水性多彩漆的合成及影響因素分析

王玉峰，王 暉

(1.隴東學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.陜西漢通檢測有限公司，陜西 西安 710038)

水性多彩漆的合成及影響因素分析

王玉峰1，王 暉2

(1.隴東學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.陜西漢通檢測有限公司，陜西 西安 710038)

采用彈性乳液、二氧化鈦和相關(guān)助劑合成水性多彩漆，并對其性能做相關(guān)性能檢測，同時(shí)討論了分散相中羥乙基纖維素、顏填料、保護(hù)膠液等不同摻量對涂料性能的影響，最后對影響涂料穩(wěn)定性的幾個(gè)常見問題做了簡單分析，并給出了解決這些問題的方法。

水性多彩涂料；彈性乳液；AMP-95；羥乙基纖維素

水性多彩涂料最早是在20世紀(jì)60年代末由美國John C.Zola提出，并在US3458328公開了分散在含成膜物質(zhì)水分散介質(zhì)中的、由彩色球粒水分散體組成的多彩涂料[1]。水性多彩涂料主要應(yīng)用于裝飾建筑的內(nèi)外墻，該涂料經(jīng)噴涂施工，涂膜干燥后可呈現(xiàn)出多種色彩花紋，形象逼真，外觀類似于花崗巖，所以也叫做液體花崗巖或仿石涂料[2]。

多彩涂料根據(jù)兩相的組成特性不同，可以分為4類[3]：水包油型(W/O)、油包水型(O/W)、油包油型(O/O)、水包水型(W/W)。由于水包水型多彩涂料長期穩(wěn)定性、抗?jié)B色好且經(jīng)濟(jì)環(huán)保，已經(jīng)是多彩涂料研究發(fā)展的主流[4-5]。水包水型多彩涂料即“水性多彩涂料”。它是在水性基礎(chǔ)涂料中混入兩種以上不同顏色、大小及形狀各異的帶色微粒組成的一種復(fù)合的懸浮分散涂料。涂覆后發(fā)生色散而可獲得多種顏色花紋效果，也可具有凹凸不平，立體感強(qiáng)，色澤優(yōu)雅的浮雕狀外觀質(zhì)感效果。水性多彩涂料主要以張道銀等為代表，對“水包水”多彩涂料進(jìn)行了條件性試驗(yàn)，對多彩涂料的分散體系進(jìn)行了非常細(xì)致的研究[6]。

水性多彩涂料發(fā)展之初主要是以裝飾性作用為主，代替部分塑料或紙質(zhì)壁紙。隨著人們對環(huán)境、安全、功能性能要求的提高，開始向功能性發(fā)展。要求建筑涂料具有低VOC、阻燃性、熱反射、熱輻射，以及高抗沾污性、高彈性、自潔性、高耐候性，甚至具有熱反射性能。因此，功能性多彩涂料將成為一種研究方向[7]。

水性多彩涂料通常由分散相和連續(xù)相(分散介質(zhì))組成，其中連續(xù)相濃度和黏度較低，干燥后呈透明狀，而分散相中含有著色顏料，濃度和黏度較高。在攪拌作用下，不同色彩的分散相分別被分散入連續(xù)相中形成肉眼可見的細(xì)小條粒或珠粒，然后按比例混合形成多彩涂料。也可一次性將不同顏色的分散相分散到連續(xù)相中形成多彩涂料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑

彈性乳液、聚乙烯醇、羥乙基纖維素、膨潤土、Op-10: 工業(yè)級；18水硫酸鋁、12水氯化鐵、1,2-丙二醇：苯甲酸鈉：分析純；焦磷酸鈉、二氧化鈦、碳酸鈣、水性色漿、十二醇酯：化學(xué)純。

1.1.2 儀器設(shè)備

76-1型電動(dòng)攪拌機(jī)：上海標(biāo)本模型廠； 電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；三口燒瓶200 mL；燒杯100 mL；量筒10 mL、50 mL、100 mL等。

1.2 合成配方

水性多彩涂料由分散相、連續(xù)相和清漆三部分組成。

1.2.1 分散相原料配比

表1 分散相原料配比

1.2.2 連續(xù)相∶保護(hù)膠液原料配比

表2 保護(hù)膠液原料配比

1.2.3 清漆原料配比

表3 清漆原料配比

1.3 合成工藝

(1)分散相：把原料按所需比例依次加入水、乳液、多功能助劑AMP-95、顏填料、水性色漿、部分消泡劑(0.1 g)、丙二醇、防腐劑，低速攪拌分散10min(300 r/min左右)之后； 再加入羥乙基纖維素(連續(xù)少量加入)、膨潤土、剩余的消泡劑和成膜助劑，高速攪拌30min(1000 r/min)，即得分散相。

(2)保護(hù)膠：將保護(hù)膠液稱作第一連續(xù)相。開啟攪拌，按原料配比先依次加入水、硫酸鋁、氯化鐵、羥乙基纖維素、焦磷酸鈉，攪拌10min(400 r/min)，使各組分充分溶解。

(3)清漆：將原料按體積配比依次加入乳液、聚乙烯醇(PVA)飽和溶液、丙二醇，攪拌20min即得清漆，以該清漆作第二連續(xù)相。

按體積比1∶0～1∶1.3 的比例將分散相加入到保護(hù)膠液中，低速(200r/min)攪拌10min后得到單色彩粒。將2 種或2 種以上彩粒按一定比例混合即得到多彩水性涂料。使用時(shí)加入一定量的清漆，攪勻，用專用噴槍噴涂。

1.4 性能檢測

按GB/T9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》和JG/T172-2005《彈性建筑涂料》標(biāo)準(zhǔn)對水性多彩涂料性能進(jìn)行依次測試。

2 檢測結(jié)果與分析

2.1 檢測結(jié)果

表4 部分項(xiàng)目檢測結(jié)果

2.2 影響因素分析

2.2.1 分散相中羥乙基纖維素(HEC )的用量

觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng) HEC 的用量大于1.8%時(shí)，凝膠彩粒逐漸從表面起皺的大而厚的片狀變?yōu)楸砻婀饣木哂幸欢ê穸鹊臋E圓狀；當(dāng)HEC用量繼續(xù)增大，由于彩粒尺寸較大，厚度較厚，形成的凝膠，在相互擠壓的作用下，凝膠彩粒發(fā)生蜷縮，表面起皺不光滑；再增大時(shí)，則無法形成凝膠彩粒且底部產(chǎn)生沉淀;當(dāng)HEC小于1.8%時(shí)，能夠形成凝膠彩粒，但黏度小，流動(dòng)性太強(qiáng)[10]。因此HEC用量為1.8%左右時(shí)形成的彩粒效果最好。

2.2.2 保護(hù)膠液對多彩涂料穩(wěn)定性的影響

因?yàn)榱蛩徜X和氯化鐵的陽離子都易形成膠體，有較大的吸附和包裹作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鋁粒子在維持彩粒的穩(wěn)定性上有重要作用，但保護(hù)能力相對較弱，但在造粒過程中有較嚴(yán)重的滲色現(xiàn)象。硫酸鋁溶液濃度過低則起不到保護(hù)作用，過高會(huì)使溶液pH值太低，酸性過強(qiáng)，增稠劑則起不到增稠作用[11]。

而鐵離子的保護(hù)作用優(yōu)于鋁離子，分散相成粒效果好，亦無滲色現(xiàn)象。所以選擇硫酸鋁與氯化鐵混用，除了滲色現(xiàn)象消失外，其他問題并不能消除。例如pH值太低等問題。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)焦磷酸鈉不僅有降黏作用，其水溶液顯堿性，在氯化鐵溶液中加入適量的焦磷酸鈉，既可以消除鐵離子的染色問題，又可以提高溶液的pH值。但焦磷酸鈉用量過多又會(huì)與鐵離子作用會(huì)產(chǎn)生絮狀沉淀，焦磷酸鈉最多可以加到0.15%～0.2%，制得的保護(hù)膠液為半透明乳濁液，pH值仍偏低(3～4)。

2.2.3 防腐劑的選擇

水包水多彩涂料中的羥乙基纖維素(天然大分子)、PVA 等有機(jī)高分子容易發(fā)霉變質(zhì)，所以防腐是涂料長期穩(wěn)定存放的必要措施.選用苯甲酸鈉作為防腐防霉劑，可以保證貯存期間涂料不發(fā)生霉變。苯甲酸鈉毒性較小，實(shí)驗(yàn)中苯甲酸鈉防腐劑用量為分散相的0.7% 左右，占涂料總質(zhì)量 0.2%左右。

2.2.4 清漆對涂料的影響

清漆除成膜作用外，還能對彩粒起到一定的間隔作用。單純用純丙乳液制得清漆，雖涂膜質(zhì)硬，但易出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，PVA(聚乙烯醇)對溶液有很好的成膜性，但其膜質(zhì)軟，缺乏天然石材的質(zhì)感。將兩者混合使用可以達(dá)到較好的效果，使水包水多彩涂料取得較好仿真度。

需要注意的是 PVA 不溶于冷水，在90～95℃的熱水中才溶解，需將水和PVA混合后再加熱，不能將水加熱后再加入PVA，那樣會(huì)使 PVA 在熱水中結(jié)塊。為了方便起見，實(shí)驗(yàn)中將PVA制成飽和溶液。

2.2.5 剪切速率對涂料的影響

在制備水性多彩涂料中需要攪拌，攪拌過程中由于攪拌器存在剪切力，把各種顏色的分散相在分散介質(zhì)中見切成各種顏色的微小粒子，隨著剪切速率的進(jìn)一步提高，色粒會(huì)被分散的越來越小，因此應(yīng)嚴(yán)格控制剪切速率，不然會(huì)直接影響色粒的大小，從而會(huì)導(dǎo)致多彩水性涂料滲色，且不同的攪拌槳形狀會(huì)產(chǎn)生不同的剪切方式，由此形成的彩粒形狀也會(huì)發(fā)生改變，影響涂料的美觀效果。

3 結(jié)果與討論

(1)通過實(shí)驗(yàn)得出，原料的加料量都必須嚴(yán)格控制，同時(shí)，需要控制涂料的pH值、剪切速率，以及原料的加入順序等問題，否則會(huì)影響水性多彩涂料的性能。

(2)多彩粒子滲色：滲色導(dǎo)致分散相中顏料越過保護(hù)膜進(jìn)入連續(xù)相中，連續(xù)相變渾濁，施工后不同顏色粒子之間邊緣不再清晰，底色顏色發(fā)生改變，裝飾效果受到嚴(yán)重影響。分析造成這種現(xiàn)象的原因應(yīng)該是保護(hù)膜太柔軟，強(qiáng)度不夠；或者保護(hù)膜的制備方法不正確。

(3)涂層光澤度底：多彩涂料大多使用纖維素類增稠劑，而纖維素類增稠劑具有明顯的消光作用，如果要改變這種情況，就要對增稠劑做表面處理，或者使用聚合物增稠劑替代部分纖維素增稠劑，例如用聚丙烯酸酯替代羥乙基纖維素。

(4)多彩粒子浮層或者沉底：分散相密度過大，多彩粒子就容易沉底；分散相密度過小，多彩離析就容易浮層，形成分散相與連續(xù)相分層的情況，所以應(yīng)該對分散相和連續(xù)相兩者的密度進(jìn)行控制，同時(shí)也可以在連續(xù)相中添加增稠劑，提高連續(xù)相對多彩粒子的承載能力。

[1] 王 曉,侯佩民,徐元浩,等.水包水多彩涂料發(fā)展概況[J].中國涂料,2012(8):23-26.

[2] 李國梁,葉仙華.喬永洛,等.水包水多彩涂料的研究進(jìn)展[J].江西科技師范大學(xué)學(xué)報(bào),2014(6):13-17.

[3] 蔡青青,孔志元.內(nèi)外墻多彩涂料的概況及研究進(jìn)展[J].涂料工業(yè),2010(10):76-79.

[4] 陶培亞.試談當(dāng)前涂料的熱點(diǎn)─多彩涂料、仿瓷涂料、標(biāo)志涂料[J].中國涂料,1994(1):6-11.

[5] 徐峰,劉 勇,李景田.WMC水性多彩涂料研制報(bào)告[J].硅酸鹽建筑制品,1994(1):39-44.

[6] 張道銀,沈 梅,彭 超.分散介質(zhì)對水包水多彩涂料的影響[J].新型建筑材料,2011(3):59-60.

[7] 常雨鑫.水性仿石涂料的制備與研究[D].北京:北京化工大學(xué),2010:1-51.

[8] 李振玉.水包水型多彩涂料的制備[J].寧夏化工,1996(1):6-9.

[9] 孫幼紅,李小華,李 健,等.水包水型多彩涂料的研制[J].化工時(shí)刊,2004(1):55-56.

[10] 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(5):4-7.

[11] 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.

(本文文獻(xiàn)格式：王玉峰，王 暉.水性多彩漆的合成及影響因素分析[J].山東化工,2017,46(15):10-11,14.)

Analysis of Factors and Synthesis of Waterborne Multicolor Coatings

WangYufeng1,WangHui2

(1.Longdong University,Qingyang 745000,China;2.Shaanxi Hantong Detection Co.,Ltd., Xi'an 710038,China)

Waterborne multicolor paint is analyzed adopting the elastic emulsion,titanium dioxide and additive.A series of performance tests on the performance was done,and the effect is discussed on the performance of the coatings,about the dispersed phase of different content of hydroxyethyl cellulose,pigments and fillers,protective glue.Finally,several common problems of influencing the coating stability is analyzed simplely,and get same way to solve these problems.

waterborne multicolor paint;elastic emulsion;AMP-95；hydroxyethyl cellulose

2017-05-19

王玉峰(1981—)，男，陜西銅川人，隴東學(xué)院講師，工學(xué)碩士學(xué)位, 主要從事涂料的研發(fā)、石油化工催化劑的研發(fā)和應(yīng)用。

TQ637

A

1008-021X(2017)15-0010-02