基礎(chǔ)漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩(wěn)定性的影響

劉 杰 （常熟巴德富科技有限公司，江蘇常熟 215501）

基礎(chǔ)漆中潤濕劑和增稠劑對水包水多彩涂料黏度穩(wěn)定性的影響

劉 杰 （常熟巴德富科技有限公司，江蘇常熟 215501）

采用控制變量法，分析了基礎(chǔ)漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩(wěn)定性的影響，并探討了引起涂料黏度變化的機理。

水包水多彩涂料；增稠劑；潤濕劑；黏度穩(wěn)定性

0 引言

探討了基礎(chǔ)漆中增稠劑和潤濕劑的選擇對水包水多彩涂料黏度穩(wěn)定性的影響。

水性多彩涂料是一種新型的裝飾型涂料，它具有優(yōu)異的仿真度、相對低廉的成本、簡單的施工工藝、天然環(huán)保等優(yōu)點，可以用來替代花崗巖、大理石等，有效減少了人們對天然石材的開采，保護(hù)環(huán)境的同時還能避免因天然石材脫落引起的危險［1-2］。

水包水多彩涂料是一種水包水型（W/W）多相懸浮體系，其制備過程包括水性彩色粒子（彩點）的制備和連續(xù)相清漆的調(diào)制。彩點的制備原理是將調(diào)色的基礎(chǔ)漆以小液滴形式加入到水性凝膠液（保護(hù)膠溶液）中，使保護(hù)膠溶液在基礎(chǔ)漆液滴表面凝膠化，形成一層不溶于水的保護(hù)層，這層保護(hù)層可以有效防止基礎(chǔ)漆液滴相互凝聚，同時還能阻止基礎(chǔ)漆液滴內(nèi)組分和保護(hù)膠溶液組分相互滲透，以此來保證彩點的穩(wěn)定性［3］；將制備好的彩點加入到以水性乳液為主的連續(xù)相清漆中，就可以獲得多彩涂料成品。如何保證黏度穩(wěn)定性（包括常溫和秋冬季溫度5℃下），是當(dāng)今多彩涂料存在的主要問題之一。本研究

1 試驗部分

1.1 原材料

純丙乳液RS-2788、硅丙乳液RS-3799，巴德富科技有限公司；保護(hù)膠Laponite S482、保護(hù)膠Laponite RD，畢克公司；金紅石型鈦白粉，四川龍蟒；煅燒高嶺土，山西金洋；纖維素醚1、纖維素醚2，市售品；各類水性助劑及色漿，市售品。

1.2 儀器設(shè)備

高速分散機SFJ-400、斯托默黏度計STM-Ⅴ，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；電子天平JA21002，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；水包水仿石涂料專用噴槍W(xué)-77，上海巖田實業(yè)有限公司；多彩粒子篩濾機DC-2，江陰市雄威化工機械有限公司。

1.3 多彩涂料的制備

1.3.1 配方

多彩涂料的配方見表1。

表1 多彩涂料的配方Table 1 The formulation of multicolor coatings

1.3.2 制備工藝

基礎(chǔ)漆制備：在反應(yīng)釜中依次加入水、分散劑、部分消泡劑、鈦白粉、高嶺土和纖維素醚，低速分散5 min，然后加入多功能助劑、成膜助劑、防凍劑、乳液和剩余的消泡劑，中速分散10 min后，緩慢加入Laponite RD（7%），最后加入潤濕劑、增稠劑和殺菌劑，分散均勻備用。

造粒保護(hù)膠溶液制備：將定量的Laponite S482粉料加入到去離子水中，高速分散約30 min至其溶解完全，備用。

連續(xù)相溶液制備：依次加入乳液、水、膨潤土、成膜助劑、防凍劑、多功能助劑、增稠劑并分散均勻，最后加入殺菌劑待用。

成品涂料制備：將調(diào)成各種顏色的基礎(chǔ)漆，按照m（基礎(chǔ)漆）∶m（造粒保護(hù)膠溶液）=40∶20的比例加入至造粒保護(hù)膠溶液中，通過多彩粒子篩濾機制備出彩色粒子，然后再向其中投入與基礎(chǔ)漆等質(zhì)量的連續(xù)相溶液，制得水性多彩涂料。

2 結(jié)果與討論

2.1 彩點穩(wěn)定機理

制備水性多彩涂料的關(guān)鍵技術(shù)在于如何保證彩點的形狀和黏度穩(wěn)定性。彩點形成原理：基礎(chǔ)漆中的纖維素醚與內(nèi)部的保護(hù)膠Laponite發(fā)生物理交聯(lián)作用，使得內(nèi)部疏水化；然后以液滴形式加入到保護(hù)膠Laponite溶液中時，保護(hù)膠Laponite溶液迅速在彩點表面形成較為致密的疏水膜，以此防止彩點內(nèi)外物質(zhì)的相互滲透，同時抑制彩點間的相互凝聚［4］。

當(dāng)彩點表面的疏水膜不夠致密，無法阻隔彩粒內(nèi)部物質(zhì)向外滲透時，就會出現(xiàn)多彩涂料的滲色和黏度升高問題。

保護(hù)膠Laponite顆粒表面六角空穴中存在大量羥基，可以與富含羥基的組分形成氫鍵；同時其表面帶有負(fù)電荷，可以與羥基等極性基團(tuán)形成偶極作用［5］，因此彩點獨立而穩(wěn)定。

2.2 基礎(chǔ)漆中堿溶脹增稠劑種類的影響

增稠劑分為堿溶脹型和聚氨酯型，其中聚氨酯型增稠劑用在多彩基礎(chǔ)漆中會引發(fā)彩點變軟，拉長條等現(xiàn)象；堿溶脹型增稠劑可以促使彩點韌性增強，使得彩點粒子飽滿圓潤。考察了堿溶脹型增稠劑對涂料黏度穩(wěn)定性的影響。

在無潤濕劑的情況下，向基礎(chǔ)漆中分別加入不同種類的堿溶脹型增稠劑（表2），采用相同的保護(hù)膠溶液和連續(xù)相清漆，觀察成品涂料的黏度隨貯存時間的變化情況（圖1）。

表2 增稠劑信息表Table 2 The information sheet of thickeners

由圖1a可見，常溫貯存時，基礎(chǔ)漆中不添加增稠劑的涂料，初始黏度和黏度增長幅度都要遠(yuǎn)小于添加增稠劑的涂料；添加ASE-60（ASE）增稠劑的涂料，黏度增長幅度要低于添加AP-425（HASE）和G-530（HASE）的涂料。

由圖1b可見，在5℃貯存時，基礎(chǔ)漆中添加不同種類增稠劑的涂料，其黏度增長幅度都較大，但是不添加增稠劑和添加ASE-60增稠劑的涂料，黏度增長幅度要低于添加AP-425和G-530的涂料。

圖1 多彩涂料黏度隨時間變化的曲線（增稠劑的影響）Figure 1 The viscosity curve of multi-color coatings varied with time（effect of thickener）

堿溶脹型增稠劑分為非締合型（ASE）和締合型（HASE）兩類，ASE型增稠劑的主要成分為聚丙烯酸鹽乳液，其在堿性條件下與堿發(fā)生中和反應(yīng)，羥基在靜電斥力作用下相互分離，從而使得體系黏度上升［6］，因而占用了與保護(hù)膠Laponite發(fā)生交聯(lián)作用的羥基，使得彩點表面疏水膜不再致密，從而導(dǎo)致彩點內(nèi)的增稠劑向外滲透，最終導(dǎo)致整個涂料體系黏度上升；HASE型增稠劑的主要成分為疏水改性的聚丙烯酸鹽乳液，其在ASE的基礎(chǔ)上增加了締合作用，疏水鏈端和乳膠粒子、表面活性劑、顏料粒子等疏水部位締合成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［7］，其不僅占用了部分與保護(hù)膠Laponite發(fā)生交聯(lián)作用的羥基，而且促使具有羥基基團(tuán)的組分與其形成了獨立的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，相對于ASE型增稠劑，其對彩點表面疏水膜的破壞更加嚴(yán)重，故體系黏度上升的幅度更大。

2.3 基礎(chǔ)漆中潤濕劑種類的影響

潤濕劑表面含有大量的羥基基團(tuán)，可以與保護(hù)膠Laponite發(fā)生交聯(lián)作用，使得彩點表面的疏水膜更加致密。在不添加增稠劑、只添加0.7%（占配方總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）ASE-60的兩種前提條件下，在基礎(chǔ)漆中分別加入0.2%市面上常見的幾種潤濕劑（表3），采用相同的保護(hù)膠溶液和連續(xù)相清漆，考察涂料黏度隨時間的變化情況，結(jié)果見圖2。

表3 潤濕劑信息表Table 3 The information sheet of wetting agents

圖2 多彩涂料黏度隨時間變化的曲線（潤濕劑的影響）Figure 2 The viscosity curve of multi-color coatings varied with time（effect of wetting agent）

由圖2a1可以看出，5組樣品常溫貯存黏度上升幅度都<15 KU，其中添加LCN-407和G-399的涂料，在20 d內(nèi)黏度僅上漲約5 KU；由圖2a2可以看出，5組樣品的5℃貯存黏度上升幅度都較大，其中添加LCN-407和G-399的涂料黏度升幅相對較緩。

相比于圖2a1，由圖2b1可以看出，基礎(chǔ)漆中加入增稠劑后，添加潤濕劑對涂料黏度穩(wěn)定性幫助不大；對比圖2a2、圖2b2可見，5℃貯存的涂料，基礎(chǔ)漆中加入增稠劑后，涂料的黏度上升明顯，較不加增稠劑的涂料高10 KU左右。因此，基礎(chǔ)漆中增稠劑對多彩涂料黏度穩(wěn)定性的影響要大于潤濕劑。

2.4 基礎(chǔ)漆中潤濕劑用量的影響

因基礎(chǔ)漆中不加增稠劑，利于多彩涂料黏度保持穩(wěn)定，故在基礎(chǔ)漆中不加增稠劑的情況下，考察潤濕劑用量對多彩涂料性能的影響，結(jié)果見表4。

表4 潤濕劑用量的影響Table 4 The influence of dosage of wetting agent

由表4可見，LCN-407的加入可以使得多彩涂料黏度（包括常溫和5℃）更加穩(wěn)定，但LCN-407過量使用，彩點易碎、易下沉且容易出現(xiàn)滲色；而NOPLAX 6000的加入，使得多彩涂料常溫黏度較為穩(wěn)定，5℃黏度升幅較大。NOPLAX 6000用量過大，會出現(xiàn)基礎(chǔ)漆黏度下降，彩點偏軟、拉長條等現(xiàn)象。因此潤濕劑的用量要適中，在0.2%～0.4%較為合適。

由于影響多彩涂料黏度穩(wěn)定性的因素較多，以上試驗僅從增稠劑和潤濕劑方面提供一些體會。在整個配方設(shè)計中需要對多種原料進(jìn)行試驗，平衡。

3 結(jié)語

（1） 基礎(chǔ)漆中增稠劑是導(dǎo)致多彩涂料黏度上升的原因之一，其對多彩涂料黏度（常溫和5℃貯存）的影響遠(yuǎn)大于潤濕劑的影響。

（2） 在無堿溶脹增稠劑的情況下，基礎(chǔ)漆中添加適量的LCN-407和G-399，可以有效抑制成品多彩涂料黏度的上升。

（3） 潤濕劑用量以0.2%～0.4%為宜，此時制備的成品多彩涂料狀態(tài)較好，黏度較為穩(wěn)定。

（4） 基礎(chǔ)漆中不添加增稠劑，添加0.2%的LCN-407，可以制備出彩點圓潤，黏度（常溫和5℃）穩(wěn)定的多彩涂料。

1 王曉，候佩民，徐元浩，等.水包水多彩涂料發(fā)展概況［J］.中國涂料，2012，27（8）：23-25.

2 周媛，王升福，車文波.水包水多彩涂料的研制［J］.中國涂料，2015，30（8）：22-25.

3 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，2014（6）：13-17.

4 Thomas N.E.Bowen. Decorative Coatings Providing Multicolor，Textured Surface：US，4717720［P］. 1988-01-05．

5 Kroon，Gijsbert．Waterborne Clay-Coating Emulsion Paints with Improved Application Performance：EU，0707052A2［P］.1996-04-05．

6 楊薇薇，徐建新. FRH-2丙烯酸酯增稠劑的研制［J］.涂料工業(yè)，1991（2）：15-17．

7 S.Dai，K.C.Tam，R.D.Jenkins，et al. Light Scattering of Dilute Hydrophobically Modified Alkali Soluble Emulsion Solutions：Effects of Hydrophobicity and Spacer Length of Macromonomer［J］. Macromolecules，2000，33（19）：7 021-7 028．

The Influence of Wetting Agent and Thickener in Base Paint on Viscosity Stability of Water-in-Water Multicolor Coatings

Liu Jie （Changshu BATF Industry Co.，Ltd.，Changshu Jiangsu，215501，China）

The influence of wetting agent and thickener in base paint on the viscosity stability of water-in-water multicolor coatings was studied using the control variable method. And the viscosity changes mechanism was discussed.

water-in-water multicolor coatings；thickener；wetting agent；viscosity stability

TQ 630.6

A

1009-1696（2017）05-0005-04

2017-05-03

劉杰（1989—），男，畢業(yè)于常州大學(xué)，碩士，常熟巴德富科技有限公司推廣部實驗中心主管，主要從事乳液的應(yīng)用技術(shù)和建筑涂料的性能研究工作。