COPYRIGHT©廣州慧正云科技有限公司 www.hzeyun.com 粵ICP備18136962號 增值電信業務經營許可證:粵B2-20201000
慧正資訊：西頓新材料一直專注于產品研發和技術創新，致力于提升產品品質。在產品研發中，注重技術交流和培訓，取長補短，共同進步。
下面，整理由西頓內部交流分享的——《水性聚氨酯涂膜光澤基本理論分享》，以饗讀者。本文僅供交流學習，也歡迎同行一起討論、探討、指正。
一、水性聚氨酯涂膜光澤理論基礎
涂層的表面觀感取決于其對光線的反射、折射、吸收、涂層內顏料散射、涂層下基材反射等多種因素，光澤實質上是涂膜在外界光源照射下肉眼接受到的所有反射光、散射光。
涂料領域通常所說的光澤是鏡面光澤，通常用反射率R來進行評價。
上式中: R—涂膜的反射率；i—入射角; n—涂膜材料的折光指數
涂膜折光指數越高，涂膜反射率越高，鏡面光澤也越高
常規聚氨酯材料的n通常在 1. 5 左右，假如i為 45°，如果涂料表面完全平整則計算反射率為 4. 85%。如果將聚氨酯折光指數提升到 1. 6，其反射率為 6. 29%。
1、分子結構對光澤度的影響
分子結構決定材料的折光指數，折光指數影響反射率
選擇摩爾折射度高的基團，折光指數高
2、表面結構對光澤度的影響
水性聚氨酯是聚氨酯以顆粒形式分散在水介質中，其涂膜為顆粒堆積膜。雖然成膜過程中粒子會出現變形，粒子間出現融合，但其表面粒子的痕跡一直存在。這種痕跡形成的表面凹凸會對入射光造成漫反射，使得水性聚氨酯涂膜表面光澤低于溶劑型聚氨酯涂膜。
水性聚氨酯比溶劑型聚氨酯成膜粗糙度大
水性聚氨酯粒徑大，成膜粗糙度大
3、調控表面粗糙度的方法
1. 控制乳液粒徑——小粒徑，粗糙度小，光澤度高。
2. 控制顆粒剪切模量——顆粒軟，易形變，粗糙度小，光澤度高。
3. 添加成膜助劑——本質是降低顆粒剪切模量。
4. 采用后固化交聯方式——將相對分子質量設計得很低，其分散體粒子剪切模量也就不高，成膜后固化交聯也可以獲得高硬度涂層，如水性UV聚氨酯，2K PU涂膜。
二、豐滿度與通透度
涂層豐滿度一直是被消費者關注的美學熱點，感覺上的一種厚實感，但到底什么是豐滿度，怎么去評價卻無標準。
豐滿度的核心應該是厚度。更準確來說，應該是看起來的厚度。因為有時儀器測定涂層具有相同的厚度，豐滿度卻表現出極大差別。有些厚涂層看起來還會顯得單薄、干癟。
根據光學原理，感覺厚度 hv 與實際厚度 h 之間的關系如式：
其中: n—涂膜的折射率
透明涂層的折射率越高，涂膜看起來就越薄。
降低涂膜的折射率可以增加涂膜的豐滿度。
1、涂膜的通透度
水性聚氨酯涂層的通透度主要與分子結構有關，一切形成相分離、結晶都會降低涂層透光率。相分離和結晶會形成多相結構，相之間會形成界面，相區的折射率也會有差異。相區界面就會散射光線而影響透光率。
三、水性聚氨酯消光與自消光樹脂
消光的核心——涂膜表面的漫反射
消光對涂層表面粗糙度是有要求的，根據反射原理，要達到很好的消光效果，涂層高低起伏程度必需達到下式所示的要求。
h—涂層表面粗糙起伏差; λ—光的波長; α—光的入射角
對于波長λ為 380 ～ 780 nm 的自然光，α 一般選擇60°。因此要使涂層具有很好的效果，粗糙度應該大于 1. 0 μm。
1、消光粉消光
消光粉的消光機理:
在涂膜干燥過程中，從厚的濕涂膜變為薄的干涂膜時，涂膜厚度降低，在涂膜變薄過程中，部分消光粉顆粒被頂托在涂膜表面，形成粗糙表面。
消光粉是一類密度很低、蓬松帶有大量空腔的物質，如二氧化硅消光粉。二氧化硅消光粉并不是中空球體，實質上它是一種類似一團棉球的物質。
消光粉在溶劑型和水性的不同表現：
2、消光粉消光存在的問題
消光粉在水性體系使用遇到 2 個難以解決的難題：
其一是涂膜在外力摩擦下會增光形成表面光亮劃痕
——由于消光粉未被填充、機械強度低。蓬松的消光顆粒在外力擠壓下會塌陷而使涂膜表面失去粗糙度。
其二是消光涂層發灰，黑度下降
——由于消光粉未被填充，消光粉空腔中存在空氣，空氣的折光率為1，遠低于樹脂，折射率差造成空腔界面強烈散射光線，外部光線未達到涂層基底就在涂層中被消光粉空腔散射，而散射的光線缺乏色澤為白光。
3、自消光水性聚氨酯
自消光水性聚氨酯目前主要的發展方向是大粒徑水性樹脂，利用大粒徑水性樹脂在成膜后涂膜保有的粒子痕跡形成粗糙表面。
需滿足以下兩個條件：
1. 粒徑必須大于 1 μm。
2. 粒子形變要小。如果粒子形變能力強，成膜過程中會出現粒子變形塌陷，粗糙度會降低。
4、自消光水性聚氨酯存在的痛點
自消光水性聚氨酯涂膜的表面凹凸粒子為實心結構，其摩擦增光現象得到有效改善，但犧牲了成膜物性。
分散體粒子粒徑大，剪切模量高，使其不能完善成膜。為了使得涂膜表面粒子不融合獲得粗糙表面，其涂膜內部粒子難以融合。
涂膜是粒子堆積結構而非致密的膜結構
四、展望——聚氨酯微球消光
1、小粒徑高物性樹脂+大粒徑微球
大粒徑顆粒在涂膜表面富集形成粗糙表面
小粒徑成膜樹脂構成致密涂層本體
這種結構才是最為完美的消光涂層結構：涂層表面有一定的粗糙度，涂層保持高通透性，涂層物化性能不受影響。
參考文獻：
王武生: 水性聚氨酯涂料光澤控制——理論與實踐
慧樂居歡迎您關注中國家居產業，與我們一起共同討論產業話題。
投稿報料及媒體合作
E-mail：luning@ibuychem.com
