水性多彩涂料制備的初步研究

趙 玥

(1.唐山學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系，河北 唐山 063000；2.唐山市精細(xì)化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063000；3.唐山市微納米材料制備及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063000)摘要：利用分光光度法分別考察了水性多彩涂料制備過程中的乳液用量、保護(hù)膠體的種類、分散劑的類型及用量、纖維素用量對色粒成粒過程中滲色性能的影響，制備得到適合工藝的組份配比。凝膠色粒穩(wěn)定性的研究結(jié)果及制備涂料的性能測定結(jié)果表明，制備的水性多彩涂料體系穩(wěn)定、抗?jié)B色性能良好。關(guān)鍵詞：水性多彩涂料；分散劑；保護(hù)膠體；羥乙基纖維素

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水性多彩涂料制備的初步研究

趙 玥1，2，3

(1.唐山學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系，河北 唐山 063000；2.唐山市精細(xì)化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063000；3.唐山市微納米材料制備及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063000)摘要：利用分光光度法分別考察了水性多彩涂料制備過程中的乳液用量、保護(hù)膠體的種類、分散劑的類型及用量、纖維素用量對色粒成粒過程中滲色性能的影響，制備得到適合工藝的組份配比。凝膠色粒穩(wěn)定性的研究結(jié)果及制備涂料的性能測定結(jié)果表明，制備的水性多彩涂料體系穩(wěn)定、抗?jié)B色性能良好。關(guān)鍵詞：水性多彩涂料；分散劑；保護(hù)膠體；羥乙基纖維素

0 引言

水性多彩涂料是一種具有藝術(shù)觀賞性的環(huán)保型建筑涂料，它以水性基礎(chǔ)漆作為溶劑，有多種彩色粒懸浮其中，噴涂后可形成多彩圖案。該涂料具有裝飾性和抗污性強(qiáng)、彈性佳、耐候性好、施工工藝簡單、涂層薄、環(huán)保安全等特點(diǎn)[1]，適用于高檔建筑物墻面的裝飾。

多彩涂料是由分散相和分散介質(zhì)組合制備而成，其中顏料、填料和成膜物質(zhì)組成分散相，保護(hù)膠體溶液為分散介質(zhì)。水性多彩涂料是由保護(hù)膠粉、分散劑等按照比例完全分散于水中形成均相體系而制成的。水性多彩涂料的分散相和分散介質(zhì)均為水相。制備時(shí)在保護(hù)膠溶液中分散分散相，可生成一層不溶于水的柔性膜包裹在分散相的小液滴表面，構(gòu)成色粒，同時(shí)，柔性膜阻止色漆向保護(hù)膠水溶液中擴(kuò)散，防止顏料滴之間的聚集，并在室溫中揮發(fā)促進(jìn)成膜。色粒對于多彩涂料的功能性具有至關(guān)重要的作用，其在分散介質(zhì)中的長期均勻懸浮，是衡量多彩涂料良好性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)試劑及儀器如表1，表2所示。

表1 實(shí)驗(yàn)藥品

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 保護(hù)膠溶液的制備

將保護(hù)膠粉高速分散約30 min至其在水中完全溶脹[1]。

1.2.2 調(diào)色基礎(chǔ)漆的制備

將羥乙基纖維素加入到水中，低速攪拌20 min至其完全分散于水中；依次加入分散劑、消泡劑、pH調(diào)節(jié)劑，并加入鈦白粉和重質(zhì)碳酸鈣作為填料，高速分散30～40 min；在中速攪拌條件下，依次加入成膜物質(zhì)、消泡劑，繼續(xù)攪拌10 min后，加入保護(hù)膠溶液，再攪拌5 min左右即可[1]。

1.2.3 色漆的制備

品美食應(yīng)該是個(gè)重點(diǎn)，可以從五個(gè)學(xué)科的角度去體會。第一個(gè)，土壤學(xué)。因?yàn)槿f里行活動(dòng)的第一站要走進(jìn)北大荒，北大荒在土壤學(xué)上是黑土，圍繞著黑土，怎么去體驗(yàn)。第二個(gè)，氣候?qū)W。北大荒有什么樣的氣候特點(diǎn)，怎么去體驗(yàn)。第三個(gè)，要從環(huán)境學(xué)的角度，怎么去體驗(yàn)。第四個(gè)，從營養(yǎng)學(xué)的角度，怎么去體驗(yàn)。最后，要從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度，研究農(nóng)墾的產(chǎn)品，研究北大荒的產(chǎn)品。從這“五個(gè)學(xué)”的角度，能把農(nóng)墾的特點(diǎn)，北大荒的特點(diǎn)，農(nóng)墾及北大荒農(nóng)產(chǎn)品的特點(diǎn)說清楚。最后，通過農(nóng)墾直供的社區(qū)實(shí)體店渠道及會員制服務(wù)的方式，保證老百姓吃到的是真東西，好東西！

根據(jù)所要達(dá)到的顏色效果，將水性色漿緩慢倒入調(diào)色基礎(chǔ)漆中，攪拌20 min即可。

1.2.4 水性多彩涂料的制備

在低速攪拌下，將色漆緩慢加入到保護(hù)膠溶液中，然后中速攪拌20 min；再依次加入乳液、成膜助劑、消泡劑，低速攪拌10 min即可[2]。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液用量對色粒體系的影響

涂料中的乳液是以高分子合成樹脂乳液為主的一類物質(zhì)，在涂料制備過程中作為成膜物質(zhì)使用，乳液添加的成功與否直接關(guān)系到成品漆的穩(wěn)定以及涂料成膜后色粒的表現(xiàn)形式。由于乳液中的乳化劑或者乳液結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)會與保護(hù)膠發(fā)生反應(yīng)，引起色粒膨脹變形，破壞成品后的穩(wěn)定性[3]，導(dǎo)致乳液與保護(hù)膠兼容性變差，致使漆膜遇水起泡發(fā)白，影響裝飾效果，破壞柔性保護(hù)膜，導(dǎo)致色漆滲色、混色的發(fā)生，因此，乳液用量對于基礎(chǔ)漆、色漆的制備至關(guān)重要。本研究選用20%～40%的純丙乳液進(jìn)行分光光度法測試[2-3]，考察不同乳液用量對于色粒體系的影響，并用該數(shù)值表示色粒的滲色程度。結(jié)果如圖1所示。

圖1 乳液的用量對凝膠色粒滲色性的影響

由圖1可知，加入40%的純丙乳液，分散介質(zhì)的吸光度最高，其次是20%的，之后依次是35%和30%，最小的是25%的。即在加入純丙乳液的量在20%以下和40%以上時(shí)，分散介質(zhì)在500～700波長區(qū)間內(nèi)的吸光度較大；而當(dāng)加入純丙乳液的量在25%～35%之間，分散介質(zhì)在500～700波長區(qū)間內(nèi)的吸光度較小，且吸光度值與濃度值呈現(xiàn)一致性變化。分散介質(zhì)在可見光區(qū)吸光度較大，表示生成凝膠色粒的穩(wěn)定性較差且易滲色，而吸光度較小表示生成的凝膠色粒的穩(wěn)定性較好且不易滲色。純丙乳液的添加量在25%～35%之間吸光度較小，因此，選用25%的純丙乳液添加量進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2 分散劑用量對色粒體系的影響

分散劑是一種表面活性劑，在涂料的制備工藝中通常用來分散難溶性的固體顏料或者液體顆粒，防止形成顆粒的沉降與凝聚。阿拉伯樹膠粉和明膠溶液作為目前較為通用的保護(hù)膠溶液，在不同類型的多彩涂料中均有應(yīng)用。為了選擇最佳的保護(hù)膠溶液體系與分散劑用量，在保護(hù)膠溶液的濃度為8%時(shí)[4]，分別選擇焦磷酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，在不同保護(hù)膠溶液下測試分散劑用量對色粒透射率的影響。

圖2分別是焦磷酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉在阿拉伯樹膠粉保護(hù)膠溶液中對色粒透射率的影響。在8%的阿拉伯樹膠粉保護(hù)膠溶液中分別加入0.5 g，1.0 g，1.5 g的焦磷酸鈉測定吸光度，焦磷酸鈉添加量為0.5 g時(shí)吸光度最小，但與添加量為1.5 g和0.5 g時(shí)吸光度相差不大；在8%的阿拉伯樹膠粉保護(hù)膠溶液中分別加入0.5 g，1.0 g，1.5 g的十二烷基苯磺酸鈉時(shí)，在不同波長下測定的結(jié)果不能呈現(xiàn)線性相關(guān)。因此，當(dāng)選用阿拉伯樹膠粉為保護(hù)膠溶液時(shí)，焦磷酸鈉和十二烷基磺酸鈉均不適宜作為分散劑使用。

圖2 焦磷酸鈉與十二烷基苯磺酸鈉在阿拉伯 樹膠粉保護(hù)膠溶液中對色粒透射率的影響

圖3為不同分散劑在明膠保護(hù)膠體系中的色粒透射率情況。在8%的明膠保護(hù)膠溶液中分別加入0.5 g，1.0 g，1.5 g的焦磷酸鈉。焦磷酸鈉為0.5 g時(shí)吸光度最小，1.0 g和1.5 g時(shí)吸光度較大；而在8%的明膠保護(hù)膠溶液中分別加入0.5 g，1.0 g，1.5 g的十二烷基苯磺酸鈉時(shí)，體系的吸光度依次減小，當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉為1.5g時(shí)出現(xiàn)最小吸光度。由此可知，十二烷基磺酸鈉用量為1.5 g時(shí)，在明膠保護(hù)膠體系中的色粒透射率最小，因此，選用十二烷基磺酸鈉為分散劑，明膠為保護(hù)膠溶液是最優(yōu)分散劑配方體系。

圖3 焦磷酸鈉與十二烷基苯磺酸鈉在 明膠保護(hù)膠溶液中對色粒透射率的影響

2.3 羥乙基纖維素用量對色粒體系的影響

羥乙基纖維素提供分散相所必需的造粒粘度，是水性多彩涂料成粒的關(guān)鍵材料，這是因?yàn)槔w維素的加入，增強(qiáng)了色粒與分散介質(zhì)之間羥基化反應(yīng)，強(qiáng)化了彩色粒表面的柔性膜強(qiáng)度，同時(shí)，優(yōu)化了分散相的疏水處理能力，增大了分散相與分散劑之間的粘度差，利于造粒[5]。添加不同量的纖維素，利用涂-4粘度計(jì)測定不同添加量下的分散相粘度，結(jié)果如圖4所示。圖5為羥乙基纖維素用量對凝膠色粒透射率的影響。由圖5可知，纖維素添加量在0.4%～0.6%之間時(shí)，隨著纖維素添加量的增大，分散相的粘度也增大；而當(dāng)纖維素添加量在0.7%～1.0%之間時(shí)，分散介質(zhì)在可見光區(qū)的吸光度變小。當(dāng)分散相粘度過大時(shí)，會造成涂料溶劑體系攪拌困難，不利于分散相的分散和顏填料的混合，并由于纖維素為碳?xì)浠衔?，過高的濃度容易導(dǎo)致成品染菌而腐敗變質(zhì)。因此，選擇纖維素添加量為0.7%，此時(shí)粘度為50 s，涂料的顏料可均勻包覆于柔性膜內(nèi)，不會出現(xiàn)滲色的現(xiàn)象，生成的色粒形態(tài)較好。

圖4 羥乙基纖維素的用量對分散相粘度的影響

圖5 羥乙基纖維素用量對凝膠色粒透射率的影響

2.4 涂層性能測定

根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)對制得的水性多彩涂料成品進(jìn)行檢測，結(jié)果如表3所示，成品指標(biāo)滿足國標(biāo)對于水性多彩涂料性能的要求，可用于外墻涂裝。

表3 水性多彩涂料性能指標(biāo)

3 結(jié)論

本文通過研究水性多彩涂料制備過程中的乳液用量、保護(hù)膠種類、分散劑的用量、羥乙基纖維素用量對凝膠彩色粒滲色性的影響，分析得到最適合制備水性多彩涂料的條件為：分散相中純丙乳液的用量控制在25%～35%之間；選用8%明膠作為保護(hù)膠溶液，在保護(hù)膠溶液中十二烷基磺酸鈉的用量為1.5 g；分散相中羥乙基纖維素的用量控制在0.7%～1.0%。

[1] 秦明明.水性多彩涂料的研究與制備[D].北京：北京化工大學(xué)，2009.

[2] 陳燕，周佳偉，劉通，等.分散相的組成對水性多彩涂料凝膠彩粒的影響[J].貴州化工，2012，37(5)：4-7.

[3] 官仕龍.涂料化學(xué)與工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013：43-45.

[4] 葉云飛，李萍，常學(xué)貴，等.以S-482為保護(hù)膠的水性多彩涂料的制備研究[J].上海涂料，2015，53(3)：5-9.

[5] 李廣軍，董立志，薛小倩.GTS保護(hù)膠在水性多彩涂料中的應(yīng)用[J].上海涂料，2015，53(3)：17-20.

(責(zé)任編校：李秀榮)

A Study on the Preparation of Waterborne Multicolor Coating

ZHAO Yue1，2，3

(1.Department of Environment and Chemistry Engineering，Tangshan College， Tangshan 063000， China； 2.Key Laboratory of Fine Chemicals of Tangshan City， Tangshan 063000， China； 3.Key Laboratory of Micronano Material Preparation and Application of Tangshan City， Tangshan， 063000 China)

By using spectrophotometric method， the author of this paper has studied the influence of the amount of emulsion， the type of protective colloid， the type and amount of dispersant， and the amount of cellulose on the permeation properties of the granulating process of color particles in the preparation of the waterborne multicolor paint， and obtained the component ratio of proper preparation. The results of the study on the stability of gel particles and the performance of the prepared coating show that the stability and the anti-permeability performance of the prepared coating are good.

waterborne multicolour coating； dispersing agent； protective colloid； hydroxyethyl cellulose(HEC)

2013年度唐山市科技計(jì)劃項(xiàng)目(131302114b)；唐山學(xué)院精細(xì)化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(140080105)；唐山學(xué)院博士創(chuàng)新基金項(xiàng)目(1400916)

趙玥(1978-)，女，河北唐山人，講師，博士，主要從事功能高分子及涂料研究。

TQ630.4

A

1672-349X(2016)06-0031-03

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2016.06.008