亮色系建筑涂料色漿的研制及應(yīng)用

薛小倩，劉洪亮，楚會來，楊從友

（河北省水性涂料工程技術(shù)研究中心，河北晨陽工貿(mào)集團(tuán)有限公司，河北保定 072550）

0 引言

涂料賦予建筑、橋梁、船舶以及我們使用的電腦、手機(jī)等以豐富的色彩，而這些色彩的呈現(xiàn)則完全得益于著色劑。目前，涂料的著色也從直接使用顏料逐步發(fā)展到采用通用色漿，色漿的主要功能是賦予涂料色彩，隨著涂料體系向多元化方向發(fā)展，不同體系下色漿的應(yīng)用環(huán)境有很大區(qū)別，對色漿的要求也各不相同。

每個涂料廠家的產(chǎn)品從原材料到配比都千差萬別，因此對不同廠家色漿的匹配性需要嚴(yán)格測試之后才能投入使用，但是在測試過程中總會有幾只色漿在匹配性上不能很好地滿足需要；同時在競爭日益激烈的涂料市場，顏色的搭配越來越開放，亮色系色漿的需求也隨之增多，在保證色漆性能的前提下，價格優(yōu)勢在競爭中的地位不斷凸顯。目前市場上通用色漿產(chǎn)品的性能和價格都處于相似水平，對于建筑工程產(chǎn)品，亮色系涂料的價格優(yōu)勢顯得越來越重要，外墻亮黃色系涂料色漿價格在130～150 元/kg，外墻大紅色系涂料色漿價格在160～180元/kg，外墻橙色系涂料色漿價格在290～320 元/kg，中深色亮色系涂料色漿加價在1～18元，有時甚至比涂料價格還高，這阻礙了工程投標(biāo)競爭以及應(yīng)用，因此，研發(fā)性價比高的亮色系建筑工程色漿成為了必然趨勢。

1 試驗部分

1.1 試驗配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方Table 1 The experimental formula

1.2 試驗儀器

電子秤、分散機(jī)、研磨罐、震蕩機(jī)、石棉板、短毛輥子。

1.3 制備方法及測試方法

在備料罐中加入稱量好的水，在400～500 r/min的轉(zhuǎn)速下，依次加入防沉劑、pH 調(diào)節(jié)劑、分散劑、殺菌劑、消泡劑、保濕劑，攪拌均勻后，提高轉(zhuǎn)速至700～800 r/min，緩慢加入稱量好的顏料，攪拌均勻后，高速（1500～1800 r/min）攪拌5 min，將混合均勻的顏料漿倒入研磨罐中，加入鋯珠，置于震蕩機(jī)中研磨30～40 min，至漿料細(xì)度在15～20 μm，即合格。

按GB/T 21090—2007《可調(diào)色乳膠基礎(chǔ)漆》中的相容性測試方法測試自制色漿與現(xiàn)有基礎(chǔ)漆的相容性；按HG/T 3951—2007《建筑涂料用水性色漿》對自制色漿進(jìn)行物理性能測試；按GB/T 9755—2014《合成樹脂乳液外墻涂料》對自制色漿用于涂料調(diào)色后的涂料性能進(jìn)行測試。

通過在膩子板上輥涂色漆，測試該色漿在施工應(yīng)用中對面漆的雨痕、接茬等弊病的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 色漿及涂料的性能

自制水性色漿及其涂料涂膜的性能檢測結(jié)果見表2。

表2 自制水性色漿及其涂料涂膜的性能檢測結(jié)果Table 2 Performance test results of self-made water-based colorants and coating film

2.2 顏料的選擇

2.2.1 亮黃色系顏料

亮黃色系的顏料分為有機(jī)和無機(jī)兩類，外墻有機(jī)黃顏料索引為PY154，市場價格為200 元/kg 左右，制備色漿成本較高；外墻無機(jī)顏料鉻黃PY34 的遮蓋力、耐候性、彩度等均較高，價格在幾十元左右，性價比高，但是由于其含有致癌物質(zhì)鉛，因此國家立法禁止該顏料的使用；無機(jī)混晶系列顏料應(yīng)運而生，其中鈦鎳黃PY53 為金紅石晶型，具有優(yōu)異的耐光、耐候、耐化學(xué)品性，無滲色和遷移，同時價格在80 元/kg左右，性價比高，健康環(huán)保，是自制建筑工程色漿的最佳選擇。

2.2.2 亮紅色系顏料

亮紅色系的顏料主要為有機(jī)類，對于建筑領(lǐng)域，再細(xì)分為內(nèi)墻紅和外墻紅，內(nèi)墻紅常用PR112 系類，其顏色鮮艷，著色力高，但是耐候性差，不能用于外墻涂料；外墻紅常用PR254 紅，其色澤鮮艷，著色力強(qiáng)，耐熱性好，耐曬性能優(yōu)良，耐溶劑，無遷移性，但價格較高，在150 元/kg 左右。通過試驗測試，PR170 的耐候性、耐酸堿性等指標(biāo)也能滿足產(chǎn)品需要，價格在100 元/kg 左右。

2.2.3 橙色系顏料

橙色系的顏料也分為有機(jī)和無機(jī)兩類，有機(jī)橙常用吡咯并吡咯DPP（顏料橙73），市場價格在300～400 元/kg 左右，色漿價格在500 元/kg 左右，調(diào)色成本高昂；無機(jī)橙常用鉬鉻橙顏料（顏料紅104），它是一種含鉬酸鉛、鉻酸鉛和硫酸鉛的無機(jī)顏料，顏色鮮明，遮蓋力及各種主要耐性指標(biāo)均甚優(yōu)良，價格在25 元/kg 左右，但由于其含有致癌物質(zhì)及重金屬，被國家立法禁止使用。經(jīng)過對比篩選，本研究選用單偶氮顏料橙P.O34，其顏色鮮艷，著色力強(qiáng)，耐光、耐候性良好，可替代鉬鉻橙顏料，價格在120 元/kg左右，性價比較高。

2.3 潤濕分散劑的選擇

潤濕分散是色漿生產(chǎn)的核心，同時也對調(diào)色后色漆的相容性及施工性有重要影響，因此選擇合適的潤濕分散劑及其最佳加量成為了關(guān)鍵點。

潤濕分散劑通過排除顏料表面吸附的水和空氣，改變其極性，降低固/液之間的界面張力，使顏料粒子能夠快速、完全地被潤濕，并使顏料分散體系穩(wěn)定。

圖1 是含高顏料親和基團(tuán)的有機(jī)改性聚丙烯酸酯分散劑和傳統(tǒng)分散劑對色漿貯存穩(wěn)定性的影響。

圖1 不同分散劑對色漿貯存穩(wěn)定性的影響Figure 1 Effect of different dispersants on storage stability of color paste

從圖1 中可以看出，含高顏料親和基團(tuán)的有機(jī)改性聚丙烯酸酯分散劑對色漿的貯存穩(wěn)定性好，體系黏度變化小，其不需要添加研磨樹脂，不含VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）和有機(jī)溶劑，通過空間位阻穩(wěn)定作用使顏料解絮凝，可得到低黏度、高固含量的漿料，同時具有優(yōu)異的開罐效果和流動性；而傳統(tǒng)分散劑制備的色漿黏度不斷升高，甚至發(fā)生硬沉淀。

考察含高顏料親和基團(tuán)的有機(jī)改性聚丙烯酸酯分散劑（A）和傳統(tǒng)分散劑（B）對色漿相容性的影響。試驗方法為以同一批次白漆為標(biāo)準(zhǔn)，加入3%的自制色漿，攪拌均勻后，用250 μm 涂膜制備器在DD 卡紙上制備均勻涂膜，在涂膜表干前，指研有明顯阻力時，用食指指腹在涂膜上勻速研磨15～30 次，研磨出直徑30 mm 的無露底區(qū)域，自然干燥24 h，用色差儀測試指研區(qū)域和未指研區(qū)域的色差，色差越大，則色漿相容性越差。

試驗結(jié)果表明，分散劑B 使大紅、橙色色漿在基礎(chǔ)漆中的相容性較差，色差均在2.5 以上；而分散劑A 的應(yīng)用則能明顯改善色漿和基礎(chǔ)漆之間的相容性，色差在0.5 以內(nèi)，因此，選擇合適的分散劑對色漿的相容性影響很大。

考察含高顏料親和基團(tuán)的有機(jī)改性聚丙烯酸酯分散劑（A）和傳統(tǒng)分散劑（B）對色漿在基礎(chǔ)漆中耐雨痕性的影響。試驗方法為以同一批次白漆為標(biāo)準(zhǔn)，加入6%的大紅色漿，攪拌均勻后，在已經(jīng)批刮好外墻膩子、輥涂抗堿底漆后的基材上施涂2 道色漆，養(yǎng)護(hù)7 d 后，用水噴淋2 h，自然干燥后，觀察涂膜外觀是否均勻。

試驗結(jié)果表明，分散劑B 的使用導(dǎo)致涂膜出現(xiàn)嚴(yán)重的雨痕、發(fā)花問題，而分散劑A 的應(yīng)用則能明顯改善涂膜的雨痕問題，外觀均勻一致，因此在選擇分散劑時，測試涂膜的耐雨痕性能也是首要考慮的問題之一。

分散劑加量對色漿及涂膜性能的影響見表3。

表3 分散劑加量對色漿及涂膜性能的影響Table 3 Effect of different dispersant additions on the performance of color paste and coating film

由表3 可見，隨著分散劑用量的增加，色漿的細(xì)度越來越低，但是涂膜的耐水性也越來越差，分散劑用量過高，會影響涂膜的耐水性等性能；分散劑用量過低，會影響色漿的分散性和貯存穩(wěn)定性，試驗結(jié)果表明，分散劑的最佳用量為顏料量的40%。

2.4 消泡劑的選擇

由于顏料間的空氣以及潤濕分散劑的活性，導(dǎo)致色漿在分散過程中極易產(chǎn)生氣泡，影響了色漿的制備、研磨、包裝及使用，因此，要求選用的消泡劑在較寬的pH 及溫度范圍內(nèi)具有快速的消泡效力和抑泡功能。常用的兩類消泡劑為礦物油類和硅酮類，礦物油類消泡劑在水中的相容性較低，對中、高光涂料會造成嚴(yán)重的失光問題，而疏水或者部分親水的聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑，具有非常強(qiáng)的展布特性，不會影響涂膜光澤，與體系相容性好，是首選的消泡劑。

2.5 其他助劑的選擇

隨著時間的推移，顏料顆粒會聚集在一起，發(fā)生沉降，防止顏料沉降的常用方法是添加流變助劑，在低剪切速率狀態(tài)下建立觸變結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，稍受剪切力就會遭到破壞，黏度變小。剪切力撤去，又迅速恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，黏度增加，能使顏料顆粒懸浮而不沉降。常用的流變助劑有有機(jī)膨潤土類、氣相二氧化硅、蓖麻油衍生物和聚乙烯蠟等。

水性色漿中的水是生命之源，構(gòu)成了微生物的生存條件，微生物繁殖生長會導(dǎo)致色漿霉變、黏度降低、色漿絮凝等弊病，因此必須添加防霉殺菌劑。

色漿生產(chǎn)完畢后，雖然進(jìn)行了包裝處理，但是在使用過程中為便于使用經(jīng)常會敞口放置，色漿表層會出現(xiàn)結(jié)皮的現(xiàn)象，影響色漿在涂料中的分散性，因此需要添加保濕劑，常將纖維素和丙二醇搭配使用。

3 結(jié)語

自制色漿主要應(yīng)用于內(nèi)外墻工程涂料的人工調(diào)色，儲備周期短，使用頻次多，對批次間色差要求較寬泛，但是對色漿的相容性以及對面漆的性能影響要求嚴(yán)格，因此在潤濕分散劑和施工性測試方面要嚴(yán)格篩選。