最後更新日期：2023年11月14日
創意不再受侷限－水性環保創意塗料
塗開處 莊彧年
前言
環保水性塗料可以避免在塗刷過程中產生刺鼻難聞且對健康毒害的氣味，在施工方面上也只要簡單攪拌均勻，無論刷塗或滾塗都能輕鬆使用，這大大的增加消費者自行動手做的意願，也愈來愈多的人開始思考如何讓DIY融入生活。
雖然相對於亞洲文化普遍對於居家自己動手做DIY的風氣不如歐美盛行，但相比以前，DIY風氣已經愈來愈開始被大眾所接受。原因可歸納幾個原因：
- 隨著生活消費水準不斷提高，對於設計到施工希望能更凸顯消費著的個性化色彩與實用性。
- 人工成本逐年增高，自行DIY能減少支付與開銷。
- 近年來環保意識高漲，水性塗料的配方與技術已經帶動未來在建築塗料趨勢。
柏林之創意塗料，最初開發此產品的想法是來自於讓塗料去創造靈感，希望在產生靈感的同時，也能隨時隨地的記錄下來。藉此需求，下面將逐一介紹柏林新開發的環保創意塗料：水性白板漆、水性黑板漆及水性磁性漆，來滿足消費者的需求。
DIY水性塗料技術簡介
水性塗料在配方設計中，相較於傳統油性塗料配方來的複雜許多，柏林研發團隊積極尋找適合在水中穩定的助劑，因為在水性配方的助劑選擇是非常重要的工程，樹脂、水與助劑彼此之間有相當大的相互影響力，必須要調整至最佳的平衡狀態，過多過少都會造成塗膜缺陷的產生，導致無法形成緻密且連續的塗膜。
在功能性的水性塗料配方方面，以柏林創意塗料依性能需求，其首要關鍵在於塗膜耐污性的能力，因此研發著手於尋找高性能材料。
一、水性配方基本組成如下：
- 水性樹脂：由於樹脂是決定了塗膜的主要性能，所以在選擇上需優先考量具有耐沾污性能。一般常見的水性樹脂有水性丙烯酸、水性聚氨酯，水性環氧等，依市場供應類別其型態又可分成水分散體、乳化等。
- 填料：主要增加塗膜固成分，填料在塗料中提供骨架作用，增加塗膜力學性能、耐磨、耐水及耐污性等。
- 顏料：主要選用符合環保，無重金屬、耐候及耐酸鹼較佳的顏料，顏料能增加美觀及遮蓋力。
- 助劑：與油性塗料相比，水性塗料所使用的助劑相對複雜許多，常見的有：底材潤濕劑、流變助劑、成膜助劑等。
二、水性助劑常見的使用如下：
- 底材潤濕劑：
純水的表面張力為72.5 mN/m與傳統有機溶劑的表面張力（18-35 mN/m）比較下有極大的差別。水性塗料表面張力愈高，在一般基材上鋪展性愈差，容易形成水珠狀，因此需要加入此助劑來降低固/液表面張力，進而增加與底材的潤濕性。
- 分散劑：
促使顏填料在水性漆料中均勻的分散。原理是水性用的分散劑通常具有親水端及親油端，能將顏填料在水性系統環境下控制絮凝、防止沉澱，在製程上也能提供較適合的分散黏度。
- 表面控制劑：
促使在施工的外力消失後，塗膜的表面能達到光滑平整，藉以達到幫助表面流平，改善縮孔、橘皮、波紋等缺陷。
- 消泡劑：
利用不相容原理，抑制塗料在生產的過程所產生的氣泡，並使氣泡上升至液面產生破泡。消泡劑與水性樹脂之間影響較強，選擇上必須更加小心，需選用消泡能力強，卻又不引起縮孔的消泡劑。
- 成膜助劑：
通常為高沸點的有機溶劑，能夠對水性樹脂中的聚合物產生溶解和溶脹作用，且在水分揮發後產生塑性流動而形成均匀緻密的膜。有些成膜助劑甚至可以改善低溫條件下的成膜性。
- 流變助劑：
主要是調整塗料的流動性，在滾塗或刷塗的過程中減少滴落或噴濺，亦使塗料在施工後能快速回復黏度而防止垂流。流變助劑一般會根據施工方法來選擇助劑的類型，圖一說明塗料在剪切速率下與塗料黏度之間的相互關係及施工應用示意圖，通常可分為三個區塊：低剪切黏度、中剪切黏度及高剪切黏度，通過這三個區段來選用不同種類的流變助劑。
圖一、流變曲線與施工相互關係示意圖
- 低剪切黏度（Brookfield黏度）：低剪切流變助劑能防止顏填料沉澱，增加塗料保存極限，且能有效調控塗料垂流性。
- 中剪切黏度（KU黏度）：直接反映出施工者攪拌塗料時的難易程度。
- 高剪切黏度（ICI黏度）：高剪切黏度能讓塗料在滾塗及刷塗時避免噴濺與滴落，以及增加塗膜流平性、豐滿度。助劑相輔相成結果能讓施工者在塗佈時更加方便。
創意塗料產品介紹
水性白板漆
家中的小小孩總是擁有無限的創意，但只要爸媽一不留神，家裡的任何地方都有可能成為「小小畢卡索」的現成畫布。對於語言能力有限，無法完整表達情意的小小孩來說，塗鴉是一種能讓他們表達需求與情緒的一種方法。當小孩在室內牆上塗鴉時，容易使得原本乾淨大白牆面瞬間變成五顏六色的大花牆，許多墨水或蠟筆痕跡滲入牆上的塗膜內，導致難以清洗乾淨，讓家長頭痛不已。許多研究指出，透過塗鴉對孩童不僅是個極佳休閒娛樂與學習方式，還能增進小孩身心發展、促進手眼協調、鼓勵自我表達、感受自由與快樂、激發創造力和想像力。因此，愈來愈多的家長在關心及陪伴孩子童年成長時，也希望在家中有個可以讓他們盡情發揮的塗鴨地方，任何地方角落都能成為小小孩的大畫布。
柏林研發團隊近期成功開發出一款環保型水性聚氨酯二液型白板漆。主要是利用水性聚氨酯樹脂與異氰酸酯硬化劑在反應過程後形成高緻密性鍵結的塗膜，使得白板筆墨水、水彩筆等污漬不易滲入塗膜表面，提高塗膜的耐污能力。聚氨酯樹脂與異氰酸酯硬化劑其簡單的化學反應機制示意圖如圖二所示：
圖二、聚氨酯樹脂與異氰酸酯的化學反應示意圖
化學交聯所產生的鍵結愈多，代表塗膜緻密性愈高，雖然緻密性夠，但油漬髒污若在塗膜表面上持續過久，常常還是難以僅用乾布擦拭清除。因此，為了提高耐污性，柏林研發團隊將配方調整至最佳平衡狀態，使得污漬附著於塗膜表面的能力減少，讓塗膜的清潔功能性大幅提升。
比較柏林白板漆與國際知名品牌之白板漆的擦拭能力。用市面上常見不同顏色白板筆（黑、藍、紅）畫在塗膜上，利用乾布在不同時間點擦拭，比較墨水停留在塗層表面的擦拭能力，如圖三。30天後可明顯發現，柏林白板漆塗膜擦拭性明顯優於市售知名品牌的白板漆。
圖三、白板漆擦拭性比較
水性白板漆施工建議：
- 素材的表面需平整，必要時可打磨成批土改善平整度。
- 施工時建議選擇高密度泡棉滾筒來進行滾塗，加入適量水調整施工黏度（刷塗、滾塗：0~10%、有氣噴塗：5~15%），過多水會導致塗膜霧化。
- 一般使用刷塗或滾塗施工，依沾料多寡決定於漆膜乾膜，一道乾膜厚約30至50 μm不等，塗膜過厚會殘留過多氣泡的風險。
- 主劑與硬化劑混合後需在2小時內使用完畢。
- 施工後待漆膜完全固化後才可發揮最佳抗污性能，室溫乾燥7天後進行書寫可達最佳效果。
- 塗膜維護可使用酒精或中性清潔劑擦拭。
- 若有特殊需求，可搭配磁性漆做多元化功能設計，塗裝系統如下表一：
表一、白板漆塗裝系統建議
水性黑板漆
是否曾經想要在家中擁有一面具擦拭功能的牆來記錄生活大小事嗎？或曾遇過辦公室白板的空間有限，導致開會時無法完整保留紀錄內容嗎？創意塗鴉的另一種選擇：柏林水性黑板漆，提供消費者更多塗鴉功能性的面板，可以適用在學校；酒吧、餐館、咖啡館的菜單板；餐廳的牆上繪圖藝術塗鴉等，可輕鬆擦拭表面將粉筆灰擦拭乾淨，且不殘留字跡。柏林水性黑板漆有別於市售的乳膠漆，我們使用特殊堅韌的水性壓克力樹脂，搭配剛玉粉等功能性的填料，大幅提升塗膜的耐磨性，粉筆來回書寫多次不會傷害到塗膜表面。在清水擦拭保養時，也因為配方的特殊設計，使用塗膜耐水性優異，保養簡單。
市面上常見的黑板漆顏色為墨綠色或黑色，為了讓使用者在顏色上有更多樣的選擇，研發團隊正在著手於尋找新的無毒顏料，讓黑板漆的顏色不僅僅只有墨綠色或黑色。
所謂3分塗料，7分施工，代表施工細膩度對粉筆書寫在塗膜上的體驗有絕對影響，圖四為同一罐塗料，因底材平整細膩度不同，導致書寫字體的連續性有很大的差別，圖四左為在牆上未使用批土的黑板漆塗膜書寫與圖四右經批土補平後書寫的差異：
圖四、不同底材黑板漆的書寫
水性黑板漆施工建議：
- 素材的表面需平整，必要時可打磨成批土改善平整度。
- 施工時建議選擇高密度泡棉滾筒來進行滾塗。
- 施工後至少7天漆膜完全乾燥後才可進行書寫。
- 漆膜保養簡單，以乾淨板擦擦拭即可，不可使用溶劑擦拭，必要時可以乾淨濕布擦拭保養。
- 若有特殊需求，可搭配磁性漆做多元化功能設計，塗裝系統如下表二。
表二、黑板漆塗裝系統建議
除了上述的一液型黑板漆外，我們研發團隊致力於工程上的需求與DIY的差異化，利用水性多元醇樹脂搭配異氰酸鹽硬化劑精製，進而開發出二液型黑板漆：優拭耐新一代黑板漆。二液型黑板漆由於具有化學交聯反應，在高密度鍵結下所產生的塗膜，更能提升黑板漆的耐用性。此產品適用於書寫與擦拭較頻繁的場所，例如：學校的黑板、黑板生產線等。
水性磁性漆
繼白板漆與黑板漆的開發之後，為了讓塗鴉牆擁有更多元的搭配進而繼續開發具有吸磁能力的磁性漆。磁性漆相較鐵板材更具多種活用性，能塗佈在任何物品表面，使任何角落都能有磁力效果，會議室、餐廳、走廊、書房中的任一小牆角均可搖身一變，成為特殊的交流區域，提供紀錄以及吸掛不同資訊，例如：購物清單、行事曆、食譜等，增加人與人之間的互動。
磁鐵性材料簡單可分成兩種：
- 軟磁鐵：又稱作暫時磁鐵，容易被磁化後產生磁性，但當磁化場移除後，其磁性立即消失；
- 硬磁鐵：又稱作永久磁鐵，不易被磁化，但磁化後，可長期保有磁性，其強度又分為普通的鐵氧體及含有稀土元素的強力磁鐵。
圖五、軟磁鐵，磁性氧化鐵（左）；一般硬磁鐵，鐵氧體（中）；強力硬磁鐵，（釹鐵硼磁鐵）
柏林水性磁性漆是嚴選耐水解的丙烯酸樹脂搭配在磁場下具有優異吸磁能力的特殊磁鐵性材料精製而成，且配方設計成淺灰色，方便後續搭配白板漆或黑板漆的使用。磁性漆的吸附力可依各人需求來刷塗不同厚度，如表三顯示，當乾膜200 μm時，不同種類的磁鐵能吸附4～7張A4紙。如果使用者想要更好的吸附力，建議施工三道次以上（每道約50-80 μm），因每增加一道塗層，就會在牆壁上添加更多的磁性粉，使磁鐵吸附效果更好（磁鐵吸附力與磁性粉的量成正比）。為了獲得最佳吸附效果，建議可在塗膜乾燥7日以上後使用強力磁鐵（釹鐵硼磁鐵）。
從磁鐵吸附力的展現來看，磁性漆目前無法達到與鐵材（如：冰箱、白板）相同的吸附力強度。期許未來，磁性材料能開發出如同鐵材般的吸附能力，而使我們的磁性漆能達到更高的另一個層次。
表三、冰箱鐵材以及柏林磁性塗膜（乾膜：200 μm）與磁鐵種類吸力比較
總結
柏林創意塗料均是以無毒、環保的水性配方精製而成，適合辦公室、餐廳、室內設計塗裝、兒童遊戲室及一般家庭使用等，能輕易滿足各式各樣的創意啟發，將靈感隨時隨地的記錄下來，不僅增加人與人的交流與互動，更使環境空間設計增添藝術風格。因此，柏林創意塗料能為您帶來：
- DIY、易操作，無需交給專業師傅施工；
- 比市售產品性能更佳，價格更實惠；
- 環保水性塗料，無毒、低氣味；
- 易書寫、易擦拭、易保養；
- 國內首創，最新技術二液型黑板漆，性能更升級。
參考文獻
- 簡析關於水性雙組份聚氨酯塗料，https://www.xuehua.us/a/5eb5dba186ec4d1316eb4478
- 水性塗料配方知識手冊，http://www.pthjs.com/services/waterborne.pdf
- 水性塗料：配方設計的思考與助劑的應用，http://www.tlpfw.com/a/zj/8162.html
- 磁鐵介紹，http://www.courage-magnet.com/news/news926.html
小編的話
柏林開發的水性環保創意塗料，讓熱愛DIY的使用者或室內設計團隊有更多元的選擇，使用者的回饋是讓柏林研發團隊進步的來源，若遇到施工或塗膜性能不足的地方，或是有更多創意塗料的想法，歡迎隨時提供意見。
