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水性含砂多彩涂料的制备与性能研究(下),论述了水性含砂多彩涂料的发展近况,介绍了其配方及生产制备工艺
2019年11月22日    阅读量:1405     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

2. 1. 2 乳液对多彩体系及漆膜性能的影响
乳液对水性含砂多彩涂料体系的稳定性、成品开罐效果、涂膜性能可以说有着决定性的影响。其本身特性以及与保护胶、助剂的相互作用决定着产品体系的通透性、抗渗色能力、运输贮存稳定性、施工性以及干膜功能等特性。通常采用阴离子聚合的纯丙和硅丙乳液,在保持良好的物理机械性能基础上,再赋予漆膜优良的耐候性、耐沾污性等中国建材网cnprofit.com
结合本体系基础漆加砂调色特点,最终选择了国内一款无皂聚合的硅丙乳液作为调色基础漆成膜物质,其特点是在乳液合成中采用了的特殊有机硅技术,用其配制的涂料耐水白性极好,与底材附着力强、粘结强度较高; 成膜温度低,胶膜致密、坚韧; 硬度高、抗污染效果好。用 7%的保护胶溶液和该乳液在质量比 1 ∶1的情况下复配做极限相容性测试,连续观察3 个月,未发现凝胶现象,说明两者之间惰性较强,有利于体系在长期贮存过程中保持稳定。
含砂多彩涂料连续相乳液对最终漆膜的性能至关重要。普通多彩涂料在大多数的实际应用中以不连续的彩点成膜为主,多组色点与中间底色合理搭配呈现花岗岩的效果,因此最终漆膜以扁平为主,漆膜相对较薄,色粒干燥收缩后贴敷于平涂漆或者真石漆表面,连续相以类似于清漆的成膜状态覆盖和分布于彩点四周,这点与含砂多彩配方设计的初衷有所不同。含砂多彩涂料在未来的发展应用中定位于模仿立体感较强的毛面花岗岩效果,以“凹凸面”和“荔枝
面”为主,其单位面积涂布量要远大于普通多彩涂料,可能导致局部连续相乳液聚集,膜厚大大增加,因此其在制备和应用过程中需要重点考虑以下几个因素: ( 1) 连续相乳液与所选保护胶溶液有较好的相容性,即与保护胶保持“相对惰性”,以防止贮存过程中出现黏度猛增甚至凝胶的现象; ( 2) 良好的成膜性,适当弹性以保证在不同的施工环境和高涂布量下能够稳定成膜,不开裂; ( 3) 合适的成膜温度,较小的粒径,在保证成膜良好的前提下保证漆膜的致密性和耐沾污性; ( 4) 良好的物理机械性能和耐化学品性以满足国标要求。选取 7 种市面上常用的多彩连续相乳液做对比测试,结果如表 5 所示。
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表 5 中所选取的连续相乳液包括 4 种纯丙和 3种硅丙乳液,在多彩市场上均占有一定的份额,特点也各有不同。W1 具有良好的物化性能但是与保护胶“惰性不足”,容易后增稠; W5、W6 因玻璃化转变温度较高导致相同配方下成膜性较差,改善成膜性可能导致成本上升以及其他问题产生; W4 综合性能平平且同样出现后增稠,可能与增稠剂相容性不好; W7综合性能最差不予考虑; W2、W3 的综合性能比较接近,考虑到成漆的通透性、开罐效果等因素,最终选择W3 作为本体系连续相乳液。W3 是一种采用特殊工艺合成,利用核-壳结构共聚而成的自交联硅丙乳液,具有较低的成膜温度,漆膜极其致密,其配制的多彩漆具有优异的耐水白性、耐水性、耐候性等。
2. 1. 3 纤维素醚对多彩体系及漆膜性能的影响
纤维素醚多用于含砂多彩涂料的基础漆中,且用量较大。除了提供传统的增稠触变以外,其主要还是与保护胶体协同作用赋予“造粒色点”良好的抗渗色性能和韧性。而基础漆中预加入的少量保护胶溶液,则与纤维素醚在色点体系中形成类似现代建筑的“框架结构”,与造粒阶段的保护胶溶液一起,将调色基础漆牢牢固定在“框架”之中,形成稳定的胶粒,如图 3 所示。
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结合本公司现有原材料,选取 3 种市面常用的纤维素醚 E1、E2、E3,制成含砂多彩涂料,重点考察其对涂膜抗渗色性和耐水性,结果如表 6 所示。
由表 6 可以看出,E3 的含砂彩点韧性强,相同条件下碎点少,涂膜耐水白性好,表现最佳。其为一种高黏度等级的非离子型、水溶性乙基羟乙基纤维素醚,与普通内外墙中普遍使用的纤维素醚相比,相对分子质量更高,疏水性更强,特别适合用于含砂类多彩体系,改善造粒色点的稳定性和保水性。


2. 1. 4 “骨料”对多彩体系及漆膜性能的影响
与普通多彩涂料相比,含砂多彩涂料的“骨料”在保留少量钛白粉和常规填料如高岭土等的基础上,引入了较大量的石英砂。目前市面上已经出现的加砂方式主要有 2 种,一种是只在基础漆加砂,另外一种是基础漆、连续相均加砂。从生产批次之间便于质量控制和体系稳定性的方面考虑,个人倾向于前者,即只在基础漆加砂。而后者主要是考虑最终漆膜的均匀性,认为连续相含砂可以进一步增加体系含砂量,使得质感效果更强,这一点在喷涂较厚的含砂多彩涂料施工中其实并没有多大优势,满喷情况下基础漆中的石英砂几乎可以完全覆盖整个基面,通过施工工艺控制即可实现较强的凹凸感,有效模拟毛面花岗岩的表观效果。石英砂的粒径和级配也是重点考虑的因素之一,一般都要选择 40 目以上的中小粒径石英砂,并根据需求选择各粒径分布区间的搭配比例。另外,石英砂相对基础漆的添加比例( 质量比) 尽量不要超过 1 ∶1,以避免施工中可能引起的“堵枪”问题,保证施工顺畅性。
石英砂的密度一般为 2. 65 g /cm3,大量加入会导致基础漆密度迅速上升,影响造粒色点在体系中的悬浮性和稳定性。因此可以适当添加强度较高的空心玻璃微珠来平衡其密度范围,降低色粒体积质量,改善色粒因密度过高造成运输贮存中底部沉积现象,同时还可以丰富含砂多彩涂料的质感效果。添加 3%( 质量分数) 的空心玻璃微珠对基础漆密度的影响如表 7 所示。
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由表 7 可以看出,以市面常见的空心玻璃微珠为例,理论密度在 0. 2 ~ 0. 3 g /cm3,3%的添加量可以使含砂基础漆密度降低 10%左右。
空心玻璃微珠的加入,还可以给加砂多彩涂层带来许多附加功能。空心玻璃微珠的表面特性和光反射作用,可以提高漆膜的耐沾污性和耐老化性。紧密排列的空心玻璃微珠内部含有稀薄的气体,导热系数很低,可以增加涂层隔热保温效果。空心玻璃微珠还可有效增强涂层的抗冷热收缩性和弹性,大大减少涂层因受热胀冷缩而引起开裂和脱落。
2. 2 其他重要助剂的选择
2. 2. 1 基础漆润湿分散剂的选择
含砂多彩涂料基础漆中润湿分散剂的选择和用量非常重要,会直接影响基础漆的色浆展色性、粒子“软硬”程度、色粒抗渗色性、漆膜耐水性等。尤其是耐水白性和可恢复性,是目前的含砂质感漆、真石漆生产厂家和用户都十分关心的一个问题,也是引起投诉和纠纷的“重灾区”。其主因还是因为漆膜的致密性、亲水物质过量聚集、疏水性不够等因素导致外界水分侵入漆膜引起发白现象,因此从乳液、纤维素醚、润湿分散剂等各方面做的主要工作就是“疏水化”。实验选择了一款疏水改性的阴离子型羧酸聚合物铵盐产品,其特点除了能够起到较好的分散效果外,还能较好保持漆膜的耐水性。
润湿剂在含砂多彩涂料中的重要性还在分散剂之上,由于其不同的电荷分布和表面特性,其加入可使得基础漆的涂膜外观流变状态发生改变。经过多次实验,最后选择了陶氏化学的一款特殊醇类润湿剂。其在本体系中的作用有: ( 1) 能大大提高色浆在基础漆中的展色性; ( 2) 能够使基础漆物理流变状态由软絮状向平滑状转变,控制用量可使涂膜后样板相对平滑,其好处是便于生产时色差控制,保证批次间颜色稳定性; ( 3) 会使粒子更加圆润,韧性增强,抗渗色能力增加。此外,目前市场上力推的许多增强粒子“硬度”和“抗渗色性”凝胶反应剂,本质上来讲也是属于润湿剂的范畴,一般也是属于阴离子类型,本身具有长链结构,其中一端可以与色点中纤维素醚反应结合,吸附于色点表面,提供疏水保护膜,另一端携带的负电荷可以包覆在色粒表面形成“带电体”,通过电荷间的排斥力协同空间位阻保持色粒间稳定性。
2. 2. 2 连续相增稠体系的选择
前文含砂多彩涂料“骨料”分析中,石英砂的引入会导致造粒色点密度相对于普通多彩涂料大大增加,因此其在连续相中的“悬浮性”与成品施工的“流畅性”之间的矛盾就凸显出来了。单单依靠一般多彩涂料中普遍采用的疏水改性碱溶性乳液型增稠剂在常规的施工黏度下不能给予色粒足够的支撑,由此会引发一系列贮存问题,如分水、沉降、搅拌易碎等。而且此类增稠剂对温度敏感,50 ℃ 下加速贮存实验时会发现体系黏度下降很快,更加不利于涂料的贮存,严重影响含砂多彩涂料的使用和推广,因此目前的一般做法是将碱溶胀增稠剂与有机改性精制锂蒙脱石粘土、凹凸棒石粘土等复配,例如,用海明斯的BENTONE DY CE、巴斯夫的 Attagel 40,来增强体系的贮存稳定性。此类增稠剂因其作用机理相对来说对温度的敏感性没那么强,使得体系在相对温度较高的环境下也能较长时间的保持稳定。其用量可以根据加 沙 量 的 多 少 进 行 调 整,一 般 在 0. 6% ~ 1. 0%之间。
2. 3 水性加沙多彩涂料的综合性能检测
目前尚没有水性含砂多彩涂料的相关国家标准,将制得的成品按照 HG/T 4343—2012《水性多彩建筑涂料》和 JG/T 24—2000《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料》的要求进行综合性能测试,结果如表 8 所示,样板如图 4 所示。
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3 结 语
( 1) 测试表明,优选活性较高的保护胶体、相对惰性的硅丙乳液、高黏度等级的乙基羟乙基纤维素醚、40 目以上级配的石英砂,配合增韧、增强功能的润湿剂以及连续相复合增稠体系,可以制得体系稳定,漆膜性能优良的的水性含砂多彩体系。
( 2) 骨料中适当添加空心玻璃微珠,可以降低色粒体积质量,提高色点在体系中的稳定性,丰富质感效果,赋予漆膜一定隔热功能。
( 3) 色粒中的大粒径骨料能够增加漆膜的“凹凸感”和“立体感”,单独一层即可获得毛面花岗岩的“荔枝面”效果,弥补了单独普通多彩涂料这方面的缺陷,省去了质感中涂的施工工序。

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