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凝胶型水包水多彩外墙涂料的探讨

http://www.coatings.hc360.com2015年08月11日09:53 来源:展辰涂料作者:戴志浩,胡中源,于占江T|T

戴志浩,胡中源,于占江

    (展辰涂料集团股份有限公司,上海201700)

    摘要:凝胶型水包水多彩外墙涂料是一种新型、节能减材的建筑装饰材料。介绍了凝胶型水包水多彩外墙涂料的生产工艺,并着重地探讨影响凝胶型水包水的性能因素及解决方案。

    关键词:水包水;多彩外墙涂料;凝胶化

Study on the gel type water-in-water multi-colour coating for exterior wall
Dai Zhihao,Hu Zhongyuan,Yu Zhanjiang
(Zhanchen Coatings(Group) Stock Company Limited,Shanghai 201700)

Abstract: Gel type water-in-water multi-colour coating for exterior wall is a new type of building decoration materials, saving energy and reducing material. Introduces the production technology of gel type water-in-water multi-colour paint for exterior wall, performance factors and also to explore the effect of gel type water in water and the solution.
Keywords: Water-in-Water; Multi-Colour Coating for Exterior Wall ;Gelatination

    0 前言

    随着经济发展人们对环保节能减排要求不断提高,凝胶型水包水多彩外墙涂料替代传统大理石钢挂成为了一种新的趋势,凝胶型水包水多彩外墙涂料具有造价低、轻质安全、施工方便、低污染及使用范围宽等特点,越来越受到人们的青睐和认可。

    本文介绍了一种以进口无机硅酸锂镁保护胶为基础的凝胶型水包水型多彩外墙涂料的配方设置和生产工艺。包括:基础漆制备、造粒保护胶液制备、基础漆调色造粒,连续相制备,并着重探讨了影响凝胶型水包水外墙涂料的性能各种因素及解决方案。

    1实验部分

    1.1主要原材料及仪器

    实验原料:去离子水,自制;润湿剂,上海;消泡剂,上海;增稠剂,上海;杀菌剂,上海;丙烯酸乳液及硅丙乳液,上海;金红石型钛白粉,攀枝花;纤维素,上海;煅烧高凝土,汾阳;硅酸铝,上海;保护胶,美国。

    实验仪器:SFJ-400分散机,上海;STM-IV斯托默粘度计,上海。

    1.2实验

    凝胶型水包水外墙涂料配方

凝胶型水包水外墙涂料配方

凝胶型水包水外墙涂料配方

    1.2.1.造粒基础漆配方 

造粒基础漆配方

造粒基础漆配方

    制备工艺:将去离子水、分散剂、润湿剂、杀菌剂、消泡剂、PH调节剂等助剂混合均匀,再加入钛白粉和各类填料分散研磨至细度小于50um,再加入乳液,基础漆用保护胶,搅拌20分钟即得。

    基础漆用保护胶制备工艺:将去离子水及保护胶粉混合均匀,中速搅拌30分钟至保护胶完全溶解,因为金属离子含量对保护胶稳定影响很大,因此推荐采用去离子水;因基础漆含有大量纤维素酶增稠剂,吸水性强,耐水差,因此用于基础漆中的保护胶要尽量少的含有金属盐。

    1.2.2造粒用保护胶液

造粒用保护胶液

造粒用保护胶液

    制备工艺:将去离子水、降粘用分散剂、保护胶粉及润湿剂混合均匀,中速搅拌30分钟即得,降粘用分散剂一般采用焦磷酸盐类,也有采用EDTA等具有金属络合效果的络合剂。

    1.2.3连续相涂料部分

连续相涂料部分

连续相涂料部分

    制备工艺:将去离子水、杀菌剂、消泡剂、润湿剂及PH调节剂混合均匀,再加入硅丙乳液和增稠剂,低速搅拌15分钟即得。此部分关键是增稠剂和乳液的搭配,一般采用对水相增稠的ASE类增稠剂,减少增稠剂与乳液的缔合,以避免后期的储存粘度的稳定性。也有资料显示防腐剂中的金属粒子也会影响水包水多彩漆的后期储存温度性,但笔者的实验表明在合理的防腐剂添加范围内,对储存温度性影响不大。另外必须注意的是连续相乳液的耐水性,因含有大量吸水膨胀的无机硅酸锂镁保护胶,连续相的的耐水性最终保护性能具有关键作用。

    1.4生产工艺

    称取一定量的造粒保护胶液体,加入适量的造粒调色基础漆,然后造粒,形成连续的保护胶、粒子,加入连续相涂料部分及适量增稠剂,低速搅拌至均匀即可。

    1.5技术性能指标

    表 1 多彩漆体系技术标准

Table 1 The system technical standard of water-in-water multi-colour coating

表 1 多彩漆体系技术标准

表 1 多彩漆体系技术标准

    2结果与讨论

    2.1基本原理

    水包水多彩涂料是用原调色涂料预凝胶包薄膜(造粒基础漆),加入到保护液分散介质中,发生凝胶反应,凝胶涂料粒子表面形成一个较均匀凝胶膜,这样即阻止膜内调色涂料组份与膜外的分散介质相互扩散,又能阻止彩色粒子之间发生聚集、凝结,形成较为独立的彩色粒子;然后混入清漆涂料和适量增稠剂,形成水包水多彩涂料。

    水包水多彩涂料的成膜过程与乳胶漆相似,乳胶漆的成膜过程有三个步骤,a.挥发:随着乳胶漆中的水分挥发,乳液微粒和颜料颗粒更紧密地堆积在一起。b.聚结:随着乳胶漆中的水分挥发完全,乳胶粒子、颜填料等颗粒融为一体,形成连续柔韧的漆膜。c.粒子扩散过程;在粒子聚结的同时,粒子之间的空隙或聚结粒子的水溶性物质、成膜助剂等是聚合物相互渗透、扩散,是涂膜进一步均匀化。而水包水多彩涂料中的彩色粒子相当于连续相的颜填料,但是本身又能成膜,在聚结过程中,不仅有连续相的乳胶粒子、彩色粒子的聚结,还有彩色粒子中乳胶粒子、颜填料的凝结,由于凝结时间的差异,导致在成膜的第3步:粒子扩散过程,连续相的扩散与彩色粒子的扩散是相对独立的,整体涂膜均匀化程度受连续相和彩色粒子的共同作用决定。

    2.2彩色粒子的渗色、分散介质浑浊的原因及粒子软硬的控制

    我们认为导致渗色或分散介质浑浊的原因有以下几种可能;1.包膜不够致密(分散介质保护胶浓度过低或造粒基础漆预包膜保护胶使用量过少);2.造粒基础漆展色性差。3.表面活性剂使用不当。表2反映了预包膜使用保护胶的量对彩色粒子的影响。

    表 2 基础漆预包膜使用保护胶的量对彩色粒子的影响

 Table 2 The influence of basic paint coated with protective colloid amount used amount on zhe color particles

表 2 基础漆预包膜使用保护胶的量对彩色粒子的影响

表 2 基础漆预包膜使用保护胶的量对彩色粒子的影响

    喷涂施工时粒子相互串色与粒子硬度有关,粒子偏软,容易导致粒子变小,甚至串色、糊掉。影响水包水多彩粒子硬度的因素有:a.造粒基础漆粘度越高,粒子越硬,为了平衡生产和粒子硬度关系,基础漆粘度最好控制在110~120KU之间;b.分散介质保护胶浓度越高,粒子越硬,但是保护胶浓度高会影响成漆的最终储存稳定性,通过实验,我们发现保护胶浓度控制在6%~8%最好;c.造粒过程,颜料颗粒浸泡凝胶熟化时间时间越长,粒子越硬;凝胶熟化时间(浸泡时间)控制在1~2小时比较好;d.造粒基础漆中乳液的玻璃化温度越高,粒子越硬,但是太硬了有开裂风险,一般基础漆还是采用弹性乳液或者弹性乳液复配硅丙乳液以提高耐水性。表3反映了分散介质作为保护胶,其浓度对彩色粒子的影响。

    表 3 保护胶浓度对彩色粒子硬度的影响

Table 3 The influence of protective colloid concentration on the color particles hardness

表 3 保护胶浓度对彩色粒子硬度的影响

表 3 保护胶浓度对彩色粒子硬度的影响

    2.3彩色粒子的大小、形状控制

    采用分散机造粒的话,转速越高,搅拌时间越长,粒子越小(通常搅拌速度控制在150~300转/分,分散时间在10-20分钟)【1】。筛网越小,粒子越小。表4反映了搅拌速度对彩色粒子大小的影响

    表 4 搅拌速度对彩色粒子大小的影响

Table 4 The influence of mix rate on the color particles size(big or small)

表 4 搅拌速度对彩色粒子大小的影响

表 4 搅拌速度对彩色粒子大小的影响

    基础漆粘度越低,粒子形状立体感越强。基础漆里粉料的多少影响粒子厚度,粉料越多,造出来的粒子碎点状的形式越明显,干膜厚度越厚;粉料越少,造出来的粒子圆球状的形式越明显,干膜厚度越薄。表5反映了基础色漆粘度对粒子形状的影响。

    表 5 基础色漆粘度对粒子形状的影响

Table 5 The influence of basic color paint viscosity on the particles size

表 5 基础色漆粘度对粒子形状的影响

表 5 基础色漆粘度对粒子形状的影响

    2.4造粒方式、粒子虚实对水包水多彩涂料的装饰效果的探讨

    目前,主要的造粒方式有两种:1.叶片剪切式转盘造粒;2.振动筛网式造粒(真空造粒桶)。

    叶片剪切式转盘造粒,通过剪切力大小、剪切时间控制粒子大小。由于叶片规格差异、剪切速率引起剪切力的不同,从而造成粒子难以控制,适合做需要高剪切的小粒子。主要缺点有:粒径分布较宽,重现性较差;粒子大小,不易控制。

    振动筛网式造粒,通过不同口径的筛网控制粒子大小。投料速度及筛网层数对同一口径的筛网粒子大小有影响,一般通过确定投料速度及两层筛网过滤即可达到实际需求。主要优点有:粒径分布较窄,重现性好;粒子大小,容易控制。

    振动筛网式造出来的粒子较叶片剪切式造出来的粒子喷出来粒子立体感强、装饰效果高。

    使用较高钛白含量的浅色基料的基础漆调色,色浆加入量一般为0.05~1.0%,造出来的粒子,装饰效果:写实的为主;使用不含钛白(或微量钛白含量)的深色基料的基础漆调色,色浆加入量一般为0.05~1.0%,造出来的粒子,装饰效果:花虚为主。不同颜色的搭配、不同粒子大小及虚实的控制(深、浅的合理使用)是高品质装饰效果水包水多彩外墙涂料的关键。

    2.5彩色粒子褶皱的探讨

    有时候我们会发现,做出来的水包水多彩涂料不错,然而喷出来,干了后,粒子表面有明显褶皱,我们认为原因有以下2点:1.彩色粒子的表面张力过高,不能对基材进行有效的润湿铺展;2.彩色粒子的自身流平性太差;3.彩色粒子干燥速度明显慢于连续相干燥速度。

    2.6彩色粒子的沉降(漂浮)及水包水多彩涂料后增稠问题

    粒子的沉降(漂浮)主要是基础漆的比重与分散介质与清漆涂料组成的连续相比重的差异过大导致,减少比重差异以及增加连续相的触变性是值得推荐的。一般基础漆的比重要稍高于连续相;粒子越大越容易下沉,粒子大小的合理控制,也是值得推荐的。

    水包水多彩涂料的使用的保护胶,是一种人工合成的纳米级类汉脱土结构,主要是对水相增稠,具有超强的触变性和增稠效率。水包水多彩涂料后增稠,主要是束缚保护胶的降粘用分散剂失效导致,这种分散剂主要结构为带磷酸根的纳盐等易溶水的盐类,它的磷酸根被体系中的阳离子捕获,形成难溶于的沉淀或螯合物,使分散剂失效,从而是保护胶粉失去束缚,形成致密的卡窝结构,导致水包水多彩涂料后增稠。所以,水包水体系中,不过量使用含阳离子的组份是水包水多彩涂料成败的关键。表6反映了连续相乳液的类型对水包水多彩涂料后增稠的影响。

    表 6 连续相乳液类型对水包水多彩涂料后增稠的影响

Table 6 The influence of continuous phase emulsion type on the after thickening of water-in-water multi-colour coating

表 6 连续相乳液类型对水包水多彩涂料后增稠的影响

表 6 连续相乳液类型对水包水多彩涂料后增稠的影响

    增稠体系的选择对水包水涂料的稳定性也是至关重要的。常见的增稠体系有:纤维素类、碱溶涨类、疏水缔合型碱溶涨类、聚氨酯类、聚醚类等等。纤维素类虽然增稠效率高、粘度稳定性好,但影响施工性,不推荐使用;聚氨酯类和聚醚类,使用需要较高的剪切力,然而彩色粒子不能承受较高的剪切力,因此,其增稠效率低、不易控制成品粘度;碱溶涨类和疏水缔合型碱溶涨类由于增稠效率高、使用方便等特点,成为目前水包水多彩涂料的增稠的主流,但过量使用会造成严重的后增稠,甚至报废。碱溶涨类相对于疏水缔合型碱溶涨类,后增稠趋势弱,但耐水性较差,需要根据实际情况,平衡选择。

    2.7水包水多彩涂料耐水白性的探讨

    有时候,我们会发现水包水多彩涂料,耐水差,尤其是初期耐水白性,这是为什么了?首先,水性涂料的成膜是挥发自干型成膜,因为不具有交联反应,本身致密性就不好,水包水涂料由2部分组成,彩色粒子(造粒基础漆)和连续相组成。而连续相涂料涂料我们可以把它看作整个水包水涂料的成膜物,把彩色粒子看作骨料和填料,普通乳胶漆的中乳胶粒子主要包裹的是颗粒很细颜填料,而连续相涂料部分包裹的是一个个大尺寸的彩色粒子,连续相只能包覆在颜料颗粒表面,所以形成的漆膜就更疏松。

    其次,水包水多彩涂料的形成的关键原料无机硅酸锂镁保护胶是一种强吸水膨胀型物资,并且含有大量的水溶性的纤维素类增稠剂,这样都会影响水包水多彩外墙涂料的耐水性。

    3 结论

    本文水包水多彩涂料配方的保护胶选用进口保护胶,对乳液进行了精心选择,选用含硅的相容性极好纯丙阴离子乳液与初期耐水良好的纯丙烯酸阴离子乳液制漆,对基础漆与连续相干燥速率、基础漆粘度、粉体的添加量、造粒保护胶浓度及增稠体系等控制;是其具有很好的耐水性、耐候性及稳定性,可以作为一种新型、节能减排外墙装饰材料。

    4 展望

    水包水多彩外墙涂料作为一种新型的外墙装饰材料,在施工、成本、装饰效果等方面具有独特优势,使其迅速在全国火热推广开来,产品市场占有率迅速上升。出于成本考虑,大多数配方乳液含量明显偏低,造成产品耐水性不佳,甚至有报道耐水性差造成墙面大面积起鼓、剥离,很大程度上也制约了其发展。如何规范水包水多彩外墙涂料的耐水性以及规范施工工艺成为水包水多彩外墙涂料的发展方向。

    参考文献

    [1]胡涌东,顾丽娅.W/W型多彩涂料[J].涂料技术,1993(2):9-12.    

责任编辑:张婉瑶

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