而在冬天往往要等待很久才能实干。在工厂施工的条件下，往往设置烘烤流水线和涂装设备相配合。刚刚喷涂完的木制工件被送入长长的烘道，烘道温度往往在60 ℃左右，根据水性木器涂料干燥速度快慢和流水线速率来设置烘道的长短，在烘道的出口处木制工件被收起叠放。湿度对水性木器涂料的干燥速度的影响也是不言而喻的。湿度的概念是空气中含有水蒸气的多少。也可以用相对湿度（空气中的湿度与同温度下的饱和湿度的比值）来表示。环境中的水汽含量越高，水性木器涂料中的水越难挥发进入环境空气中，在我国北方气候比较干燥，而南方湿度相对较大，所以在同样温度条件下，北方的水性木器涂料干燥要快些。温度和湿度也是相互关联的，空气的温度越高，它容纳水蒸气的能力就越高。空气中水蒸气的溶解量随温度不同而变化。1 m3空气可以在10 ℃的时候吸收9.41 g水，在30 ℃的时候能够吸收30.38 g水。这样看来空气温度对水性木器涂料干燥速度的影响要大过湿度的影响。

2 涂膜厚度和表面空气流动速率
绝大部分热塑性涂料的成膜是一个物理过程，主要是溶剂或水的挥发，涂膜黏度逐步加大至一定程度而形成固态涂膜。如果成膜物质是某些非反应性溶剂型涂料，这个时候就完成了涂料的全部干燥成膜过程。而水性涂料还包括另外一个物理过程聚合物粒子的凝聚。在水挥发的同时，聚合物粒子在毛细管作用下挤压凝聚，由接近、接触、挤压变形而聚集起来，后由粒子状态的聚集变为分子状态的聚集而形成连续的涂膜。当然水性涂料的干燥成膜还有第三个阶段成膜助剂的挥发，这种过程是水性涂料的主要成膜方式，后文还会讨论到。涂膜厚度越厚干燥速度越慢，但是涂膜的干燥时间和涂膜的厚度却不是线性关系，而是非线性关系，比如说两道25 μm的湿涂膜干燥时间肯定小于一道50 μm湿涂膜的干燥时间。所以说我们的水性木器涂料的施工方式是“薄涂多道”也是有一定道理的，不光是可以降低开裂风险，还可以减少获得同样涂膜厚度的干燥时间。水性木器涂料表面的空气流动速率对于涂膜的干燥速度也有很大的影响。简单的理解是，从涂膜表面挥发的水分子被风很快带走，给后面待挥发的水分子腾出空间，所以水分子会不停地从涂膜里面被吸出来。在一些烘干流水线上都有排风装置，在实验室的恒温干燥箱同样也有排风功能。但是过快的空气流动对涂膜的干燥也是不利的，特别是针对较厚的涂膜，不光容易导致涂膜开裂，而且表层的涂料黏度随着水分的挥发迅速增大至凝聚成膜，不利于下面的涂料的水分挥发，出现结皮现象，而且对于水性木器涂料的流平也有不利的影响。

3 固含量和纤维素等助剂
水性木器涂料是一类以水为分散介质的涂料，水和各种溶剂在涂膜的干燥过程中终都会离开。固含量是涂料中除了能够挥发出去的水和溶剂以外的其他成分在整个涂料中的重量比。如果其他条件不变的情况下，固含量提高，相应的涂膜的干燥速度也会提高，这个道理很容易理解。在很多时候，我们希望能够把水性木器涂料的固含量做高，一方面可以提高干燥速度，另一方面可以一次施工获得更饱满的涂膜效果，降低施工遍数。但是由于市场上部分客户一味要求低价，以及企业之间激烈的价格竞争，很多企业不得不在涂料中多加水，再补充增稠剂来达到降低成本的目的，于是干燥速度就这样被人为降低了。我们这里讨论的是水性木器涂料干燥速度，但是不能不说这样的情况是中国涂料市场上一种异常现象。水性木器涂料中的一些助剂也会对干燥速度有影响，尤其是纤维素。由于纤维素是非常亲水的大分子，在水中溶解后可以吸收本身体积好几倍的水分，在很多领域都是用来保水增稠，因此纤维素对于水性涂料的干燥肯定是有延缓作用的。透明清漆基本是不会用到纤维素的，而且清漆中的其他助剂包括消泡剂和润湿剂等对干燥速度几乎没有任何的影响，但是在含有颜填料的色漆中，以及一些含有粉料的封闭底漆和打磨底漆中，添加适量纤维素还是非常有必要的，一方面可以提高色漆的展色性，另一方面对涂料的防沉降也大有好处。对于其他一些助剂，特别是碱溶胀类的增稠剂，由于能够通过分子主链吸附水分子提高黏度的，对于涂料的干燥速度都有一定的影响。这些助剂无论是纤维素还是碱溶胀类增稠剂，在些许降低水性木器涂料干燥速度的同时，却大大降低了涂膜的耐水性，所以在配方中能不用的时候尽量不用，能少用的时候尽量少用。

4 助溶剂和成膜助剂
水性木器涂料不代表没有溶剂，为了能够得到各方面性能的平衡，得到更理想的涂膜，在水性木器涂料的配方中仍然含有5%～10%的可挥发有机化合物。这些溶剂可以分为两大类，一类是助溶剂，不能够辅助水性木器涂料成膜，它们在涂料中是和水完全互溶的，如乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮等。还有一类是成膜助剂，它们能够帮助降低水性木器涂料树脂的低成膜温度，帮助水性木器涂料在自身的低成膜温度以下成膜。
4.1 助溶剂
目前我们接触的助溶剂包括3类，甲醇或乙醇、乙二醇或丙二醇、甲基吡咯烷酮或乙基吡咯烷酮。这类溶剂和水都可以无限互溶。同时由于和水无限互溶，降低了混合溶液的凝固点，在水性木器涂料中都可以降低水的冰点，起到抗冻的作用。乙醇的沸点是78 ℃，分子量很小是46，所以极易挥发同时带出了水分子。由于不似甲醇对人体有害，同时有着较快的挥发速度，乙醇添加在水性木器涂料中往往作为快干助剂。但作为抗冻剂来讲，酒精的气味和极快的干燥速度，乙醇则显得不够理想。在水性建筑涂料领域，乙二醇和丙二醇应用的相当广泛，不光可以提高涂料的冻融稳定性，而且由于其较难挥发，可以作为湿边助剂，减少涂膜的接痕。乙二醇本身不会直接对生物体作用，但乙二醇经动物肝脏分解以后则对生物体产生毒害。由于乙二醇有一定的生物毒性，现在越来越多的涂料企业采用丙二醇作为替代。在一般工厂应用的水性木器涂料中，较少用到乙二醇或者丙二醇，一方面工厂保存或者涂装水性木器涂料都是在室内，不会结冰，不存在冻融稳定性的问题；另一方面，由于乙二醇或者丙二醇会降低水性木器涂料的干燥速度，在工厂应用的水性木器涂料中几乎不添加。但是对于零售的水性木器涂料，如果要通过冻融稳定性测试，还是有必要加少许的丙二醇。吡咯烷酮类溶剂往往是在聚氨酯分散体合成过程中为了完成聚合物反相，在溶剂型变成水性过程中添加进去的，对于涂料的干燥成膜没有帮助，还会延长涂膜的干燥时间。现在已经有新一代的技术可以合成不含有吡咯烷酮类助溶剂的水性聚氨酯。