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乳胶漆配方中各组分及与乳胶漆性能关系
作者:涂料胶粘技术研究网     更新时间:2008-03-15 15:21:10

建筑涂料包括水性建筑涂料和溶剂型建筑涂料,溶剂型建筑涂料因其固化过程释放有
毒溶剂,不符合环保要求而在建筑涂料中受到限制,但由于溶剂型涂料的高分子成膜
物耐老化性强、附着力好、涂层光洁、耐沾污、耐磨性、耐酸碱、耐水性等优于一般
水性涂料,在高层建筑的外墙装饰中仍在使用。从长远看,会被水性氟碳、硅丙等高
性能涂料取代。水性建筑涂料分水溶性涂料和水乳胶涂料(乳胶漆),因乳胶漆工艺成
熟,应用广泛,这里重点介绍乳胶漆。
    乳胶漆是以聚合物乳液为基料,加入颜料、各种助剂和去离子水,经特定加工工
艺制备而成。聚合物乳液和颜料构成分散相,水为连续相。
  1乳胶漆的基料
    乳胶漆分内墙和外墙两大系列,常规基料(乳液)主要有醋酸乙烯共聚物和均聚
物、乙烯—醋酸乙烯共聚物(eva)、醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、环氧乳液、聚
氨酯乳液,硅丙乳液以及氟碳乳液等。
    内墙乳胶漆的成膜物以醋酸乙烯、苯丙乳液为主,外墙乳胶漆的成膜物主要以苯
丙乳液、纯丙乳液和硅丙乳液为主。在选择最低成膜温度(mit)时,外墙乳胶漆的mft
应高一些,内墙乳胶漆的mft应相对低一些。除了考虑乳胶漆的耐老化性、耐沾污
性、防水性以外,对乳液的机械稳定性、化学稳定性、冻融稳定性等也要进行检测,
它们对涂料储存和运输的稳定性影响很大。为提高乳液对基材的附着力,往往在乳液
聚合过程中加入少量含羧基、羟基或乙烯基的功能性单体,以增强对金属、水泥砂
浆、木材等底材的附着力。
  2乳胶漆用颜填料
    颜料在乳胶漆中主要提供遮盖力和装饰性,填料可提高涂膜的机械性能和降低涂
料成本。颜填料在乳胶漆中所占的比例在多数情况下都是最大的。在半光和平光漆
中,颜填料与乳液的质量比多在 1.5:1甚至6:1以上,有光乳胶漆中的颜填料与基
料比,多为0.4~0.7:1,颜填料在乳胶漆中的作用应给予重视。
    乳胶漆对颜填料的要求可从以下几方面考虑:
    (1)给涂料提供合适的颜色,使涂层能够遮盖底材,使颜色看上去赏心悦目;(2)
影响涂料的光泽,使涂层的光泽增加、降低或消失;(3)改善涂膜的强度,改善涂膜
对基材的附着力;(4)使涂膜的耐候性、耐光、耐水、抗酸碱、抗腐蚀、耐损伤等性
能有所改善; (5)在尽量不降低涂料综合性能的前提下,降低成本;(6)改善涂料的
流动性和施工性能。满足以上要求的颜填料,要从其色相、鲜艳度、遮盖力、折光指
数、粒径及其分布、吸油值、密度、耐光性、耐热性、化学反应性、抗渗性、防腐蚀
性、易分散性等性能指标方面衡量。
    在乳胶漆中使用最多、效果最好的白色颜料是钛白粉。钛白粉分为金红石型和锐
钛型2类,金红石型钛白粉具有优异的遮盖力和耐候性,主要用于外墙涂料中。锐钛
型钛白粉遮盖力比金红石型钛白粉稍差,且易粉化,多用于内墙涂料中。其他白色颜
料,如立德粉、氧化锌等,因其遮盖力、白度及其它性能不理想,在内外墙涂料中很
少使用。红色颜料有:氧化铁红、镉红、偶氮类有机红、高性能有机红,如鲜佳红、
永固红等;黄色颜料有:铬黄、氧化铁黄、偶氮类有机黄、高性能有机黄类;黑色颜
料有:炭黑、石墨粉、氧化铁黑等;此外,酞菁蓝、酞菁绿颜料也较为常用。
    有色建筑涂料的传统生产工艺是将干粉颜料加入去离子水、各种助剂经机械研磨
制成色浆,再与乳液、去离子水、助剂等调配成成品涂料。这种生产工艺工序长,产
品质量的影响因素多,生产管理复杂,批次间颜色难以一致,花色品种比较单一,机
械难以清洗,无法实现产品颜色的多样性、准确性、重复性以及快速的客户服务。
    另外,为乳胶漆选择颜料时,要注意颜料的鲜艳度、极性,颜料表面处理和分散
性问题,还要注意颜料的耐酸碱性以及相容性等问题。有机颜料耐光等级高、耐候性
良好、色彩鲜艳的品种才可用于外墙乳胶漆中。乳液、分散剂、增稠剂等乳液成分都
是极性物质;而大量用于乳胶漆的颜料,如有机颜料、炭黑等都是非极性或极性很小
的物质,有的很难分散或亲油性,存在颜料分散后在乳液中的稳定性问题,因此对分
散剂的选择和分散工艺提出了较高的要求,不然就会产生絮凝、浮色,发花、着色力
下降、色相偏移、光泽降低、涂料稳定性降低等问题。颜料要有较好的耐碱性,主要
由于建筑涂料ph值一般大于8,偏碱性,而作为外墙的水泥砂浆碱性更强,所以耐碱
性不好的无机颜料(如铁蓝、铅铬黄等)不可使用。综上所述,配色问题也是影响建筑
涂料质量的关键因素之一。
  3 乳胶漆用助剂
    乳胶漆生产中要使用多种助剂,这是乳胶漆的一大特点,但却不是优点。在乳胶
漆的混合体系中,组分间既可能有很好的协同作用,也可能相互干扰,产生不良影
响。因此,调配乳胶漆的技术关键是各种助剂的最佳化选择和配方的平衡。
  3.1 润湿分散剂
    分散剂的主要作用是:使颜填料的表面湿润,协助机械剪切作用将颜填料从二次
结构研磨成初级结构(一次结构),并使分散稳定化。其作用机理是:离子型分散剂被
吸附于颜填料表面形成双电层,借同性电荷的相斥使分散体系稳定化;另外,离子型
和非离子型分散剂也会在颜填料表面形成亲水性吸附层,因位阻效应使分散体系稳定
化。
    无机润湿分散剂有聚磷酸盐类,如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、四偏磷酸钠等,它
们价格低廉,分散效果较好,但对乳液的稳定性有一定影响;有机类润湿分散剂有阴
离子型、阳离子型和非离子型表面活性剂,其特点是分散效果好,但产生泡沫多;另
外一类是高分子树脂类分散剂(如聚丙烯酸盐类),其特点是:价格适中,用量较少,
分散效果好,泡沫少。
  3.2  成膜助剂
    成膜助剂又称聚结剂,它能促进乳胶聚合物的塑性流动和弹性变形,改善其聚结
性能,能在较低的施工温度下成膜,又不使涂膜过于柔软。成膜助剂是一种易挥发的
暂时性增塑剂,因而不会使于膜太软或发粘。选用的成膜助剂一般应符合下列要求
[2]:
    (1)能明显地降低聚合物的最低成膜温度,并与聚合物的相容性好,是聚合物的
良溶剂,有助于提高涂膜的光泽。
    (2)具有较高的沸点和一定的挥发速度,但其挥发速度至少低于水,使聚合物成
膜前保留在涂料中,而在成膜后逐渐挥发掉。
    (3)应微溶于水或具有一定的水溶性,易为乳液粒子吸附而聚结。满足以上要求
的成膜助剂应具有高效、用量少,功能多,满足乳液多种组分的要求;应冻结点低,
利于运输、低温包装和储存;有助于改善涂膜性能,使涂料的成膜性、耐候性、展色
性、耐擦洗性等均有较大的提高。
    常用的成膜助剂有3类,第1类是乙二醇、丙二醇、己二醇、苯甲醇等,它们水溶
性强,有防冻作用,但降低成膜温度的效果较差,加量较大;第2类是醇醚类(乙二
醇、丙二醇、丁二醇醚类),它们水溶性强,降低成膜温度的效果一般,加量适中,
有防冻作用;第3类是醇醚—12等,此类助剂水溶性差,降低成膜温度的效果好,加
量少,毒性小。
  3.3  消泡剂
    由于乳胶漆中使用了表面活性剂,如乳化剂、分散剂等,易产生泡沫,会造成涂
膜缺陷,使涂膜保护性能和装饰性能随之下降,因此,消泡剂的使用必不可少。消泡
剂分硅类消泡剂和非硅类消泡剂,硅类消泡剂效率高,消泡力持久,但分散性较差,
易出现过缩孔、油点、缩边、再涂性较差;非硅类消泡剂分散性好,不易出现过缩
孔、油点、缩边,但消泡效率较低。消泡剂的用量一般在0.5%o~5%o之间,通常,
在分散阶段加1/2~1/3,涂料调配阶段加1/2~2/3。有时要加入2种以上消泡
剂,保持消泡性和贮存稳定性的统一。
  3.4 增稠(流变)剂
    由于水性建筑涂料乳液和颜填料体系粘度太低,没加入增稠剂之前易出现分层、
絮凝、沉淀等问题,涂料的贮存稳定性、开罐性能、施工性能都不令人满意,加入增
稠剂之后,改善了涂料的流变性,这些缺陷基本上可以消除。
    增稠剂的种类很多,主要有无机增稠剂(以膨润土、超细二氧化硅为主)、有机增
稠剂(纤维素类、碱溶胀型丙烯酸乳液类、缔合型聚氨酯增稠剂)。有机类中纤维素类
增稠剂的增稠机理是由于它们具有很强的吸水能力,在乳液中体积大幅度膨胀,使乳
液粘度显著增加,从而起到增稠效果;碱溶胀型增稠剂的增稠机理首先在于它自身能
吸附在乳液颗粒表面形成包覆层,使乳液粒子的体积增大而导致粘度提高。其次它还
能进入水性体系使粘度增大;缔合型聚氨酯增稠剂增稠机理在于它们的分子中存在憎
水剂和强极性基团,能与乳胶漆的聚合物和颜料发生缔合作用,形成瞬间网络结构。
这类增稠剂具有优异的流变性。

在低成本、高含水量的乳液中,羟乙基纤维素具有较高的中、低剪切粘度,有利于乳
胶漆的贮存,避免分层,但其明显的缺点是高剪切粘度太低,丰满度低,流平性差、
易霉变、易飞溅。一般来说,仅用一种增稠剂存在不少缺陷,因此,可根据乳胶漆的
不同要求,按照增稠剂的性能灵活选择一种或几种配合使用,发挥其协同作用。常见
增稠剂的基本性能见表1。
  3.5 防霉杀菌剂
    地球上的霉菌、细菌等微生物无处不在,无处不有,但是它们的大量繁殖必须满
足一定的条件,如有机物和氧的存在、湿度、酸碱性、温度等。微生物会对乳胶漆带
来很多问题:包装中的乳胶漆会因细菌的繁殖而出现胀罐、粘度的下降、颜料沉淀、
乳液破乳、变臭变色,最终使乳胶漆报废。
    乳胶漆在生产和贮存过程中可能发生的问题是细菌带来的,可通过改善环境,生
产上严格管理及配方措施来解决。在乳液生产的高温、高湿环境中,搞好环境卫生是
防腐的关键环节。防止购进的原料带菌也是一个重要方面,在乳胶漆中加入合适的防
腐剂是防腐的根本途径。乳胶漆漆膜有亲水成分,含有微生物的养分,这是长霉的诱
因。一般临时使用的防霉剂可用氨水、无机碱水溶液作ph调节剂,但氨水有味道,碱
性水溶液对涂膜的耐水性、耐擦洗性有影响,长效乳液应选择ph值稳定、毒性较小的
有机胺、多酚类防霉杀菌剂。

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