颜填料体积浓度的用量对涂料保色性的研究

颜填料体积浓度的用量对涂料保色性的研究

王英文, 郭文录, 梁祥平, 陈霞, 赵孝伟
(江苏科技大学材料科学与工程学院, 江苏镇江 212003 )

 深色涂料被消费者看好。由于各涂料厂的技术力量不同, 选择原材料有差异, 涂料中的颜填料体积浓度高、低等因素, 造成许多厂生产出来的涂料保色时间不长, 几个月就有明显的褪色现象, 许多涂料厂当接到一个涂料业务, 一般用白色涂料配色, 在白色涂料中添加色浆, 直到颜色相似 。虽然生产的涂料符合P /B (颜/基比) 标准和颜料体积浓度标准,误区主要是添加色浆过多, 增加了色浆的含量, 造成涂料配色不合格, 如何控制颜填料体积浓度的用量在涂料配色中的应用, 有极强的社会效益和实际应用价值 。针对涂料配色实际应用中保色出现的问题, 我们进行了大量研究与探索。

1  实验部分
1. 1  试剂与仪器
ZR-940 金红石型钛白粉、1 000 目碳酸钙及HS1250滑石粉、苯丙乳液、DM91增稠剂、2#流平剂、SK-5040分散剂等添加剂均为工业品; 硫酸、氢氧化钠、氯化钠均为化学纯。7312-I 型电动搅拌器; TG328B 分析天平; NDJ-5S数字旋转粘度计; BY 型铅笔硬度计; JTX-II 建筑涂料耐洗刷仪; LUX 紫外光老化试验箱; R ise-2008型激光粒度分析仪;JSM-6480扫描电镜。

1. 2  实验步骤
  按配方量将水投入容器中, 高速搅拌下, 依次加入少量的分散剂、润湿剂、部分消泡剂、颜填料, 约30m in后, 再加入苯丙乳液、成膜助剂、丙二醇, 继续搅拌约30m in, 加入其余消泡剂、流平剂、防腐剂, 最后加入增稠剂, 搅拌30m in后, 用沙磨机研磨出料。

1. 3  配色原理及颜填料体积浓度的计算
1. 3. 1  配色原理?? 在这五彩缤纷的世界里, 色彩的种类繁多, 归根结底基色只有红、黄、蓝三种, 通过改变三者的不同比例可以配得各种颜色。涂料的配色一般采用减色法, 通过改变光的吸收和反射而获得不同的颜色[ 5] 。通过红、黄、蓝三基色配制其他颜色的比例通过图1来表示; 根据基色的种类, 色彩还分为二次色和三次色, 有红、黄、蓝三色为基础的二次色、三次色见图2。
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1. 3. 2  颜填料体积浓度的计算  颜填料体积浓度简称PVC, 计算公式如下:
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对颜填料体积浓度的确定举例如下。常用的几种颜料、填料的密度: 钛白粉3. 9 ~ 4. 20; 高岭土2. 6; 炭黑1. 7~ 2. 2; 碳酸钙2. 53~ 2. 71; 云母粉2. 8~ 3; 滑石粉2. 65~ 2. 8; 硅灰石2. 5~ 2. 80; 铁黄4. 1~ 5. 1; 重钙2. 53 ~ 2. 71; 酞青蓝1. 5~ 1. 64; 铁红4. 1~ 5. 2; 乳液1. 1~ 1. 2。以钛白粉、碳酸钙、滑石粉为例, 计算颜填料体积浓度(只适合配深色涂料)。
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配色的基础白涂料与色浆用量的对应关系, 见表1。
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实验证明, 涂料的PVC 在48% 时保色性最佳,结合大量实验得出表1的数据。PVC 过低, 会导致颜色达不到深度要求, 遮盖率低; PVC 过高会导致干膜中乳化剂、分散剂、润色剂及树脂的含量严重偏少, 耐水性降低。由于PVC 过高, 不挥发的基料就不足, 表面包膜就薄, 耐紫外光性、耐候性能力要弱,聚合物只能覆盖颜料粒子表面, 不能充满颜料粒子空隙。
2  结果与讨论
2. 1  PVC的用量对涂料性能的影响
2. 1. 1  不同PVC 用量的涂料基本性能对比 颜填料体积浓度的不同, 会影响涂料的性能, 主要就配制过程中观察到的现象及低温状态的稳定性进行了分析, 见表2。
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由表2可知, 随着颜填料体积浓度的提高, 填料被完全润湿分散的难度增大, 尤其是在PVC 超过48%以后, 所需的搅匀时间增大速度变快; 涂料的低温稳定性方面, 48%的涂料所能耐的温度最低。

2. 1. 2 不同PVC用量的涂料的粒度分析结果 不同PVC 涂料的粒度分析见图3
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图3中, 横坐标代表粒径的大小, 纵坐标为粒径分布, 从图3中4 幅图的对比可以看出, 随着PVC用量的增大, 涂料中最大粒径增大, 超过48% 以后,由于润湿颜填料困难, 导致粒径增大变快, 易发生沉淀。

2. 1. 3  PVC的用量对涂层性能的影响  在确定了钛白粉、色浆、滑石粉等颜填料的配比的条件下, 颜填料的体积浓度( PVC )对涂层性能的影响见表3。
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由表3可知, 在颜填料的质量比确定的条件下,随着PVC 的逐渐增大, 涂膜的附着力和硬度逐渐提高, 在PVC 为48% 时最佳, 随后逐渐下降; 涂料的耐水性随PVC的增加, 逐渐增强, 但超过48% 后开始下降; 涂料的耐腐蚀性随着PVC 的不断提高也逐渐变好, 在PVC 为48% 时最好, 随后逐渐变差。综上所述, PVC在48%时, 涂膜的综合性能最好。

2. 2 不同PVC所得涂层的扫描电镜分析结果
不同PVC涂层的截面形貌照片见图4。
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由图4 可知, 当PVC 较低时, 由于颜填料相对较少, 不足以填充满基料的间隙, 导致颜填料分散在基料中, 处于不连续的分散状态, 图层中的孔洞、空隙较多, 涂层致密性差, 将导致涂层的耐腐蚀等外在性能较差; 随着PVC 的逐渐增大, 颜填料逐渐被基料所润湿, 涂层中的孔洞和空隙逐渐减少, 涂层的致密性也就不断变好; 当PVC 为48% 时, 颜填料恰好被树脂完全包裹, 涂层的致密性最好, 故涂层的性能比较优异; 而当PVC 超过48% 时, 基料无法润湿所有颜填料颗粒, 颜填料就松散的分散于涂膜中, 涂层的致密性不好, 导致涂层的性能变差。综上所述, 从SEM 的分析结果看, 涂料PVC 在48% 时所形成的涂膜性能最佳。

3  结论
  ( 1)对不同PVC 用量对涂料性能的影响及不同PVC的用量对涂层性能的影响等进行了实验研究,研究结果表明, 涂料的低温稳定性、涂膜的附着力和硬度、涂料的耐水性、涂料的耐酸碱腐蚀等性能在PVC为48%时最好。
( 2)研究了PVC 的用量对涂料保色性的影响,PVC过高, 超过某极限时, 基料就不能将颜料粒子间间隙完全充满, 这些间隙潜藏在涂膜中, 使涂料的物性在临界PVC 时急剧下降, 对涂料的保色性产生很大的影响, PVC 过低, 会导致所配颜色的深度达不到预期要求。我们通过对实验积累的数据进行计算, 最终确定了PVC 的最佳用量为48% 。

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