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水性多彩漆的合成及影响因素分析

来源:未知 作者:admin 时间:2019-08-26 点击:
导读:采用弹性乳液、二氧化钛和相关助剂合成水性多彩漆,并对其性能做相关性能检测,同时讨论了分散相中羟乙基纤维素、颜填料、保护胶液等不同掺量对涂料性能的影响,最后对影响涂料稳定性的几个常见问题做了简单分析,并给出了解决这些问题的方法。
水性多彩漆的合成及影响因素分析
王玉峰1,王晖2
(1.陇东学院,甘肃庆阳745000;2.陕西汉通检测有限公司,陕西西安710038)

水性多彩涂料最早是在20 世纪60 年代末由美国John C.Zola 提出,并在US3458328 公开了分散在含成膜物质水分散介质中的、由彩色球粒水分散体组成的多彩涂料。水性多彩涂料主要应用于装饰建筑的内外墙,该涂料经喷涂施工,涂膜干燥后可呈现出多种色彩花纹,形象逼真,外观类似于花岗岩,所以也叫做液体花岗岩或仿石涂料。
多彩涂料根据两相的组成特性不同,可以分为4 类: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长期稳定性、抗渗色好且经济环保,已经是多彩涂料研究发展的主流]。水包水型多彩涂料即“水性多彩涂料”。它是在水性基础涂料中混入两种以上不同颜色、大小及形状各异的带色微粒组成的一种复合的悬浮分散涂料。涂覆后发生色散而可获得多种颜色花纹效果,也可具有凹凸不平,立体感强,色泽优雅的浮雕状外观质感效果。
水性多彩涂料主要以张道银等为代表,对“水包水”多彩涂料进行了条件性试验,对多彩涂料的分散体系进行了非常细致的研究。水性多彩涂料发展之初主要是以装饰性作用为主,代替部分塑料或纸质壁纸。随着人们对环境、安全、功能性能要求的提高,开始向功能性发展。要求建筑涂料具有低VOC、阻燃性、热反射、热辐射,以及高抗沾污性、高弹性、自洁性、高耐候性,甚至具有热反射性能。因此,功能性多彩涂料将成为一种研究方向。
水性多彩涂料通常由分散相和连续相( 分散介质) 组成,其中连续相浓度和黏度较低,干燥后呈透明状,而分散相中含有着色颜料,浓度和黏度较高。在搅拌作用下,不同色彩的分散相分别被分散入连续相中形成肉眼可见的细小条粒或珠粒,然后按比例混合形成多彩涂料。也可一次性将不同颜色的分散相分散到连续相中形成多彩涂料。

1 实验
1.1 试剂与仪器
1.1.1 试剂
弹性乳液、聚乙烯醇、羟乙基纤维素、膨润土、Op-10: 工业级;18 水硫酸铝、12 水氯化铁、1,2-丙二醇:苯甲酸钠:分析纯;焦磷酸钠、二氧化钛、碳酸钙、水性色浆、十二醇酯:化学纯。
1.1.2 仪器设备
76-1 型电动搅拌机:上海标本模型厂; 电子天平:赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;三口烧瓶200 mL;烧杯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、连续相和清漆三部分组成。
1.2.1 分散相原料配比
分散相原料配比
1.2.2 连续相∶保护胶液原料配比
保护胶液原料配比
1.2.3 清漆原料配比
清漆原料配比
1.3 合成工艺
(1)分散相:把原料按所需比例依次加入水、乳液、多功能助剂AMP-95、颜填料、水性色浆、部分消泡剂(0.1 g)、丙二醇、防腐剂,低速搅拌分散10min(300 r /min 左右) 之后; 再加入羟乙基纤维素(连续少量加入)、膨润土、剩余的消泡剂和成膜助剂,高速搅拌30min(1000 r /min),即得分散相。
(2)保护胶:将保护胶液称作第一连续相。开启搅拌,按原料配比先依次加入水、硫酸铝、氯化铁、羟乙基纤维素、焦磷酸钠,搅拌10min(400 r /min),使各组分充分溶解。
(3) 清漆:将原料按体积配比依次加入乳液、聚乙烯醇(PVA)饱和溶液、丙二醇,搅拌20min 即得清漆,以该清漆作第二连续相。
按体积比1 ∶0~ 1 ∶1.3 的比例将分散相加入到保护胶液中,低速(200r /min)搅拌10min 后得到单色彩粒。将2 种或2 种以上彩粒按一定比例混合即得到多彩水性涂料。使用时加入一定量的清漆,搅匀,用专用喷枪喷涂。
1.4 性能检测
按GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》和JG/T172-2005《弹性建筑涂料》标准对水性多彩涂料性能进行依次测试。

2 检测结果与分析
2.1 检测结果
部分项目检测结果
2.2 影响因素分析
2.2.1 分散相中羟乙基纤维素( HEC ) 的用量
观察发现,当HEC 的用量大于1.8%时,凝胶彩粒逐渐从表面起皱的大而厚的片状变为表面光滑的具有一定厚度的椭圆状;当HEC 用量继续增大,由于彩粒尺寸较大,厚度较厚,形成的凝胶,在相互挤压的作用下,凝胶彩粒发生蜷缩,表面起皱不光滑;再增大时,则无法形成凝胶彩粒且底部产生沉淀;当HEC小于1.8%时,能够形成凝胶彩粒,但黏度小,流动性太强。因此HEC 用量为1.8%左右时形成的彩粒效果最好。
2.2.2 保护胶液对多彩涂料稳定性的影响
因为硫酸铝和氯化铁的阳离子都易形成胶体,有较大的吸附和包裹作用。实验发现:铝粒子在维持彩粒的稳定性上有重要作用,但保护能力相对较弱,但在造粒过程中有较严重的渗色现象。硫酸铝溶液浓度过低则起不到保护作用,过高会使溶液pH 值太低,酸性过强,增稠剂则起不到增稠作用。
而铁离子的保护作用优于铝离子,分散相成粒效果好,亦无渗色现象。所以选择硫酸铝与氯化铁混用,除了渗色现象消失外,其他问题并不能消除。例如pH 值太低等问题。实验中发现焦磷酸钠不仅有降黏作用,其水溶液显碱性,在氯化铁溶液中加入适量的焦磷酸钠,既可以消除铁离子的染色问题,又可以提高溶液的pH 值。但焦磷酸钠用量过多又会与铁离子作用会产生絮状沉淀,焦磷酸钠最多可以加到0.15%~ 0.2%,制得的保护胶液为半透明乳浊液,pH 值仍偏低(3~ 4)。
2.2.3 防腐剂的选择
水包水多彩涂料中的羟乙基纤维素(天然大分子)、PVA 等有机高分子容易发霉变质,所以防腐是涂料长期稳定存放的必要措施.选用苯甲酸钠作为防腐防霉剂,可以保证贮存期间涂料不发生霉变。苯甲酸钠毒性较小,实验中苯甲酸钠防腐剂用量为分散相的0.7% 左右,占涂料总质量0.2%左右。
2.2.4 清漆对涂料的影响
清漆除成膜作用外,还能对彩粒起到一定的间隔作用。单纯用纯丙乳液制得清漆,虽涂膜质硬,但易出现龟裂现象,PVA(聚乙烯醇)对溶液有很好的成膜性,但其膜质软,缺乏天然石材的质感。将两者混合使用可以达到较好的效果,使水包水多彩涂料取得较好仿真度。
需要注意的是PVA 不溶于冷水,在90~ 95℃的热水中才溶解,需将水和PVA 混合后再加热,不能将水加热后再加入PVA,那样会使PVA 在热水中结块。为了方便起见,实验中将PVA 制成饱和溶液。
2.2.5 剪切速率对涂料的影响
在制备水性多彩涂料中需要搅拌,搅拌过程中由于搅拌器存在剪切力,把各种颜色的分散相在分散介质中见切成各种颜色的微小粒子,随着剪切速率的进一步提高,色粒会被分散的越来越小,因此应严格控制剪切速率,不然会直接影响色粒的大小,从而会导致多彩水性涂料渗色,且不同的搅拌桨形状会产生不同的剪切方式,由此形成的彩粒形状也会发生改变,影响涂料的美观效果。

3 结果与讨论
(1)通过实验得出,原料的加料量都必须严格控制,同时,需要控制涂料的pH 值、剪切速率,以及原料的加入顺序等问题,否则会影响水性多彩涂料的性能。
(2)多彩粒子渗色:渗色导致分散相中颜料越过保护膜进入连续相中,连续相变浑浊,施工后不同颜色粒子之间边缘不再清晰,底色颜色发生改变,装饰效果受到严重影响。分析造成这种现象的原因应该是保护膜太柔软,强度不够;或者保护膜的制备方法不正确。
(3)涂层光泽度底:多彩涂料大多使用纤维素类增稠剂,而纤维素类增稠剂具有明显的消光作用,如果要改变这种情况,就要对增稠剂做表面处理,或者使用聚合物增稠剂替代部分纤维素增稠剂,例如用聚丙烯酸酯替代羟乙基纤维素。
(4)多彩粒子浮层或者沉底:分散相密度过大,多彩粒子就容易沉底;分散相密度过小,多彩离析就容易浮层,形成分散相与连续相分层的情况,所以应该对分散相和连续相两者的密度进行控制,同时也可以在连续相中添加增稠剂,提高连续相对多彩粒子的承载能力。

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