建筑乳胶漆的制备及使用

1 乳胶漆的组成
乳胶漆属水分散性涂料, 就其组成而言, 同通常的油漆一样, 由四个部分组成:
( 1) 主要成膜物质: 如聚醋酸乙烯乳液、醋 丙乳液、苯丙乳液等;
( 2) 次要成膜物质: 如各种颜料及填料( 体质颜料) ;
( 3) 辅助成膜物质: 如增稠剂、消泡剂、分散剂、成膜剂、防霉剂等;
( 4) 挥发物质: 水。

1. 1 基料( 主要成膜物质)
基料是建筑乳胶漆的主要成膜物质, 是影响乳胶漆性能好坏的首要因素。它既关系到涂膜的硬度、柔性、耐水性、耐碱性、耐擦洗性、耐候性、耐沾污性, 也关系到乳胶漆的成膜温度、对底材的结合强度等性能。因此, 在设计乳胶漆时, 首先应根据乳胶漆涂装的环境及要求, 选择不同的乳液品种作为基料。
常用的乳液有聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯 丙烯酸酯乳液、苯乙烯 丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯 叔碳酸乙烯酯乳液等。除聚醋酸乙烯乳液主要作为内墙涂料用外, 其余三种乳液内外墙涂料用均可。
乳液的性质主要取决于所用的原料、用量、组成、合成工艺及选用的助剂。即使采用同样的原料, 同样的质量组成, 如果工艺方法不同, 也会得到分子结构及性质差异很大的乳液粒子。如: 一个用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯四元共聚的乳液, 尽管采用的原料相同, 所用的质量组成也相同, 但采用常规聚合与核壳聚合两种不同聚合方法时, 所得到的乳液其性能表现出很大的差异。按理论计算其玻璃化温度T g 均为11. 6度, 但用常规聚合所得乳液其最低成膜温度M FT 为21. 5 度 , 而核壳聚合所得乳液其最低成膜温度M FT 仅为8度 。说明核壳乳液的成膜性能有了很大的改进。乳液除其原料组成、用量及合成方法对性能有决定性的影响外, 乳液的粒度也是一个重要的因素。一般说, 随着乳液粒度的减小会提高漆膜的光泽、抗水性、抗张强度, 同时对提高乳液自身的粘度、稳定性及对颜料的粘结能力也有好处。

1. 2 颜料及填料
颜料和填料构成乳胶漆的次要成膜物质。作为建筑乳胶漆用的颜料、填料, 主要应有良好的耐碱性、耐候性、易分散性等特点。一般油漆用的颜、填料多数均可使用。颜料和填料的类型和数量对乳胶漆的性能是有影响的,它们不但关系到颜色、遮盖力, 也关系到漆膜强度、与底材的结合力、硬度、光泽、耐沾污性、保色性、耐久性等性能。
在乳胶漆配方设计中, 颜基比( 颜料与基料的体积浓度之比) 是重要参数, 使用不同颜基比, 可制得不同光泽的涂膜。对于油性漆而言, 漆膜光泽可在0~ 100 之间作任意调整, 但对乳胶漆来说, 要做到高光泽却有一定难度。现在, 有光乳胶漆的光泽可以达到80 以上, 甚至达到85, 但是, 要达到90 以上却很难。乳胶漆的光泽不能象油性漆的光泽那样高,主要原因是: 乳胶或乳液是分散体, 成膜时由分散的小球紧贴粘连一起而成, 表面平整度不及油性漆。
乳胶漆想要得到高光泽, 除必须减少颜填料用量、降低颜基比以外, 还必须在乳液的选用上采用细粒径的乳液及适当的增稠剂; 在制备高光泽乳胶漆时, 要注意容易出现的回粘性不好的问题。

对于制备半光及平光的乳胶漆, 只要调整颜基比的用量是不难得到的。乳胶漆随着颜基比增高, 漆膜的光泽、耐冲击性、弹性下降, 而硬度、耐沾污性提高。当颜基比超出临界体积浓度时, 则涂膜的耐擦洗性及耐水性明显变差。

1. 3 助剂
乳胶漆中常用的助剂有助成膜剂、分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、杀菌剂、防霉剂、中和剂等。

1. 3. 1 助成膜剂
助成膜剂又称成膜助剂、凝集剂、聚结剂, 通常为高沸点溶剂, 会在涂膜形成后慢慢挥发。在乳胶漆中, 成膜助剂因对乳胶粒子的溶解作用而使粒子表面软化, 促使聚合物粒子易受压变形, 融合成膜; 成膜助剂的加入可降低乳液及乳胶漆的最低成膜温度。
常用的成膜助剂有: 乙二醇、丙二醇、己二醇、甲基苄醇、十二碳酯醇、一缩乙二醇、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯等。用量根据对聚合物溶解力的不同可作适当调整, 一般为乳胶漆量的2%~ 3%。美国伊士曼公司的Te xano l( 化学结构为2, 2, 4- 三甲基- 1, 3- 戊二醇单异丁酸酯) 及与水几乎不相溶的12 碳酯醇( 简称酯醇- 12) , 是效果很好的成膜助剂, 它不但可以有效降低成膜温度, 而且对改进乳胶漆的流动性, 改善颜料的均匀性、稳定性都有好处。
成膜助剂由于使漆膜致密程度得以提高, 所以对改善涂层的耐擦洗性及易除污性有帮助。成膜助剂除有助于成膜性能外, 还有降低乳胶漆冻结温度的功能, 这对乳胶漆在较低气温下正常施工有利。

1. 3. 2 润湿剂和分散剂
乳胶漆的制备主要是基料与颜( 填) 料的分散问题。首先要实现颜料为基料所润湿, 然后是颜料粒子的均匀、稳定及充分分散。润湿剂可降低液体和固体表面之间的界面张力, 使固体表面易于为液体所湿润, 使粘结剂与颜料表面得以充分接触。常用的乳胶漆润湿剂为阴离子或非离子表面活性剂, 如二烷基磺基琥珀酸盐、烷基萘磺酸钠等阴离子型和聚氧乙烯烷酚基醚等非离子型表面活性剂。
分散剂是实现被润湿的颜料粒子的充分、稳定的分散, 提高固体粒子在液体中的悬浮性能。颜料得到充分分散的乳胶漆, 其遮盖力、着色效果、漆膜光泽、稳定性可得到最大发挥及保证。
常用的无机类分散剂有六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸四钠等; 有机类分散剂有胺类化合物、聚丙烯酸盐等。
AMP- 95( 2- 甲基氨基丙醇) 是一种效果很好的多功能分散剂, 使用于乳胶漆中, 可改进着色性、粘度稳定性, 且不发生浮色现象。聚丙烯酸钠也为使用较多的分散剂之一, T amo l系列分散剂如T amol 731、T amo l 850 也为被推荐的分散剂品种。
一般而言, 有机分散剂的分散效果好于无机分散剂, 对于低极性有机颜料如酞菁蓝、酞菁绿及碳黑等易絮凝难分散颜料更为适用。
分散剂用量一般为所用颜料量的0. 5%左右。分散剂和润湿剂有时很难区分, 往往分散剂本身就具有润湿作用。

1. 3. 3 增稠剂
增稠剂起到增加乳胶漆粘度的作用, 使乳胶漆的粘度达到施工要求, 并改进其流动性; 同时, 增稠剂有助于防止颜料的凝聚和沉淀, 改善乳胶漆的稳定性。在制备色浆时, 由于使研磨浆稠度增加, 加强了剪切作用, 有利于颜料的分散。
作为乳胶漆的增稠剂主要有四类: 纤维素醚、聚丙烯酸酯、缔合型增稠剂和无机增稠剂。
作为增稠剂的纤维素醚有羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等。最常用的为羟乙基纤维素(HEC) , 根据粘度的不同, 有不同的规格, 如美国联碳( U nion Carbide)公司生产的Cellosize QP 系列及美国阿克隆( Aqualon) 公司生产的Nat rosol 250 系列。
HEC 为粉末状水溶性产品, 属非离子型增稠剂, 为保证羟乙基纤维素的完全溶解, 避免出现未溶的夹心凝块, 可采取先浸润的方法: 先将水的pH 值调至7. 5 左右, 浸润一定时间后搅拌即可完全溶解, 如再过滤使用则效果更好。HEC 的用量一般控制在0. 3% ~ 0. 5% 即可, 但采用HEC 作为增稠剂时, 在滚涂施工中会出现飞溅的问题, 且HEC 为纤维素衍生物, 易受酶和霉菌的攻击, 使乳胶漆在贮存期间粘度下降或乳胶漆漆膜长霉, 这在配方设计中应予综合考虑。
聚丙烯酸酯增稠剂为羧基含量较高的丙烯酸酯共聚物乳液, 这类增稠剂在pH 为8~ 10 的时候, 呈溶胀状态, 使水相粘度增高, 但pH 大于10 时, 溶于水, 失去增稠作用, 对pH值有较大的敏感性。
缔合型增稠剂象表面活性剂一样, 分子中既有亲水部分也有亲油部分; 亲水部分可水合溶胀使水相增稠, 亲油端基可与乳液粒子、颜料粒子相缔合形成网络结构, 这种缔合结构在剪切力的作用下受到破坏, 粘度降低, 一旦剪切外力消失, 粘度即可恢复。这种缔合型增稠剂对提高乳胶漆的稳定性、漆膜流平性、抗飞溅性及光泽均有明显好处。
缔合型增稠剂如聚氨酯缔合增稠剂、改性碱溶丙烯酸共聚乳液等。如美国Diamond S hamro ck 公司的SN 系列增稠剂、英国Allied Co lloids 公司的Rheov is CR 及罗门哈斯公司的Acry sol RM 系列等。
无机增稠剂如膨润土、凹凸棒土、硅酸铝等均有一定效果。除无机增稠剂外, 一般增稠剂均有水溶性或水溶胀性, 在成膜后残留在涂层中, 对耐水性、耐擦洗性会带来不良影响,在保证乳胶漆增稠的前提下应尽可能少用。

1. 3. 4 消泡剂
在乳胶漆的配方中加有多种表面活性剂, 因此, 在其生产制备及施工时很容易产生泡沫。泡沫的产生既不利于生产控制, 也影响漆膜的性能及状态。消泡剂就是用来抑制涂料在生产中泡沫的出现及消除涂料成膜时出现的气泡。消泡剂主要分为硅型和非硅型。硅型消泡剂如乳化硅油、水性硅油, 非硅型消泡剂是极性有机化合物, 如磷酸三丁酯、正辛醇、矿物油及脂肪酸盐混合物等。据报道, 上海涂料研究所研制的SPA- 102 及SPA-202 有较好的消泡效果, SPA- 102 为醚酯化合物和有机磷酸盐组成的复配型消泡剂, SPA- 202 为硅、酯、乳化剂等组成的复合型消泡剂。消泡剂的选择是一项十分繁琐的工作。它与乳胶漆品种、乳液类型、乳胶漆用其他助剂的种类和性能等有很大关系, 因此, 选择时应细致谨慎, 同时, 还应考察贮存后的消泡效果。消泡剂的用量一般较低, 在0.5% 以下, 添加时往往分两阶段, 即研磨时加一部分, 在调漆时再加一部分。

1. 3. 5 防腐剂和防霉剂
当乳胶漆未加入防腐剂、防霉剂时, 容易为微生物所破坏。适当的潮气、温度和营养物质可促使霉菌的生长、繁衍, 从而造成乳胶漆粘度下降、pH 值变化、产生难闻的臭味、包装容器变形, 也可造成漆膜出现霉斑、变色或破坏。乳胶漆本身为水性, 漆中的保护胶、增稠剂及若干表面活性剂可能为微生物的营养物质, 因此, 为防止乳胶漆在贮存期间变质及成膜后长霉, 就必须加入防腐剂、防霉剂。早期常用的防腐防霉剂为五氯酚钠、醋酸苯汞及三丁基锡等。酚化合物效率较低, 用量一般在0. 2%以上, 汞化合物用量为漆的0. 05%左右, 锡化合物的用量为漆的0. 05%~0. 1%。

1. 3. 6 中和剂
乳胶漆的pH 值对系统的性能及稳定性有很大关系, 中和剂可把乳胶漆的pH 值保持在一定的范围, 从而保证增稠剂、表面活性剂等处在最佳状态, 使乳胶漆处在最稳定水平。最常用的中和剂为氨水, 在成膜时很快挥发, 而不残留在涂膜中, 但氨水有强烈的刺激性气味。因此, 也可考虑既能较快挥发, 而气味较小的氨类化合物。

1. 4 水
乳液合成对所用的水要求严格, 必须用脱离子水, 但制备乳胶漆用水不象乳液合成用水那么严格, 用一般自来水也可,但不可用矿物质含量高的地下水。

2 乳胶漆制备
制备乳胶漆时, 先制取色浆, 为保护乳液及乳胶漆的稳定性, 乳液不参予研磨, 色浆制成后再向其中加入乳液及有关助剂, 最后调整pH 值及粘度。色浆制备: 将水、分散剂、表面活性剂、成膜助剂、消泡剂、增稠剂、杀菌剂加入配料罐中, 低速搅拌5~ 10 min, 然后将填料及颜料加入, 高速分散30 min 左右, 进入砂磨机( 或其它研磨设备) 研磨至细度50um 以下。
乳胶漆制备: 将色浆加入制漆罐中, 然后加入乳液, 开动搅拌, 加入消泡剂及其它助剂, 用中和剂调整pH 值, 用水或增稠剂调整粘度。过滤包装: 乳胶漆为典型的假塑料液体, 在剪切力作用下, 粘度下降, 在剪切力消失时, 粘度恢复。由于有触变性, 因此, 普通过滤设备不宜用于过滤乳胶漆, 主要采用振动筛过滤。
由于乳胶漆为水性, 故包装桶通常采用塑料桶或内衬防腐涂层的铁桶, 也可用内衬塑料袋的纸桶等。生产乳胶漆的设备应为不锈钢材质, 否则铁锈将影响乳胶漆的质量。常用设备主要为配料罐、配漆罐、高速分散机、砂磨机( 或胶体磨) 、振动筛等。
在国外, 乳胶漆生产也有不经过砂磨直接使用高速分散机而达细度要求的, 这当然需要有分散性好的颜料来保证。

3 建筑乳胶漆施工注意事项
乳胶漆施工多采用滚涂, 但也可采用刷涂或喷涂, 涂层质量的好坏, 固然与乳胶漆质量有很大关系, 但是与被涂基面的处理好坏及施工质量也有重要关系。因此, 施工时应注意:
( 1) 基面应洁净、平整, 基层表面的浮土、粘附杂物、" 白霜"等应清除干净, 缝隙、孔洞应用腻子填平。
( 2) 基面的含水率宜小于10%, pH 值应小于9 方可施工; 含水率过高或pH 值过大对乳胶漆成膜性及涂层性能都将带来不利的影响。在未干燥的混凝土或水泥砂浆中存在的游离水、可溶性盐、碱对涂层有损坏作用。反之, 如果基面过于
干燥, 在乳胶漆尚未形成连续涂膜之前, 水分被墙体基面吸收, 则也将影响涂层的完整性。
( 3) 如基面强度不够, 过于疏松, 则应在乳胶漆涂刷之前先涂刷一道封闭底漆以增强基层与乳胶漆的粘结力。封闭底漆可用与乳胶漆相适应的稀释的乳液, 也可用稀释的溶剂型清漆, 如醇酸清漆、酚醛清漆及双组分聚氨酯清漆等。
( 4) 乳胶漆不能直接涂在已刷过石灰浆的基面上, 否则,会发生剥落现象。因为乳胶漆涂膜与石灰浆面层的附着力大于石灰浆面层与混凝土或水泥砂浆基层的附着力, 因而涂层容易连同石灰层一起脱落。因此, 在乳胶漆涂刷前, 应将石灰层面铲除, 并将基面清理干净。
( 5) 乳胶漆如涂在刮有腻子的墙面上, 则必须保证腻子应有一定的强度, 否则会出现从腻子与基面结合处剥离、脱落的现象。如果腻子强度不高, 且已经刮涂完毕, 则可采取在腻子上涂封闭底漆的办法补救。
( 6) 由于乳胶漆为水性漆, 可用水稀释, 因此在下雨天不可在外墙面施工。在未成膜之前不具有耐水性。
( 7) 风力较大的天气不宜涂刷外墙乳胶漆, 如风力太大( 4级以上) , 也会影响外墙涂料的成膜性。
( 8) 环境温度与乳胶漆的成膜性有直接关系。乳胶漆必须在高于所用乳胶漆的最低成膜温度( MFT) 的情况下施工, 否则不会成膜, 并出现龟裂、破碎或脱粉现象。乳胶漆的最低成膜温度随品种而异, 一般施工温度在5 ºc以上均可获得较好的成膜效果。
( 9) 由于乳胶漆为水性漆, 因此贮存运输中应注意防冻,在贮存运输中温度不应低于0ºc。如果乳胶漆受冻, 可能出现凝块、分层等破乳现象, 一旦发生, 则不能再使用。
( 10) 乳胶漆在使用前, 必须搅拌均匀。如产品过期, 应经过复验, 复验合格后再继续使用。 

 

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