水性多彩涂料的制备与应用

0 前 言
随着我国建筑外墙外保温系统的推广,由于安全原因限制了瓷砖、石材作外饰面应用,取而代之的是柔性薄型、质轻的外墙涂料、质感涂料、仿石材涂料等。水性多彩涂料是近几年来发展较快的一种装饰涂料,涂层除具有花纹清新、色彩典雅、形态逼真、生动活泼、浑然天成的天然花岗岩质感外,还具有黏附力强、柔韧性好、耐水、耐碱、耐沾污、耐老化、环保无毒等特点,以其多功能、高装饰性赢得了广大用户的青睐,成为外墙外保温装饰一体化系统的首选饰面涂料之一。

水性多彩涂料,即水包水型(W/W)多彩涂料,是水性乳胶漆(分散相)加入凝胶化的水溶性涂料连续相中分散而成,两相混合时即在粒子接触表面产生凝胶化,形成多相悬浮体。要实现这种“水包水”的悬浮体,就必须在水性乳胶涂料分散于保护胶水的瞬间,在涂料液滴表面形成一层不溶于水的柔性膜,这层柔性膜除了能够防止膜内各涂料组分及膜外的保护胶液组分相互扩散外,还能防止各胶滴之间发生聚集、凝结[1]。

目前,制备水性多彩涂料采用的保护胶水溶液(连续相),主要有:(1)聚乙烯醇、淀粉、半乳甘露聚糖/硼酸盐体系;(2)纤维素醚/特制硅酸镁/锂盐分散体系;(3)纤维素醚/无机盐体系;(4)阳离子乳胶漆/阴离子分散体系或阴离子乳胶漆/阳离子分散体系。上述体系可单独采用,也可多个体系复合使用,效果更好。

1 试验部分
1.1 主要原料
纯丙烯酸乳液、弹性硅丙乳液;保护胶;颜填料、助剂;纳米TiO2水浆等。

1.2 试验仪器
JB90D型强力电动搅拌机,SK2砂磨机,电子秤,无气喷涂机等。

1.3 水性多彩涂料的制备
水性多彩涂料的制备工艺流程如图1所示。

图1 水性多彩涂料的制备工艺流程

1.3.1 水性色浆的制备
水性多彩涂料专用色浆的参考配方见表1。

1.3.2 基础漆的制备
(1)基础漆配方见表2。

(2)制备工艺:将去离子水加入分散机内,搅拌下加入助剂、填料,高速分散30 mim,变中低速搅拌加入乳液、稳定剂、成膜助剂,搅拌均匀即可。

1.3.3 色漆的制备
按照样板或设计要求,将适量色浆加入到基础漆中,中低速搅拌均匀,调成需要的单色漆。

1.3.4 造粒工艺
(1)保护胶体溶液的配制:按m(水)︰m(保护胶)=100︰(6~7)的配比,高速分散20~30 min,至保护胶粉体充分分散。
(2)按m(保护胶体溶液)︰m(色漆)=1︰1的配比,在低速搅拌下将色漆缓慢加入保护胶体溶液中,可用筛网孔径大小及色漆流量快慢控制彩粒成型大小,低剪切低速搅拌均匀即可。
1.3.5 水性多彩涂料的合成
(1)水性多彩涂料的参考配方见表3。

(2)制备工艺:先将水加入搅拌罐内,中速搅拌下加入分散剂、丙二醇、成膜助剂、乳液、消泡剂、增稠剂,搅拌混合均匀后变低速,加入几种彩粒组分,混合均匀。

1.4 纳米光能自洁罩面清漆的制备
(1)纳米超亲水性光能罩面清漆的参考配方见表4。

(2)制备工艺:按配方原料称量,将水加入搅拌罐内,搅拌下加入纳米TiO2水浆,分散均匀后依次加入乳液、成膜助剂等助剂,中低速搅拌均匀。

2 结果与讨论
2.1 基料对水性多彩涂料性能的影响
基料是构成涂料形成连续性立体网状结构涂膜的主要物质,是决定涂膜物化性能的关键材料。用于水性多彩涂料的基料可以是苯丙、纯丙、硅丙、氟硅乳液,本文选用纯丙乳液作基础漆的成膜物,使制备的彩色颗粒涂膜具有优良的柔韧性、保色性、耐候耐久性等优点;选用弹性硅丙乳液作水性多彩涂料的基料,使涂膜具有优良的机械强度和断裂延伸率,保持良好的防水、防沾污和耐候性。在制备色浆时加入10%的乳液,是为了保证色浆在彩粒中的稳定性和在涂膜中的抗性;在基础漆配方中,乳液的用量以40%~60%为好,如果纯丙乳液用量过低则基础漆的固含量太低,涂膜的柔韧性、物化性能太差;在多彩涂料成品配方中,弹性硅丙乳液的用量以35%~40%为好,如果乳液用量过少,则涂膜的弹性不好,综合性能降低。

2.2 保护胶对彩粒稳定性的影响
保护胶的种类和凝胶溶液的浓度对多彩涂料的彩粒稳定性至关重要。为了使一定形状与大小的彩粒在涂料体系中保持长期稳定,达到不粘连、不破碎、不混色,就必须选用与涂料体系相匹配的离子型保护胶。本文选用阴离子凝胶剂,如蒙脱石、离子型膨润土(硅酸镁/锂盐)等。其作用机理是:硅酸镁/锂盐虽然不溶于水,但在水中其片层剥离分散,形成无色透明的凝胶液,它能在已分散的色漆颗粒表面形成一层具有柔软性、可塑性、润滑性的保护膜。由于片层表面带有负电荷,而边缘带有正电荷,当在凝胶浓度较高、高离子强度时,片层表面的双电层被压缩,片层之间的排斥力减弱,而表面和边缘之间的相反电荷的静电相互吸引,导致形成“两边连两面”的结构,当这个结构贯穿整个体系时,就生成了一个相连的三维网络凝胶体。在相同的剪切速率下,当凝胶浓度低时,形成的彩粒比较小,也比较软;反之当凝胶浓度高时,形成的彩粒比较大,也比较硬,贮存稳定性更好。

2.3 助剂的选择
2.3.1 分散剂的选择
在水性色浆的制备中,分散剂的选择和添加量,除了考虑颜料的分散细度外,还要考虑对凝胶液后增稠的控制,此时黏度上升的主要因素为反离子作用。作为炭黑、酞菁蓝、有机红、有机黄等颜料的分散剂,应选用非离子嵌段共聚物分散剂,如H3275;作为钛白粉、氧化铁系颜料的分散剂,应选用非离子型分散剂,如H1080。为了使彩色颗粒在涂料体系中长期稳定,在上述色浆中还应加入适量阴离子型稳定剂,如H3204保护分散剂。在基础漆中,分散剂选用H3204,旨在保护彩粒长期稳定悬浮,避免基础漆过度凝胶及后增稠。其用量对彩粒絮凝、颗粒大小及悬浮稳定性起重要作用。当用量达到0.5%时,可有效地防止水性多彩涂料在贮存期间黏度上升,避免施工过程中彩料破碎和发花。

2.3.2 悬浮增塑剂的选择
为了调整色浆和基础漆的黏度,提高颜填料的悬浮性、塑性,需要选择增稠剂,如纤维素醚、膨润土、缔合型增稠剂等。本文选择强假塑性无溶剂缔合型增稠剂DSX3290,当其用量为0.5%~ 1%时,可使水性多彩涂料具有优良的悬浮、触变性。

2.3.3 消泡剂的选择
水性多彩涂料的低剪切黏度较高,PVC较低,喷涂施工时引气量较高,涂料体系中的气泡难以消除,需要选择高效脱气抑泡剂。乳胶漆常用的矿物油基消泡剂对多彩涂料的稳定性有潜在负面影响,应选择长效抑泡剂A36,有助于及时脱除体系中的细泡。
2.4 纳米光能自洁罩面清漆的作用
以弹性硅丙乳液为基料制备的水性多彩涂料,其涂膜的耐沾污性虽然达到了18%,但仍嫌偏高。以纯丙乳液为基料、以纳米TiO2光触媒水浆为添加剂制备的罩面清漆,涂膜无色透明、耐老化、高自洁,用其在水性多彩涂料涂层上复涂罩面,涂层表面的耐沾污性可由原来的18%下降到8%。其机理是:纳米TiO2具有光活化性能,罩面涂层表面富集的TiO2分子,在紫外光的催化、空气中水分的存在情况下,纳米TiO2产生电子一空穴对,具有极强的氧化能力,使表面的有机物产生氢氧基团,从而使表面具有超亲水性,与水的接触角为θ<10°。亲水性表面具有低带电性,与带电的浮游颗粒之间静电引力小,使其难以附着在涂膜表面;亲水性表面又具有憎油性,一些亲油污染物很难附着,即使有附着,由于纳米TiO2受光催化产生高活性氧化一还原电子对,将油性污染物氧化分解,使其失去附着力。因此纳米光能罩面漆具有长久自洁功能。

2.5 性能指标
按GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》和JG/T172-2005《弹性建筑涂料》标准对水性多彩涂料进行性能测试,结果如表5。

3 施工方法
水性多彩仿花岗岩涂料的施工体系由封闭底漆、底涂色漆、多彩花纹涂层和罩面清漆构成。封闭底漆的主要作用是封闭水泥砂浆基层的毛细孔,防止泛碱而引发涂层发花;底涂色漆是一种调色的外墙涂料,主要作用是遮盖基层和底层着色,防止多彩花纹间隔处露底发花。
水性多彩仿花岗岩涂料的常规施工体系及方法如表6。

4 结 语
水性多彩涂料,从外观看,以其斑斓多彩、活泼逼真的花纹质感,胜似天然花岗岩,具有极佳的装饰效果;从性能讲,涂层具有优异的耐水性、耐候性、耐温变性、耐沾污性及良好的力学性能和延展性,成为外墙外保温层配套的首选饰面涂料。由于其涂层薄、质量轻,对外墙外保温只有保护和装饰功能而无荷载负担,是替代天然石材作饰面层的理想材料。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注