高性能水性多彩涂料的制備研究

李威

上海嘉寶莉涂料有限公司（上海 201512）

將與漆料不相容的色彩不同、大小與形狀各異的珠狀物質均勻地懸浮在涂料基料中即形成多彩涂料[1]。多彩涂料通常包含兩種或兩種以上的基料；形成的色彩圖案多樣，可以隨意選擇。水性多彩涂料近幾年發(fā)展迅速，與真石漆、質感涂料相比，以其仿真效果好、質量輕、施工速度快、造價低等優(yōu)點贏得越來越多客戶的喜歡[2]。制備多彩涂料主要依靠保護膠在色粒表面形成凝膠，并與纖維素交聯(lián)使色粒子與連續(xù)相乳液分離。所以，保護膠及纖維素是制備水性多彩涂料的關鍵技術。目前市場上銷售的多彩涂料在抗?jié)B色及貯存穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較差，具體為：滲色較重，影響色相；放置一段時間后色點變硬，造成噴涂效果與樣板不一致。這些缺點在一定程度上制約了水性多彩涂料的發(fā)展。

本研究以GRAS B為保護膠，通過對保護膠溶液用量、纖維素種類及用量進行平行實驗來實現(xiàn)配方優(yōu)化，最終制得抗?jié)B色性、貯存穩(wěn)定性優(yōu)異的多彩涂料。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

保護膠GRAS B，佛山市歌瑞詩貿(mào)易有限公司；羥乙基纖維素（451FQ，481FQ，EHM500），阿克蘇諾貝爾化學品（寧波）有限公司；乳液，顏填料，助劑，去離子水等。

1.2 主要設備

SDF-400高速分散機，上海微特電機有限公司；DC-2L多彩粒子篩濾機，江陰市雄威化工機械有限公司；KU-2斯托默黏度計、LHL-213烘箱，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術股份有限公司；W-77多彩涂料專用噴槍，上海巖田實業(yè)有限公司。

1.3 水性多彩涂料的制備

1.3.1 保護膠溶液的制備

保護膠溶液的組成見表1。

表1 保護膠溶液的配方

稱取一定量的去離子水倒入攪拌罐中，將分散機的轉速調(diào)至800～1200 r/min，再將稱量好的保護膠GRAS B緩慢加入（以免發(fā)生結塊），分散20～30 min即得保護膠溶液。

1.3.2 調(diào)色基礎漆的制備

調(diào)色基礎漆的配方見表2。

按配比在200～300 r/min的攪拌速率下將羥乙基纖維素加入水中，分散2～3 min后依次加入分散劑、潤濕劑、消泡劑、顏填料，然后加入pH調(diào)節(jié)劑AMP95；隨著混合液黏度的上升，將攪拌速率增大至1200～1 500 r/min，高速分散 15～30 min，細度達到要求后將攪拌速率降低至700～1 000 r/min；依次加入乳液和除增稠劑以外的其他助劑，隨后加入保護膠溶液，最后加入適量增稠劑將混合液的黏度調(diào)至適宜，繼續(xù)分散5～10min，即得調(diào)色基礎漆。

1.3.3 連續(xù)相乳液的制備

連續(xù)相乳液的配方見表3。

表2 調(diào)色基礎漆的配方

表3 連續(xù)相乳液的配方

按配比在200～300 r/min的攪拌速率下依次加入乳液和除增稠劑以外的其余助劑，最后加入適量增稠劑將乳液的黏度調(diào)至適宜，繼續(xù)分散5～10 min，即得調(diào)色基礎漆。

1.3.4 多彩涂料造粒的制備

多彩涂料造粒的配方見表4。

表4 多彩涂料造粒的配方

按配比在50～100 r/min的攪拌速率下依次加入去離子水和保護膠溶液，在低速率下加入各色色漆，根據(jù)色點大小調(diào)整合適的攪拌速率及切點時間，得到合適大小的色點后停止攪拌，即得多彩色粒子。

1.3.5 多彩涂料成品的制備

多彩涂料成品的配方見表5。

表5 多彩涂料的配方

將連續(xù)相乳液慢速加入各色色粒子中，在低攪拌速率（50～100 r/min）下用三葉槳攪拌混合均勻，將經(jīng)去離子水稀釋后的增稠劑緩慢加入，根據(jù)要求調(diào)整到合適黏度，低速（50～100r/min）混合 5～10min使其均勻，即得水性多彩成品漆。

2 結果與討論

2.1 保護膠溶液的用量對滲色性的影響

水性多彩涂料制作的關鍵是：在基礎色漆造粒過程中，保護膠在色粒子表面形成凝膠（包覆住色粒子），進而使基礎漆中的物質及色漿不會外溢到連續(xù)相中，影響多彩的性能和色相。保護膠的主要成分為人工合成的硅酸鎂鋰，系三八面體層狀硅酸鹽礦物。由于其薄片層面帶負電荷，端面帶正電荷，分離后的薄片端面被吸引到另一薄片的層面，從而迅速形成三維空間的膠體結構（即卡片宮結構），起到保護色粒子的作用。其凝膠機理導致保護膠溶液受離子濃度的影響較大，如果配方離子濃度控制不好就會使卡片宮結構不夠牢固，造成滲色等不利影響。保護膠GRAS B是經(jīng)過特殊表面處理（有機改性），符合配方離子寬容度高、產(chǎn)品抗?jié)B色優(yōu)異要求的多彩產(chǎn)品原料。本研究通過實驗得到抗?jié)B色性能最佳的保護膠比例，其結果見表6。

表6 保護膠溶液用量對滲色性的影響

由表6可知，由于鐵紅、鐵黃、炭黑本身的結構不同，所用的潤濕分散劑不同，所以與基礎漆及保護膠的相容性不同，造成保護膠添加量不同時樣品的滲色程度也不同；但是在GRAS B質量分數(shù)達到9%時，除了鐵紅有輕微滲色外，其他兩種色漿基本不滲色，而且繼續(xù)增加GRAS B的量，滲色性改進不是太明顯。此外，保護膠溶液添加量為9%時涂料輕微滲色，但不影響多彩涂料的整體色相。因此，基于成本考慮以及多彩涂料的穩(wěn)定性，確定保護膠溶液GRASB的添加量為9%。

2.2 纖維素的種類和用量對貯存穩(wěn)定性的影響

在保護膠添加量為9%時，通過三款羥乙基纖維素（451FQ、481FQ和EHM500），討論了不同相對分子質量及處理方式對多彩涂料貯存1周（55℃下）穩(wěn)定性的影響，其結果見表7。

表7 纖維素醚種類和用量對穩(wěn)定性的影響

由表7可知，451FQ的添加量達到1.2%時色粒子碎點才較少，而481FQ的添加量為1%時碎點已經(jīng)變少，但是這兩種纖維素均不能避免色粒子變硬的現(xiàn)象。這是因為451FQ與481FQ均為乙基羥乙基纖維素，只是481FQ的相對分子質量大于451FQ，并沒有改變纖維素與保護膠的交聯(lián)情況。從表7中還可以看出，不管EHM500的添加量為多少，色粒子均不變硬，只是在其添加量達到1%時碎點變少。這是因為EHM500是經(jīng)過疏水改性的纖維素，與保護膠的交聯(lián)程度降低，所以，不會隨著貯存時間的延長使色粒子變硬。綜合考慮，選擇纖維素EHM500的添加量為1.0%，此時得到的多彩涂料有較好的貯存性能。

1.3 多彩成品漆起始黏度對體系穩(wěn)定性的影響

在保護膠添加量為9.0%、EHM500添加量為1.0%時，用TT935調(diào)整多彩涂料的起始黏度，觀察起始黏度不同時多彩涂料的貯存（55℃下貯存4周）穩(wěn)定性，其結果見表8。

表8 成品漆起始黏度對貯存穩(wěn)定性的影響

由表8及實驗中觀察可知，成品漆的起始黏度過低，噴涂在墻面會流掛，影響成品效果；初始黏度過高會導致后期黏度過高，造成不能噴涂。綜合考慮，成品漆起始黏度控制在65～75 KU之間為宜。

2.4 水性多彩抗?jié)B色性及貯存穩(wěn)定性對比實驗

采用經(jīng)過有機改性的保護膠GRAS B、經(jīng)過疏水改性的纖維素EHM500與未經(jīng)處理的保護膠、纖維素進行對比實驗，考察涂料的抗?jié)B色性及貯存穩(wěn)定性，結果如表9、圖1所示。

表9 保護膠種類對滲色性的影響

圖1 多彩涂料儲存穩(wěn)定性對比（a—熱貯后噴涂，b—立即噴涂）

由表9、圖1可知，采用表面經(jīng)過有機處理的保護膠和疏水改性的纖維素可以得到抗?jié)B色性能優(yōu)異的水性多彩涂料；經(jīng)過改進的水性多彩涂料色粒子在剛做好即噴板與熱貯存一個月后噴板時基本不變硬收縮?？梢?，采用保護膠GRAS B和纖維素EHM500制作的水性多彩涂料在抗?jié)B色性和貯存穩(wěn)定性方面具有優(yōu)異的表現(xiàn)。

2.5 水性多彩涂料的性能檢測

本研究以GRAS B為保護膠、EHM500為纖維素，通過配方調(diào)整及優(yōu)化，并對所制備的水性多彩涂料進行檢測與評價，最終制得抗?jié)B色性、貯存穩(wěn)定性優(yōu)異的水性多彩涂料。按照HG/T4343—2012《水性多彩建筑涂料》對其進行檢測，結果見表10。

3 結論

（1）以GRAS B作為保護膠，其在基礎漆中的質量分數(shù)為9%時，可以很好地解決多彩涂料滲色的問題。

（2）纖維素種類及用量對多彩涂料的貯存穩(wěn)定性有很大影響。纖維素選用EHM500，其用量為1.0%時得到的多彩涂料不變硬且碎點少。

（3）水性多彩涂料的起始黏度控制在65～75 KU之間為宜。

表10 水性多彩涂料的性能指標

參考文獻：

[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):23-26.

[2]李廣軍,董立志,薛小倩.GTS在水性多彩涂料中的應用與探討[J].中國涂料,2015,30(1):50-53.