水包水多彩涂料粒子形狀的調(diào)控研究

陳 波，何生才，林 燕（上海三銀涂料科技股份有限公司，上海 201072）

水包水多彩涂料粒子形狀的調(diào)控研究

陳 波，何生才，林 燕（上海三銀涂料科技股份有限公司，上海 201072）

多彩粒子的形狀是決定水包水多彩涂料仿石仿真度的關(guān)鍵。研究了市面上常見的Laponite S-482保護(hù)膠體系的水包水多彩涂料粒子形狀的調(diào)控方法，試驗(yàn)表明：通過調(diào)整分散相體系中非離子潤濕劑的用量、金屬陽離子濃度和聚氨酯增稠劑的用量可快速有效地調(diào)整多彩涂料的粒子形狀。避免了需要設(shè)計(jì)多個配方來滿足不同粒子形狀要求的難題，既經(jīng)濟(jì)又快捷。

水包水多彩涂料；粒子形狀；非離子潤濕劑；金屬陽離子；聚氨酯增稠劑

0 引言

水包水多彩涂料，一般是指一種由不同顏色的水性乳膠粒子穩(wěn)定分散在水性乳膠體系中所形成的多相懸浮體系，經(jīng)多彩涂料專用噴槍一次噴涂施工，即可獲得仿花崗巖、大理石效果的高裝飾性涂層，多用于建筑內(nèi)外墻裝飾、成品板飾面加工等領(lǐng)域。它具有仿真度高、質(zhì)量輕、抗裂性好、物理化學(xué)性能優(yōu)異、節(jié)能環(huán)保、裝飾效果佳等特點(diǎn)［1］。隨著技術(shù)的進(jìn)步，水包水多彩涂料幾經(jīng)更迭，逐漸形成了以改性硅酸鎂鋰為保護(hù)膠的配方體系［2］。該體系相較以往的配方體系，具有更簡單的生產(chǎn)操作性、更好的成品穩(wěn)定性，以及更逼真的仿石仿真性，因此得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用。本研究針對市面上常用的經(jīng)改性后的硅酸鎂鋰鹽［3-4］Laponite S-482為保護(hù)膠的水包水配方體系，進(jìn)行關(guān)于如何調(diào)整水包水多彩涂料粒子形狀的研究，考察這些方法對水包水多彩涂料粒子韌性、滲色程度和成品穩(wěn)定性的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器

高速分散機(jī)JSF550，上海普申化工機(jī)械有限公司；斯托默黏度計(jì)STM-IVB，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)NDJ-1，上海安德儀器設(shè)備有限公司。

1.2 試驗(yàn)材料及配方

基礎(chǔ)漆配方見表1。

表1 基礎(chǔ)漆配方Table 1 The formula of base paint

連續(xù)相混合液配方見表2。

表2 連續(xù)相混合液配方Table 2 The formula of continuous phase mixture

造粒成品涂料配方見表3。

表3 造粒成品涂料配方Table 3 The formula of granulation finished coatings

1.3 試驗(yàn)步驟

（1） 用去離子水配制7%質(zhì)量濃度的Laponite S-482溶液，10%質(zhì)量濃度氯化鈉溶液。

（2） 基礎(chǔ)漆的制備：按配方序號依次加入去離子水、羥乙基纖維素，分散5 min，再加入AMP-95調(diào)節(jié)pH為8左右，高速分散10 min，使纖維素充分分散，然后加入分散劑分散5 min，投入鈦白粉、高嶺土，高速分散30 min，至細(xì)度合格后，加入乳液、防腐劑、防霉劑，低速分散10 min，最后添加增稠劑，中速分散15 min，制得基礎(chǔ)漆備用。

（3） 調(diào)色，制備預(yù)凝膠：將步驟（2）中制備的基礎(chǔ)漆分別按石材彩點(diǎn)顏色要求加以調(diào)色，然后每個顏色分別加入50，70，90三個梯度的7%濃度的Laponite S-482進(jìn)行高速分散，制得預(yù)凝膠，并各一分為二，其中1份直接用于造粒，作為參照對象；另1份留作步驟（4）中用于粒子形狀調(diào)整。

（4） 粒子形狀調(diào)整：在步驟（2）的備用基礎(chǔ)漆中，分別加入12~14項(xiàng)中不同量的非離子潤濕劑、陽離子溶液和聚氨酯增稠劑，分散均勻，備作造粒用。

（5） 造粒成漆 ：將步驟（3）、步驟（4）中制備的造粒保護(hù)膠分別按表4分組情況進(jìn)行造粒成漆。

表4 分組情況Table 4 The grouping situation

2 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析

2.1 現(xiàn)象及結(jié)果

（1） 各組樣品基礎(chǔ)漆狀態(tài)變化：參照樣1、2、3組之間對比，3組基礎(chǔ)漆均表現(xiàn)出不同程度的絮狀凝膠，呈現(xiàn)毛糙不光滑狀，不光滑程度隨預(yù)凝膠保護(hù)膠用量的增加而加重，凝膠強(qiáng)度也加強(qiáng)，黏度升高，表現(xiàn)為低剪切黏度較低，高剪切黏度高，造粒較困難，需提高轉(zhuǎn)速；對比樣5、8、11，相較于參照樣1、2、3，基礎(chǔ)漆料的毛糙程度隨Na+濃度增加先減弱，后消失，而凝膠強(qiáng)度也隨Na+濃度增加而先增加，后減弱，最后被破壞成流動態(tài)乳膠漆；筆者還對比了其他陽離子的影響，結(jié)果表明：高價(jià)離子濃度增加，凝膠強(qiáng)度增加，高價(jià)離子增加到一定濃度會導(dǎo)致乳液破乳，凝膠不會消失；對比樣4、7、10相較于參照樣1、2、3，基礎(chǔ)漆料的毛糙程度隨潤濕劑用量增加而減輕，從毛糙態(tài)逐漸變?yōu)楣饣瑧B(tài)，凝膠強(qiáng)度隨潤濕劑用量的增加而先增加，后減弱，最后消失。4、5、7、8、10、11各對比樣的凝膠強(qiáng)度在基礎(chǔ)漆毛糙程度即將消失時(shí)達(dá)到最大；對比樣6、9、12相較于參照樣1、2、3，隨聚氨酯增稠劑用量的增加，基礎(chǔ)漆料的毛糙程度先減弱，后消失，凝膠強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱，而漆料的黏度先增加，后降低，最后又增加。

（2） 基礎(chǔ)漆流變性的變化：相較于1、2、3參照組，各對比樣組均是低剪切黏度隨Na+、潤濕劑、聚氨酯增稠劑用量的改變先增加后減小，最后消失。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：低剪切黏度越高，越容易造粒。

（3） 造粒滲色情況 ：（1）在1、2、3參照樣組中，滲色情況隨保護(hù)膠添加量的增加而減輕。（2）對比組5、8、11相較于參照樣1、2、3，隨Na+濃度增加，滲色情況先減輕，后加重；（3）對比組4、7、10相較于參照樣1、2、3，隨潤濕劑用量的增加，滲色情況先減輕，后加重。

（4） 粒子形狀及粒子韌性 ：（1）在1、2、3參照樣組中，隨保護(hù)膠用量的增加，粒子形狀改變不大，稍往厚圓化方向變化，粒子韌性隨隨保護(hù)膠用量的增加而增強(qiáng)。（2）對比組5、8、11相較于參照樣1、2、3，隨Na+濃度的增加，粒子形狀變化較為明顯，從長條狀逐漸向橢圓、圓方向變化，粒子同時(shí)變厚，粒子韌性逐漸增強(qiáng)；隨著Na+濃度繼續(xù)增加，粒子又從圓開始向條狀過渡，粒子又從厚變薄，韌性逐漸減弱，最后無法造粒。（3）對比組6、9、12相較于參照樣1、2、3，隨聚氨酯增稠劑用量的增加，粒子形狀先逐漸變圓，粒子變厚，韌性增強(qiáng)，然后粒子變長，變薄，最后無法造粒。（4）對比組4、7、10相較于參照樣1、2、3，隨潤濕劑用量的增加，粒子先變圓變厚，然后又變長變薄，甚至無法造粒；韌性先加強(qiáng)，后減弱，最后消失（無法造粒）。

（5） 成品穩(wěn)定性：（1）在1、2、3參照樣組中，成品涂料黏度穩(wěn)定性逐漸提高，在低保護(hù)膠添加量時(shí)，粒子會溶脹變大；在高保護(hù)膠添加量時(shí)，粒子會收縮變小。（2）對比組5、8、11中，隨Na+濃度的增加，成品涂料黏度穩(wěn)定性先提高后降低，在凝膠調(diào)節(jié)最強(qiáng)點(diǎn)附近，成品涂料黏度穩(wěn)定性最好，粒子形狀穩(wěn)定性最好。（3）在對比組4、7、10中，隨潤濕劑用量的增加，成品涂料黏度穩(wěn)定性先提高后降低，在凝膠調(diào)節(jié)最強(qiáng)點(diǎn)附近，成品涂料黏度穩(wěn)定性最好，粒子形狀穩(wěn)定性最好；（4）在對比組6、9、12中，隨聚氨酯增稠劑用量的增加，成品涂料黏度穩(wěn)定性先提高后降低，在凝膠調(diào)節(jié)最強(qiáng)點(diǎn)附近，成品涂料黏度穩(wěn)定性最好，粒子形狀穩(wěn)定性最好。

2.2 分析討論

（1） 在1、2、3參照樣組中，由于乳液與Laponite S-482保護(hù)膠相容性較好，所以這3組基礎(chǔ)漆中只含有2種三維空間網(wǎng)絡(luò)，即保護(hù)膠Laponite S-482與羥乙基纖維素的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及TT615堿溶脹增稠纏繞交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，兩種網(wǎng)絡(luò)互穿，乳膠粒子、顏填料等均勻地填充于此網(wǎng)絡(luò)之中，隨著保護(hù)膠用量的增加，此三維凝膠網(wǎng)絡(luò)越來越密，所以會出現(xiàn)上述毛糙程度加大、滲色程度減輕、粒子韌性增強(qiáng)、成品涂料穩(wěn)定性提高等現(xiàn)象，由于交聯(lián)強(qiáng)度較大，高剪切黏度隨保護(hù)膠用量增加逐漸增高，導(dǎo)致分散造粒困難，剪切力作用下粒子不容易斷裂分離成小粒子，容易拉長，拉薄，即基礎(chǔ)漆的流變觸變性會影響粒子形狀、造粒難易度、粒子韌性和滲色程度等。

（2） 對比樣組5、8、11中，Na+可以取代Laponite S-482保護(hù)膠中的陰離子改性降黏劑吸附在保護(hù)膠表面，則被陰離子降黏劑所屏蔽的正電荷得以恢復(fù)，同時(shí)失去了降黏劑的空間位阻，重新建立保護(hù)膠“卡屋”結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)漆低剪切黏度增加，同時(shí)Na+也可以取代羥乙基纖維素的端羥基吸附在保護(hù)膠表面，纖維素與保護(hù)膠的凝膠結(jié)構(gòu)被破壞，高剪切黏度降低。當(dāng)含少量Na+時(shí)，Na+部分取代陰離子降黏劑和纖維素端羥基而吸附在保護(hù)膠表面，建立“卡屋”低剪切黏度，高剪切黏度部分消失，使得粒子在分散造粒過程中容易斷裂而易于造粒，不會被剪切拉長而變得圓潤厚實(shí)起來。

此時(shí)，基礎(chǔ)漆中存在3種三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，除了1、2、3組基礎(chǔ)漆中存在的網(wǎng)絡(luò)，還存在“卡屋”結(jié)構(gòu)三維立體網(wǎng)絡(luò)，這3種網(wǎng)絡(luò)互穿，因而滲色也減弱了。在3種網(wǎng)絡(luò)中，“卡屋”結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是剛性的，另外兩種網(wǎng)絡(luò)是柔性的，剛?cè)峋W(wǎng)絡(luò)比決定了粒子的韌性強(qiáng)弱，在一定比例之前，粒子韌性隨著“卡屋”結(jié)構(gòu)的增多（同時(shí)纖維凝膠結(jié)構(gòu)減少）而增強(qiáng)，一定比例之后，粒子的韌性則隨“卡屋”結(jié)構(gòu)的增多而減弱，變脆，造粒時(shí)粒子容易破碎，在此比例之前，滲色是越來越輕的，成品涂料的穩(wěn)定性也不斷提高。隨著Na+濃度的繼續(xù)增加，吸附在保護(hù)膠表面的保護(hù)膠降黏劑與羥乙基纖維素端羥基全部被Na+取代，體系中只存在脆性的“卡屋”結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，粒子特別容易破碎，滲色也特別嚴(yán)重，凝膠消失，無法造粒，成品涂料穩(wěn)定性下降。

（3） 非離子潤濕劑多為羥基聚氧乙烯，末端存在端羥基。對比樣組4、7、10中，潤濕劑親水鏈段端羥基可以取代Laponite S-482保護(hù)膠中的陰離子改性降黏劑吸附在保護(hù)膠表面，則被陰離子降黏劑所屏蔽的正電荷得以恢復(fù)，重新建立保護(hù)膠“卡屋”結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)漆低剪切黏度增加，同時(shí)非離子潤濕劑也可以取代羥乙基纖維素的端羥基吸附在保護(hù)膠表面，纖維素與保護(hù)膠間的凝膠結(jié)構(gòu)被破壞，高剪切黏度降低。當(dāng)含少量非離子潤濕劑時(shí)，非離子潤濕劑部分取代陰離子降黏劑和纖維素端羥基而吸附在保護(hù)膠表面，“卡屋”低剪切黏度建立，高剪切黏度部分消失，使得粒子在分散造粒過程中容易斷裂而易于造粒，不會被剪切拉長而變得圓潤厚實(shí)。

此時(shí)，基礎(chǔ)漆中同樣存在3種三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，除了1、2、3組基礎(chǔ)漆中存在的網(wǎng)絡(luò)，還存在“卡屋”結(jié)構(gòu)三維立體網(wǎng)絡(luò)。隨著非離子潤濕劑用量的繼續(xù)增加，吸附在保護(hù)膠表面的保護(hù)膠降粘劑與羥乙基纖維素端羥基全部被非離子潤濕劑所取代，體系中只存在脆性的“卡屋”結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，粒子特別容易破碎，滲色也特別嚴(yán)重，凝膠消失，拉絲無法造粒，成品涂料穩(wěn)定性下降。

（4） 對比樣組6、9、12中，聚氨酯增稠劑親水鏈段中存在未被異氰酸酯封端的端羥基，其變化規(guī)律類似于非離子潤濕劑的影響規(guī)律。這幾組基礎(chǔ)漆中會同時(shí)存在4種三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：陰離子降黏劑被端羥基取代后建立的“卡屋”結(jié)構(gòu)三維空間立體網(wǎng)絡(luò)；1、2、3組基礎(chǔ)漆中存在的兩種三維空間立體網(wǎng)絡(luò)；以及聚氨酯增稠劑締和乳膠顆粒建立的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，4種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互貫穿，配方中其余組分均勻分布其中。聚氨酯增稠劑提供的中高剪切黏度，使粒子韌性更強(qiáng)、滲色穩(wěn)定性更好，成品涂料更穩(wěn)定。但當(dāng)聚氨酯增稠劑過量，即未被封端的端羥基過量時(shí)，雖然粒子韌性仍在，滲色穩(wěn)定性也很好，但成品涂料穩(wěn)定性會較差，粒子發(fā)生溶脹融合，體系黏度迅速增大。

3 結(jié)語

（1） 基礎(chǔ)漆的流變性會影響粒子的形狀，低剪切黏度高，即觸變性強(qiáng)時(shí)，粒子在分散剪切造粒過程中容易斷裂形成較為圓潤厚實(shí)的粒子；高剪切黏度較高時(shí)，粒子在分散剪切造粒過程中不容易斷裂，根據(jù)高剪切黏度的高低，粒子被拉伸成橢圓、長條、片、絲等形狀。

（2） 陽離子、非離子潤濕劑的適量加入，可快速改變基礎(chǔ)漆的觸變性，使粒子形狀可控性增加，且粒子韌性、成品涂料穩(wěn)定性均有所提高。

（3） 聚氨酯增稠劑的適量加入，不僅可以有效控制粒子形狀，改變粒子韌性，提高成品涂料穩(wěn)定性，更重要的是其防止粒子滲色效果最好，可替代市面上昂貴的防滲色助劑。

（4） 陽離子或非離子潤濕劑搭配聚氨酯增稠劑，可以獲得各種形狀、各種韌性的粒子，使多彩涂料仿石磚效果更好、更逼真。

1 李國梁，葉仙化，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）：18-22.

2 王曉，侯佩民，徐元浩，等.水包水多彩涂料的發(fā)展?fàn)顩r［J］.中國涂料，2012，27（8）：23-26.

3 周春暉，杜澤學(xué)，李小年，等.水熱體系合成鋰皂石結(jié)構(gòu)的演化和影響規(guī)律研究［J］.無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21（9）：1 327-1 332.

4 夏承龍，賈永忠，高峰，等.硅酸鎂鋰的人工合成及有機(jī)改性研究進(jìn)展［J］.鹽湖研究，18（1）：58-63.

Research about Adjustment and Controling of the Particle Shape of Water-in-Water Multicolour Coatings

Chen Bo，He Shengcai，Lin Yan
（Shanghai Sanin Coating Technology Co.，Ltd.，Shanghai，201072，China）

For water-in-water multicolour coatings，the colour particle shape is the key factor that makes the multicolour coatings looks like natural stone. The adjustment and controlling methods of the particle shape of Laponite S-482 water-in-water multicolour coatings commonly used in the market was studied. The experiments showed that changing nonionic wetting agent amount and metal cations concentration，and polyurethane thickener amount could effectively and rapidly adjust the particle shape. That could avoid the problem of designing many recipe to meet the requirements of different particle shape. This was economic and fast way.

water-in-water multicolour coatings；particle shape；nonionic wetting agent；metal cations；polyurethane thickener

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）06-0013-05

2017-06-13

陳波（1986—），男，大學(xué)本科，主要從事建筑涂料的相關(guān)研究工作。