分散劑結(jié)構(gòu)和用量對(duì)調(diào)色乳膠漆性能的影響*

周 華，解亞楠，汪理想，陶 騫，劉 陽

（蘇州世名科技股份有限公司，江蘇省水基顏料分散體工程技術(shù)研究中心，江蘇昆山215337）

工程師園地

分散劑結(jié)構(gòu)和用量對(duì)調(diào)色乳膠漆性能的影響*

周 華*，解亞楠，汪理想，陶 騫，劉 陽

（蘇州世名科技股份有限公司，江蘇省水基顏料分散體工程技術(shù)研究中心，江蘇昆山215337）

設(shè)計(jì)了乳膠漆基礎(chǔ)配方，研究了分散劑結(jié)構(gòu)和用量對(duì)調(diào)色乳膠漆性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，乳膠漆的穩(wěn)定性、耐水性、展色性、遮蓋力等性能與分散劑結(jié)構(gòu)與用量密切相關(guān)。當(dāng)分散劑選用S110時(shí)，且用量為乳膠漆的5‰～7‰時(shí)，制備得到的乳膠漆在穩(wěn)定性、耐水性、展色性較其它分散劑有明顯優(yōu)勢(shì)。

調(diào)色乳膠漆；分散劑；展色性

調(diào)色乳膠漆是以樹脂乳液為基料，將顏填料經(jīng)適當(dāng)分散劑分散后添加到乳膠漆中制備而得到。隨著建筑涂料的技術(shù)發(fā)展與色彩需求的增大，調(diào)色乳膠漆的用量也越來越大[1-6]。調(diào)色乳膠漆中，分散劑是影響調(diào)色乳膠漆性能的關(guān)鍵因素。

選擇合適的分散劑是制備高品質(zhì)調(diào)色乳膠漆的關(guān)鍵技術(shù)之一[7-11]。目前，常用的分散劑是丙烯酸鈉或銨鹽類為主，該類分散劑對(duì)鈦白、重鈣等粉料具有良好的分散作用，對(duì)無機(jī)顏填料降粘效果明顯，但與有機(jī)顏料色漿相容性較差。由于該結(jié)構(gòu)含有大量的羧酸根離子，離子化程度高，親水性能優(yōu)越，從而導(dǎo)致調(diào)色乳膠漆在耐水性[12,13]、展色性、沉降穩(wěn)定性等指標(biāo)上存在欠缺[14-17]。近年來，開發(fā)同時(shí)含有親水羧酸根結(jié)構(gòu)與親油苯環(huán)結(jié)構(gòu)分散劑成為研究熱點(diǎn)，該類分散劑可同時(shí)對(duì)無機(jī)及有機(jī)顏料進(jìn)行有效分散。

基于此，本文探討與分析分散劑結(jié)構(gòu)與用量對(duì)調(diào)色乳膠漆耐水性、展色性、沉降穩(wěn)定性的影響，為調(diào)色乳膠漆中分散劑的選擇提供一定的理論與應(yīng)用參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和器材

分散劑S110（實(shí)驗(yàn)室自制，Mw=7000）；聚丙烯酸鹽分散劑A（Mw=5000，圣諾普科公司）；改性聚羧酸鹽分散劑B（Mw=5000，上海泰格聚合物有限公司）；丙二醇；多功能助劑AMP-95；潤濕劑X-405（陶氏公司）；防腐劑；羥乙基纖維素HBR250（亞跨龍公司）；消泡劑NXZ（圣諾普科）；金紅石型鈦白粉；高嶺土（1250目）；重鈣（800目）；硅灰石粉（800目）；苯丙乳液；成膜助劑醇酯十二；聚氨酯增稠劑；堿溶脹增稠劑；大紅色漿；酞菁藍(lán)色漿；炭黑色漿；鐵紅色漿（蘇州世名科技股份有限公司）。

高速攪拌分散機(jī)（上?，F(xiàn)代）；250μm涂布器；X-Rite SP62分光光度計(jì)（美國）。

1.2 乳膠漆的制備

按照表1所示設(shè)計(jì)乳膠漆配方，其中分散劑的用量依次為調(diào)色乳膠漆總量的3‰、5‰、7‰、9‰、11‰。

表1 乳膠漆配方組分清單Tab.1Formulations of latex paint

分別以分散劑S110、分散劑A、分散劑B為研究對(duì)象，按照表1配方精確稱取物料1～3放入搪瓷燒杯中，在攪拌分散機(jī)中以1200r·min-1轉(zhuǎn)速分散20min，然后加入物料4，在3600r·min-1速度下分散1h，降低研磨轉(zhuǎn)速至800r·min-1，加入物料5與6，繼續(xù)分散20min，最后經(jīng)120目過濾袋過濾，其中序6中消泡劑NXZ可多次加入。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 耐水性取適量乳膠漆，加入2%酞菁藍(lán)色漿，攪拌均勻備用。將石棉板用石蠟和松香混合物封邊和封背，用板刷將制備好的色漆均勻的涂刷在石棉板上，涂刷兩道，待第一道漆膜完全自然干透后再刷第二道。然后將石棉板2/3浸入23±2℃蒸餾水中，經(jīng)過96h后從水中取出待自然干透后用分光光度計(jì)讀取浸泡和未浸泡部分的色差，色差越大，說明涂膜的耐水性越差。

1.3.2 遮蓋力用250μm涂布器在底色黑白各半的銅版紙上均勻地涂布待測(cè)乳膠漆，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度23±2℃，濕度50%±5%）下至少放置24h，然后用分光光度計(jì)讀取遮蓋力度。

1.3.3 展色性取適量乳膠漆，分別加入2%大紅、酞菁藍(lán)、炭黑、鐵紅色漿，攪拌均勻，用250μm涂布器在銅版紙上制卡，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度23±2℃，濕度50%±5%）下至少放置24h，然后用分光光度計(jì)讀取著色強(qiáng)度。

1.3.4 穩(wěn)定性常溫穩(wěn)定性：將乳膠漆密封于樣品瓶中，常溫放置3個(gè)月后，打開樣品瓶在未攪拌狀態(tài)下，觀察試樣有無分層現(xiàn)象，然后充分?jǐn)嚢铇悠?，觀察有無硬塊、凝聚現(xiàn)象。

熱儲(chǔ)穩(wěn)定性：將乳膠漆密封于樣品瓶中，放置于53℃±5℃的烘箱中15d后，冷卻至常溫，打開樣品瓶在未攪拌狀態(tài)下，觀察試樣有無分層現(xiàn)象，然后充分?jǐn)嚢铇悠罚^察有無硬塊、凝聚現(xiàn)象。

冷凍穩(wěn)定性：將乳膠漆密封于樣品瓶中，放置于-5℃±2℃的環(huán)境下冷凍18h，解凍6h，并循環(huán)3次。循環(huán)完成后打開容器觀察未攪拌試樣有無分層現(xiàn)象，然后充分?jǐn)嚢铇悠?，觀察有無硬塊、凝聚現(xiàn)象。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散劑對(duì)涂料耐水性的影響（圖1）

圖1 分散劑用量與結(jié)構(gòu)對(duì)涂料耐水性的影響Fig.1Effect of content and structure of dispersant on water resistance of coating

圖1 可見，在選取的3種分散劑中，在相同用量的前提下，S110制備涂料浸泡前后色差最小，耐水性最好。這是因?yàn)橄鄬?duì)于分散劑A、B，分散劑S110帶有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，從而使其制備的涂膜展現(xiàn)出優(yōu)良的耐水性。另外，圖1還表明分散劑用量與涂料耐水性的關(guān)系也非常密切。這是因?yàn)榉稚┯昧康脑黾樱佁盍戏稚⑿室嚯S之增加，顏料顆粒變小，使成膜的平整度增加，顆粒間的空隙變小，故成膜后涂料未浸泡部分與浸泡部分色差小，耐水性得到改善。但當(dāng)分散劑的用量大于7‰時(shí)，未浸泡部分與浸泡部分著色強(qiáng)度色差反而增大，這是因?yàn)楫?dāng)分散劑用量過多時(shí)，增加了涂膜的潤濕性，導(dǎo)致涂膜耐水性變差，因此，涂料中分散劑添加量應(yīng)在5‰～7‰之間。

3.2 分散劑對(duì)涂膜遮蓋力的影響

圖2 是分散劑結(jié)構(gòu)與用量對(duì)涂料遮蓋力的影響。

圖2 分散劑用量與類型對(duì)涂料遮蓋力的影響Fig.2Effect of content and structure of dispersant on hide power of coating

從圖2可以看出，當(dāng)添加量從3‰到11‰，涂料的遮蓋力增加。如前所述，分散劑用量增加，有利于提高顏填料的分散效率，從而使顏填料的粒徑減小，顆粒粒徑分布范圍變窄，遮蓋力增強(qiáng)。另外，比較在相同分散劑添加量下制備涂料的遮蓋性能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分散劑添加量小于5‰時(shí)，S110對(duì)應(yīng)的遮蓋力較分散劑A、B差，但分散劑用量大于5‰時(shí)，S110對(duì)應(yīng)的遮蓋力較分散劑A、B略有優(yōu)勢(shì)。這可能是因?yàn)楫?dāng)分散劑用量低于5‰，分散劑A、B對(duì)無機(jī)顏填料分散效率高于S110，遮蓋力較S110具有優(yōu)勢(shì)；而當(dāng)分散劑用量大于5‰，由于分散劑使用量的增加，以分散劑A、B分散無機(jī)顏填料粘度太低，分散效率不高，從而S110對(duì)應(yīng)的遮蓋力較分散劑A、B略有優(yōu)勢(shì)。

3.3 分散劑對(duì)涂料展色性的影響

選擇大紅、酞菁藍(lán)、碳黑、鐵紅4種市場(chǎng)中常見色漿，色漿的添加量為乳膠漆2%，著色強(qiáng)度以分散劑A為標(biāo)準(zhǔn)（添加量為5‰，著色強(qiáng)度記為100%）。

圖3 分散劑在5‰、7‰添加量下對(duì)調(diào)色乳膠漆著色強(qiáng)度的影響Fig.3Effect of dispersant on tinting strength of toning latex paint（5‰、7‰）

由圖3可以得到，在選取的4支色漿中，隨著分散劑用量的增加，著色強(qiáng)度增加，涂料展色性得到改善。且其中S110在3種分散劑中展色性最優(yōu)。這是因?yàn)榉稚┯昧康脑黾幽懿粩嘟档椭伭狭Ｗ拥男跄潭?，從而展色性得到改善。同時(shí)由于相對(duì)于其他兩種分散劑，S110分散劑中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，與有機(jī)顏料結(jié)構(gòu)相似，從而分散劑與顏料粒子吸附的更為緊密，顏料粒子粒徑分布范圍更窄，絮凝程度最低，展色性最好。

3.4 分散劑對(duì)涂料穩(wěn)定性的影響

選取分散劑A、分散劑B、S110，分散劑使用量選擇7‰，分別制備乳膠漆1、2、3。研究分散劑類型對(duì)涂料穩(wěn)定性的影響，具體測(cè)試方法見測(cè)試方案中的穩(wěn)定性測(cè)試。

表2 分散劑結(jié)構(gòu)對(duì)涂料穩(wěn)定性的影響Tab.2Influence of dispersant structure on the stability of coating

由表2可知，常溫放置3個(gè)月，乳膠漆1儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差，出現(xiàn)了輕微分水現(xiàn)象，而乳膠漆2、乳膠漆3儲(chǔ)存狀態(tài)良好。乳膠漆經(jīng)熱儲(chǔ)或冷凍后，乳膠漆1出現(xiàn)了嚴(yán)重分水現(xiàn)象，乳膠漆2出現(xiàn)了輕微分水現(xiàn)象，而乳膠漆3未見異?，F(xiàn)象。由以上3種不同儲(chǔ)存狀態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，在3支分散劑中，S110制備的涂料穩(wěn)定最高，這主要是因?yàn)镾110是一種改性嵌段共聚物，而分散劑A和B分別是丙烯酸鹽與改性聚羧酸鹽類分散劑，無法提供有效空間位阻效應(yīng)，體系的穩(wěn)定主要依靠雙電層效應(yīng)，當(dāng)雙電層遭到外在因素破壞，涂料體系的穩(wěn)定性將明顯降低。

4 結(jié)論

本文探討了分散劑對(duì)制備調(diào)色乳膠漆耐水性、展色性、穩(wěn)定性的影響，研究結(jié)果表明當(dāng)分散劑用量在5‰～7‰之間時(shí)，涂料耐水性最優(yōu)。同時(shí)當(dāng)選用嵌段共聚物分散劑S110時(shí)，由于S110自身結(jié)構(gòu)具有疏水性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)有機(jī)顏料有良好的分散效果，制備得到的涂料耐水性、對(duì)色漿的展色性、沉降穩(wěn)定性均明顯優(yōu)于市售分散劑A和B，涂料的遮蓋力較分散劑A和B略有優(yōu)勢(shì)。

［1］殷武.乳膠漆的配方設(shè)計(jì)［J］.涂料技術(shù)與文摘,2013,34（10）: 21-26.

［2］陳劍偉,孔德道,陸燕鳳，等.高耐沾污彈性外墻乳膠漆的制備及研究［J］.中國涂料,2014,29（5）:17-21.

［3］徐凱斌.用于調(diào)色系統(tǒng)的基礎(chǔ)乳膠漆的配方設(shè)計(jì)原理［J］.涂料工業(yè),2003,（1）:11-14.

［4］吳進(jìn),萬書青,張剛.開放式外墻乳膠漆調(diào)色系統(tǒng)的建立和運(yùn)行［J］.涂料技術(shù)與文摘,2004,（3）:21-25.

［5］萬書青,王向陽,孫志兵.涂料生產(chǎn)中顏色質(zhì)量影響因素及解決方案［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝,2008,（4）:57-60.

［6］萬書青.現(xiàn)代調(diào)色系統(tǒng)的構(gòu)想［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝,2005,8（4）: 30-34.

［7］范曉玲,Michael Schmitt,T.Staffel.分散劑在乳膠漆中的應(yīng)用［J］.涂料工業(yè),2002,32（2）:16-17.

［8］GlennRobinson.優(yōu)化分散劑體系［J］.涂料工業(yè),1998,（2）:34-35.

［9］於寧.乳膠漆顏料分散劑的使用［J］.上海涂料,2004,（1）:22-23.

［10］王路山,聶會(huì)穎.乳膠漆用分散劑的快捷選擇方法［J］.涂料技術(shù)與文摘,2006,（6）:14-15.

［11］王春偉,鄭樹軍,湯靜芳，等.水性分散劑與增稠劑的選擇和配伍［J］.涂料工業(yè),2008,38（4）:55-58.

［12］徐玲,劉宏萍,李月鳳.增強(qiáng)外墻乳膠漆早期抗水性的試驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料,2005,（8）:26-28.

［13］徐玲,劉宏萍,張先進(jìn)，等.外墻乳膠漆早期抗水性研究［J］.涂料與應(yīng)用,2004,（2）:16-21.

［14］羅才平.淺談乳膠漆貯存中的沉降性［J］.涂料工業(yè),2001,31（3）：16-17.

［15］孫嚴(yán).乳膠漆沉降分層的原因與控制［J］.監(jiān)督與選擇,2006,（7）:34-35.

［16］吳自強(qiáng),李鵬舉,吳鷹.幾種助劑對(duì)EVA乳膠漆的粘度和沉降值的影響［J］.化學(xué)建材,1999,（2）:15-17.

［17］張麗,李濤,楊華永，等.影響乳膠漆分層的因素［J］.化學(xué)建材, 2004,（4）:5-8.

Influence of dispersant structure and content on the properties of color latex paint*

ZHOU Hua，XIE Ya－nan，WANG Li－xiang，TAO Qian，LIU Yang
（Jiangsu Engineering Research Center for Water－based Pigment Dispersion,Suzhou Sunmun Technology Co.,Ltd., Kunshan 215337,China）

A kind of basic formula of latex paint formulations was designed,the influence on toning latex paint application performance of dispersant was studied.The results show that performances of latex paint related with structure and amount of dispersant,such as,storing stability,water resistance,spreading ability,hide power.When the amounts of dispersant in latex paint 5～7‰,S110 has obvious advantage than other dispersant in latex paint on storing stability,water resistance,spreading ability.

toning latex paint；dispersant；spreading ability

TQ633

A

10.16247/j.cnki.23－1171/tq.20150355

2015-01-13

江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（BE2012863）

周華（1978-），男，碩士，工程師，湖南湘鄉(xiāng)人，主要從事水基顏料分散體的研發(fā)與應(yīng)用工作。