水包水多彩涂料制备工艺研究

2022-12-08

一、前言

随着水性环保涂料技术在建筑领域的不断发展, 对于涂料的装饰效果要求也越来越高, 但市场上大多数水性涂料一次只能形成单一色彩涂层, 达不到高级多彩涂料的装饰要求。真石漆多次喷涂可以实现花岗岩效果, 但是色相越多, 施工技术难度越大, 施工质量较难控制[1]。同时, 由于真石漆的密度大, 在外墙外保温的应用受到很大限制。因此, 水性多彩涂料技术 (W/W水包水型) 的喷涂的工艺改进问题已经得到业内人士的重视, 成为近几年建筑涂料行业的一个热点。

W/W型多彩涂料是由液态的水性树脂提炼包裹成胶状的水性彩色颗粒, 并均匀地悬浮在特定的水性乳液中, 最终形成了多姿多彩的、颗粒大小随意的高分子液态胶状的共聚物。

二、实验

1. 主要试剂

铁黄 (世名8810) , 铁红 (世名8811) , 酞青绿 (世名6806) , 酞青蓝 (世名6805) 羟丙甲基纤维素, 丙二醇, 硅丙乳液 (自制) , 邻苯二甲酸二丁酯, 聚乙烯醇。

2. 主要实验装置与设备

LPZ 1 02电子天平:常熟市衡器厂;

JJ-1精密定时电动搅拌器:江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司

NDJ-1旋转粘度计:上海群旭科学仪器有限公司

可调压喷枪:福建省泉州市力达机械有限公司

3. 制备工艺

颜料分别分散, 各自加入分散介质, 混合后加入清漆, 制成多彩涂料。

三、实验结果分析

影响多彩涂料饰面效果的因素主要有分散相与连续相的密度差、体系粘度、搅拌速度、搅拌时间、保护胶种类及溶液浓度、颜料、增塑剂等。

1. 分散相与连续相的密度差

分散相和连续相的相对密度不应相差太大, 否则不利于体系的稳定性, 特别是经过长时间的储存或运输过程, 由于二者密度差的原因, 彩粒易发生沉降, 不利于体系的稳定, 从而不能发挥多彩涂料的应有的特性[2]。在配方的研发中.可以选择一些填料和各类树胶及其衍生物来调节体系的相对密度。必要时可添加增稠剂, 提高连续相对多彩粒子的承载能力, 达到防止沉降的效果。分散相比重一般控制在d=1.009~1.019之间, 保护胶溶液比重控制在d=1.002~1.005之间。

2. 体系粘度

若分散相粒子比重小于保护胶溶液的比重, 分散相粒子上浮形成浮层, 造成粒子相互融合而结皮;或分散相粒子比重大于保护胶溶液的比重, 经过一段时间, 分散相粒子沉集于容器底部, 由于重力作用密集堆聚而融合, 破坏所需粒子的形状。因此分散相、保护胶溶液比重及它们之间的差值, 是影响体系浮层现象的主要因素。因此, 本实验所选取分散相的粘度范围为0.5MPa·S~1.0MPa·S。此外, 连续相的粘度也应控制在一定的范围之内, 确保其稳定性。本研究选取连续相的粘度为0.2~0.4Pa·s。

3. 搅拌速度、搅拌时间的影响

实验表明, 多彩涂料的彩粒直径与分散速度及时间有很大关系。过长的搅拌时间导致彩粒直径过小, 溶于分散相时易出现渗色现象。实验室条件下, 一般调整分散机的转速为100-200r/min, 分散5~10min即可。

4. 保护胶种类的影响

保护胶对体系的稳定性及对分散相的分散效果起着极为重要的作用。本实验主要对羧甲基纤维素和聚乙烯醇进行了选择。

实验表明, 在本实验中制备半硬性水包水型多彩涂料的体系中, 不宜采用聚乙烯醇作为保护胶, 即使使用聚乙烯醇能够获得很好的增稠效果, 且触变性较高, 但因为聚乙烯醇是一种表面活性剂, 它会破颜料在体系中的排列组合。因此, 分散相表面的保护膜被聚乙烯醇破坏而导致颜料与乳液之间发生渗透作用, 最终无法形成排列稳定有序的彩粒结构, 但是聚乙烯醇比较适用在硬粒子的多彩涂料, 在本实验中却得不到很好的效果, 而采用中等分子量的羟丙甲基纤维素却可分散形成透明状的触变性胶体, 成胶能力优越, 有很好的防沉、悬浮、防流挂作用, 性价比较高, 故本实验选择羧甲基纤维素作为本研究的保护胶[3]。

5. 保护胶溶液浓度的影响

(1) 保护胶溶液浓度对彩粒大小的影响

保护胶溶液的浓度过低 (1.0%以下) , 粘度较低, 防沉和分散效果均不理想, 彩粒形成较困难, 而且极易出现渗色;反之, 保护胶溶液的浓度过高 (3%以上) , 彩粒的直径在分散时会变得超细, 甚至有可能形成彩粒乳液, 彩粒的最终效果难以获得。由此可知, 保护胶溶液的浓度为1.5~2.0%时, 所得彩粒的直径能够满足实验的要求。

(2) 保护胶溶液浓度对体系稳定性的影响

保护胶溶液浓度的大小, 决定彩粒的悬浮效果。实验表明, 保护胶的浓度大, 能够得到较长的彩粒悬浮时间, 但综合考虑到悬浮时间, 彩粒的直径的大小以及现场施工的要求, 本研究选择的保护胶溶液的浓度范围为1.5%~2.0%, 即能满足体系悬浮时间大于30min的基本要求。

6. 颜料对彩粒的影响

多彩涂料体系一般都是由多种颜料组合而成, 而不同颜料的相对密度差异较大, 在确定配方时应考虑临界颜料体积浓度的问题。临界颜料体积浓度应与不同颜料的添加量相适应, 临界颜料体积浓度低的颜料则不能加入过多, 否则聚合物不能将颜料完全包覆, 成膜不完全, 涂膜性能得不得保证[4]。同时, 颜料的体积浓度过大时, 很容易渗色现象。这就需要针对每一种颜料, 确定其最佳用量。此外, 选择颜料最好为无机颜料。本实验在颜料均占彩粒10%的情况下, 铁红和铁黄不易破, 且不渗色;而酞青绿和酞青蓝出现破裂和渗色。铁红的添加量达到20%时出现破裂渗色现象。