藝術(shù)裝飾用環(huán)保型水性貝殼粉涂料性能分析

武書成

摘要：針對傳統(tǒng)溶劑型涂料污染性較大，基本水性涂料色澤度差，耐水性較弱的問題，提出環(huán)保型水性貝殼粉涂料的制備。以涂料白度、耐洗刷次數(shù)和甲醛吸收率為指標，對環(huán)保型水性貝殼涂料的配比進行研究。結(jié)果表明，在貝殼粉摻量為175 g，重鈣摻量為250 g，乳液摻量為40 g的條件下，制備的環(huán)保型水性貝殼涂料白度約為85%，耐洗刷性約為320次，甲醛凈化率約為65%，涂料在容器中均勻無沉淀，涂膜連續(xù)均勻，具有較為流暢的施工性，滿足GB 18582—2008相關(guān)標準。

關(guān)鍵詞：水性涂料;貝殼粉;白度;甲醛凈化率

中圖分類號：TQ638 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2022）07-0080-05

Performance analysis of environmental-friendly waterborne

shell powder coating for art decoration

WU Shucheng

（Xianyang Normal University， Xianyang 712000， Shaanxi China）

Abstract：Aiming at the problems of traditional solvent-based coatings such as large pollution， poor color and weak water resistance， the preparation of environmental-friendly waterborne shell powder coatings is proposed. The proportion of environmental-friendly waterborne shell coatings is studied based on the whiteness， washing times and formaldehyde absorption rate of the coatings. The results show that when the shell powder content is 175 g， the content of heavy calcium is 250 g and the emulsion content is 40 g， the whiteness of the environment-friendly waterborne shell coating is about 85%， the washing resistance is about 320 times， the formaldehyde purification rate is about 65%， the paint is evenly precipitated in the container while the coating film is continuous and uniform， which has a relatively smooth construction property， satisfying the relevant standard of GB 18582—2008.

Key words：waterborne coatings; shell powder; whiteness; formaldehyde purification rate

隨著現(xiàn)代人民群眾環(huán)保意識的提高，對室內(nèi)藝術(shù)裝飾用的涂料性能要求也隨之提高。傳統(tǒng)溶劑型涂料受其材料影響，在生產(chǎn)和使用的過程中會釋放出大量的有害物質(zhì)，對環(huán)境造成污染，還可能會生產(chǎn)使用者的人體健康帶來威脅，因此用水性涂料替代傳統(tǒng)溶劑型涂料是必然的趨勢。但目前對水性涂料的研究還存在很多不足之處，如色澤度差，耐水性較弱，無法滿足藝術(shù)裝飾的使用要求。在此背景下，部分學(xué)者對水性涂料進行了一系列研究，如用的雙酚A型水性環(huán)氧乳液和水性胺類固化劑為主要原材料，制備了一種耐水性能極佳的水性涂料。但該涂料在施工過程中，對底材表面清潔度具有較高的要求，無法用于室內(nèi)藝術(shù)裝飾[1];以丙烯酸單體為主要材料，制備了一種自交聯(lián)型水性聚丙烯酸酯涂料[2]，該涂料具有較好的耐光性和光澤度，但存在耐水性和儲存穩(wěn)定性差的問題。以上研究為水性涂料的制備和使用提供了一些理論基礎(chǔ)，但在材料選擇方面還存在一些欠缺。有研究表明：天然貝殼經(jīng)過篩選、煅燒、研磨后，得到的貝殼粉耐水性良好，具有凈化空氣、消除異味、吸附甲醛等特征[3]。本文在文獻[3]的研究基礎(chǔ)上，嘗試以貝殼粉作為功能助劑，制備環(huán)保型水性貝殼粉涂料，為水性涂料的發(fā)展提供理論支持。

1材料與方法

1.1材料與設(shè)備

本試驗主要材料：貝殼粉（Ⅰ級，靈壽縣石峰礦業(yè)加工廠）、鈦白粉（金紅石型，河南瑞倫特生物科技有限公司）、CR501重鈣（河北輝浩環(huán)?？萍加邢薰荆?、ECO702凈味乳液（青島古道科技有限公司）、B943消泡劑（天津金凈通環(huán)?？萍加邢薰荆?、HZ-038分散劑（山東翔昭新型材料有限公司）、HZ-048潤濕劑（山東百豐新材料科技有限公司）、OE300 型成膜助劑（廣州市長鴻化工科技有限公司）、HE500增稠劑（上海加鴻材料科技有限公司）。

本試驗主要設(shè)備：白度計（浙江賽德儀器設(shè)備有限公司，WSB-L）、斯托默長歌當(dāng)黏度計（四川思創(chuàng)倍科科技有限公司，STM-IV）。

1.2試驗方法

1.2.1配合比設(shè)計

充分考慮涂料性能、固含量、演技比、施工性、原材料來源和成本，還需滿足國家對綠色裝飾材料的要求，對環(huán)保型水性貝殼粉涂料配合比進行設(shè)計，具體配比結(jié)果如表1所示。

1.2.2制備流程

（1）根據(jù)配方稱取水、消泡劑和纖維素醚，置于燒杯中，高速攪拌8 min，使纖維素醚充分溶解;

（2）在混合物中加入多功能助劑，繼續(xù)高速攪拌至分散均勻。然后依次將鈦白粉、重鈣和貝殼粉放入，在高速模式下攪拌30 min;

（3）降低攪拌速度，然后依次加入乳液、消泡劑和防腐劑，待其攪拌均勻后，測定涂料黏度;然后根據(jù)黏度值加入適量水或增稠劑調(diào)節(jié)其黏度，得到環(huán)保型水性貝殼粉涂料。

1.3性能測試

1.3.1容器中狀態(tài)

參照GB/T 6753—1986標準，觀察涂料在攪拌時是否有分層和硬塊的現(xiàn)象[4]。

1.3.2施工性

用100 μm的線棒涂刷器將涂料在水泥樣板上均勻涂刷，靜置6 h后，進行2次涂刷;在2次涂刷無障礙和堵塞的情況，則視施工性良好。

1.3.3涂膜外觀

觀察施工性試驗2次涂刷后涂料的涂膜外觀是否連續(xù)均勻，有無鎖孔和雜質(zhì)顆粒。

1.3.4白度

將各組涂料樣品在水泥樣板上均勻涂刷，表面干燥成膜后，用WSB-L型白度儀進行測量，測量時應(yīng)在每塊板4個不同位置進行測量，取其平均值為最后結(jié)果。參照建設(shè)部JC/T 423—1991規(guī)定，白色內(nèi)墻涂料的白度應(yīng)大于80%[5]。

1.3.5黏度

用STM-IV型斯托默黏度計測定涂料黏度。

1.3.6耐洗刷性

參照GB/T 9266—2009 中規(guī)定對涂料耐洗刷性進行測定[6]。

1.3.7甲醛凈化性

參照JC/T 1074—2008標準對涂料甲醛吸附性能進行測定[7]。

甲醛的凈化效率表達式為[8]：

R=N-N/N×100%

式中：R為凈化效率;N、N分別為試驗箱中甲醛初始、終止?jié)舛取?/p>

2結(jié)果與討論

2.1顏基比對涂料性能的影響

在其他條件不變的情況下，通過改變重鈣與乳液摻量，調(diào)整環(huán)保型水性貝殼粉涂料的顏基比，具體配比結(jié)果如表2所示。

2.1.1環(huán)保型水性貝殼粉涂料耐洗刷性的變化

不同顏基比對環(huán)保型水性貝殼粉涂料耐洗刷變化的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，環(huán)保型水性貝殼粉涂料耐洗刷次數(shù)隨顏基比的降低表現(xiàn)出直線上升的趨勢。這是因為顏基比降低，乳液用量隨之增加，在鈦白粉、貝殼粉和重鈣顆粒外面包裹的成膜物質(zhì)隨之增加。此時涂料表面較為光滑，增加了涂料耐洗刷次數(shù)。當(dāng)顏基比為15.5∶1時，沖刷次數(shù)為650次左右，高于內(nèi)墻涂料標準要求的300次。本文設(shè)定的顏基比皆滿足沖刷要求。

2.2貝殼粉摻量對環(huán)保型水性貝殼粉涂料性能影響

固定乳液慘量為120 g，改變貝殼粉和重鈣摻量，探究環(huán)保型水性貝殼粉涂料性能變化。具體配比見表3。

2.2.1貝殼粉摻量對環(huán)保型水性貝殼粉涂料黏度影響

貝殼粉摻量對環(huán)保型水性貝殼粉涂料黏度的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨貝殼粉摻量的增加，環(huán)保型水性貝殼粉涂料黏度隨之增加。這是因為貝殼粉摻量的增加導(dǎo)致涂料填料的比表面積也隨之增大，水包裹顏填料粒子的面積也隨之增大。因此涂料黏度隨貝殼粉的摻加而增大。當(dāng)貝殼粉摻量為175 g時，環(huán)保型水性貝殼粉涂料黏度值約為91 U，具有較高的黏度，且流動性較好，涂刷二道無障礙，成膜順利、表面光滑。當(dāng)貝殼粉摻量達到200 g時，環(huán)保型水性貝殼粉涂料黏度過大，過于黏稠，刷涂流動性低;因此，環(huán)保型水性貝殼粉涂料中貝殼粉摻量不宜超過175 g。

2.2.2貝殼粉摻量對環(huán)保型水性貝殼粉涂料白度的影響

自保溫水性貝殼涂料白度隨貝殼粉摻量變化情況，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨貝殼粉摻量的增加，涂料整體白度有所提升，但各組涂料間，白度相差不大。這是因為貝殼粉本身具有較高的白度，摻入涂料后，對涂料的整體白度有一定的提升作用。建設(shè)部JC/T 423—1991中規(guī)定，白色內(nèi)墻涂料的白度要求超過80 ℃。結(jié)果表明：本實驗制備的白色涂料白度皆能滿足要求;同時，受貝殼粉自身光澤度的影響，摻入涂料后，增加了可見光波的反射能力，墻面顏色飽和度增加，使其具有較強藝術(shù)美觀性。

2.2.3貝殼粉摻量對涂料甲醛凈化率的影響

環(huán)保型水性貝殼粉涂料甲醛凈化率隨貝殼粉摻量的變化情況，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨貝殼粉摻量的增加，環(huán)保型水性貝殼粉涂料的甲醛凈化率表現(xiàn)出直線上升的趨勢，這是因為貝殼粉的微孔結(jié)構(gòu)具有較強的吸附性能。同時，貝殼粉中還含有的大量的甲殼素，甲殼素脫氫鍵后，生成具有生物降解性的殼聚糖。當(dāng)甲醛氣體接觸到涂料后，首先被微孔結(jié)構(gòu)吸附，然后被殼聚糖中游離的氨基分解，進一步凈化甲醛。

綜合考慮，選擇貝殼粉最佳摻量為175 g，重鈣摻量為150 g。

2.3乳液摻量對自保溫水性貝殼涂料性能影響

固定其他條件不變，改變?nèi)橐簱搅?，研究乳液摻量對涂料性能的影響，具體配比結(jié)果如表4所示。

2.3.1環(huán)保型水性貝殼粉涂料耐洗刷性的變化

涂層的耐洗刷性是基材附著力的體現(xiàn)，而涂料附著力直接決定了其對墻體的裝飾和保護功能。圖5為乳液摻量對涂料耐洗刷性的影響。

由圖5可知，隨乳液摻量的增加，涂料的耐洗刷性也隨之增加。當(dāng)乳液摻量為40 g時，耐洗刷次數(shù)超過320次，達到涂料耐洗刷性次數(shù)的相關(guān)規(guī)定。當(dāng)繼續(xù)增加乳液摻量，耐洗刷性次數(shù)也隨之增加，這是因為乳液摻量直接影響了其對顏填料的包裹情況，當(dāng)乳液摻量較少時，乳液無法均勻包裹顏填料，成膜物質(zhì)較少，附著能力較低，因此耐沖洗刷次數(shù)也

隨之降低。增加乳液摻量后，乳液內(nèi)部可形成結(jié)構(gòu)較為致密的光滑涂膜，進而增加了環(huán)保型水性貝殼粉涂料的耐涂刷次數(shù)。

2.3.2乳液摻量對環(huán)保型水性貝殼粉涂料甲醛凈化率影響

不同乳液摻量的環(huán)保型水性貝殼粉涂料甲醛凈化率的變化情況，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨乳液摻量的增加，環(huán)保型水性貝殼粉涂料的甲醛凈化率表現(xiàn)出直線下降的趨勢。這是因為乳液的增加，貝殼粉被包裹的面積隨之增加，與甲醛氣體接觸的部分減少，對甲醛吸附凈化的能力減弱。在實際生產(chǎn)的過程中，可根據(jù)使用情況對乳液的用量進行調(diào)整。

2.4環(huán)保型水性貝殼粉涂料基本性能測試

上述研究表明，環(huán)保型水性貝殼粉涂料中，貝殼粉最佳摻量為175 g，重鈣最佳摻量為175 g，乳液最佳摻量為40 g。對最佳配比下的環(huán)保型水性貝殼粉涂料基本性能進行測試，結(jié)果見表5。

由表5可知，優(yōu)化配方后的涂料各方面性能良好，滿足GB 18582—2008標準[9-10]。

3結(jié)語

本研究以沿海廢棄貝殼破碎磨制的貝殼粉為功

能填料制備環(huán)保型水性貝殼粉涂料，研究了貝殼粉和乳液摻量對涂料性能的影響。

（1）環(huán)保型水性貝殼粉涂料的白度、黏度和甲醛凈化率皆隨貝殼粉摻量的增加而增加，考慮較高黏度會導(dǎo)致施工性的不流暢，因此選擇貝殼粉摻量為175 g，重鈣摻量為150 g;

（2）隨乳液摻量的增加，環(huán)保型水性貝殼粉涂料的耐洗刷次數(shù)增加。但甲醛凈化率隨之下降，綜合考慮，選擇乳液最佳摻量為40 g;

（3）最佳配比制備的環(huán)保型水性貝殼粉涂料，白度約為85%，耐洗刷性約為320次，甲醛凈化率約為65%，涂料在容器中均勻無沉淀，涂膜連續(xù)均勻，具有較為流暢的施工性。

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