颜料色浆的选择对外墙涂料耐候性的影响

颜料色浆的选择对外墙涂料耐候性的影响

□ 陈明毅1,陈炳耀1,陈树云1,钟顺玉2,李小琳2
(1.广东三和化工科技有限公司,广东中山 528429;2.佛山夫田涂料化工有限公司,广东佛山 528325)

0 前 言
外墙涂料需要具有较高的耐候性才能适应当前建筑装饰发展的需求,而涂料的耐候保色性是涂料各项性能的集中表现,这不仅与色浆中颜料的耐光,耐候性有关,而且与色浆的选用以及基础漆的配方有关,如何选用外墙颜料色浆,怎样设计好外墙色漆配方是提高涂膜的装饰性能和保色性能的关键。

1 试验部分
1.1 调色基础漆基本配方(见表1)

1.2 性能测试
技术指标及性能检测按GB/T 9755-2001。
1.3 色浆的检测方法
1.3.1 色浆的耐光性、耐候性
色浆的耐光耐候性的测试是通过户外曝晒(如美国的佛罗里达、我国的吐鲁番都有曝晒场等),但实际户外曝晒时间太长,现在一般色浆性能检测大多是通过仪器设备模拟测试。耐光性:采用氙灯光源差,8级为最好(另已通过测色软件评定);耐候性:使用户外丙稀酸乳液做成1/25I S D标准色样来进行曝晒。采用ATLAS人工老化仪曝晒500 h,使用分光光度计进行色差评级,1级为最差,5级为最好(另已通过测色软件评定)。
1.3.2 色浆的耐化学介质性
水性色浆的耐化学介质主要是耐酸、耐碱性,即耐化学迁移性。该性能基本上取决于颜料本身,在户外用色浆中必须考虑这一因素。一般水性涂料也是要求耐酸耐碱,不要求耐有机溶剂和其他化学品。将色浆烘干(105 ℃)置于1%的硫酸和2.5%的氢氧化钠溶液中24 h后取出、洗涤来测定其耐酸、耐碱性。根据渗色和颜色的变化,依据5级标准来评定,达到5级表明耐酸、耐碱性优异,1级表明耐酸、耐碱性极差。
2 结果与讨论
2.1 色浆的类别对耐候性的影响
色浆的选用是外墙涂料确保色泽长时间一致性的最为重要的因素,外墙用有色涂料的保色耐候性除了乳液的种类和用量、颜基比、钛白粉及填料的品种和用量以及涂料添加剂的选择和用量外,色浆本身的耐光耐候性、耐温变性和耐化学介质性是关键。而色浆自身的这些性能,主要取决于颜料的结构和表面处理。一般来说,无机颜料在以上性能都优越于有机颜料,只是色泽不如有机颜料鲜艳明亮,着色力比较低,但无机颜料是靠整个分子发色,故其颜色的耐光耐候性、耐温变是很好的。传统的有机颜料在这一性能上与无机颜料有很大的差异,而铜酞菁系列(蓝、绿)以及现代高分子的有机颜料(二酮吡咯-吡咯红DP P、喹丫啶酮橙黄、蒽醌杂环结构类A3B等)有着优异的耐光耐候性、耐温变性和耐化学介质性及迁移性,基本上可以与无机颜料相媲美。但是,由于有机颜料是靠发色基团来发色,故性能直接受发色基团结构的影响。若发色基团结构中化学键键能大、极性高则化学惰性好,相应的物化性能稳定,耐光耐候性自然也就优异。而色浆是对无机和高档有机颜料再一次进行表面包裹处理,使其不仅使用方便,污染小,更重要的是使其展色性能和耐光耐候性等方面有很大提高。
2.2 色浆的组合在耐候性中的区别
外墙涂料对颜色的保色性要求相当严格,因此在选用色浆时尤其要注意色浆的耐光耐候性和耐酸碱性。在相容性、着色力、遮盖力及储存稳定性良好的前提下,色浆的互配性也是至关重要的。应尽可能地选择耐光耐候性等性能优越的单色色浆配色,但事实上往往都是复合色,因此最好遵循无机与无机、有机与有机或耐光耐候性能接近(1/25S T冲淡,耐光性应在7~8级或8级,耐候性应在4~5级或5级)为原则,这样,才能确保户外的保色性,才能避免因着色色浆耐候性能明显差异,导致时间长引起褪色或颜色不均匀而发花等涂膜缺陷。
2.3 颜料色浆的性能指标及对涂料的影响
2.3.1 耐光性耐候性颜料在光的作用下颜色会不同程度产生一定变化
无机颜料长期在阳光照射下其颜色将逐渐变暗,有些颜料在紫外线的作用下还会产生粉化现象。外墙涂料应当选用耐光耐候性好的颜料,一般耐光性大于7~8级(8级最好),耐候性大于4~5级(5级最好)。无机颜料如氧化铁系的耐光性一般都很好,对应颜色的涂料保色性很好;有机颜料相对要比无机颜料差,而且价格要高很多。有机颜料的耐光性越高,价格越高,耐光性每差一级,价格和耐候保色性会有很大差别,耐光性≤6,耐候性≤3时,价格会相差4倍以上。
以下色浆加入到表1的白色基础漆中添加量为0.5%时,天然曝晒12个月和人工老化250 h后涂膜均不起泡,不剥落,变色为1级(单偶氮红为2级) ,粉化为0级,涂膜老化性能符合GB / T9755—2001。氧化铁系色浆和炭黑色浆加入白色乳胶漆中,天然曝晒12月后色差变化减少,表明这些色浆耐晒性优于金红石型二氧化钛,可以在外墙乳胶漆中使用。有机颜料组成的酞菁蓝、D P P红和单偶氮黄色浆加入白色乳胶漆中,天然曝晒12月色差变化大于白色乳胶漆,因此这些色浆在乳胶漆中应谨慎使用。而单偶氮红色浆配成的浅红色漆,12个月的色差变化为14.80,远远大于白色乳胶漆,可见它不适于应用在浅色乳胶漆中。
以下色浆加入到表1的白色基础漆中添加量为0.5%时,经曝晒3 a后ΔE值的变化(见表2)。


从表3和图1可以看出:同一种颜色用不同复合色浆搭配对耐候性影响各异,各个厂家因其采用的色粉及助剂不同对耐候性影响各异,色浆中的润湿和分散助剂不仅对颜料、填料进行解絮凝,而且对整个体系进行润湿分散控制。涂料中润湿分散剂过量或选择不当,不仅成本高,达不到解絮凝的目的和分散体的稳定性,反而使得涂料的耐水性、保色耐候性等会降低。而色浆自身的这些性能,主要取决于颜料的结构和表面处理。
2.3.2 两种体系的混合及可能出现的问题
由于色浆在乳胶漆中的使用是两种分散体系的混合,色浆中的着色物质——颜料在表面活性剂A的作用下,分散在水中。表面活性剂的性能,数量决定了颜料的分散程度、含量及稳定性。而乳胶漆中的成膜物质(树脂)在表面活性剂B的作用下分散在水中,表面活性剂的性质、数量决定了乳胶漆的平均粒度、光泽及稳定性。色浆所用的分散剂种类不配伍则会出现分散剂相互反应、破乳。制作色浆时使用的分散剂数量不够,则会导致系统稳定性差。色浆中所用的分散剂数量过多,则会使涂膜耐水性、干燥性能差。颜料发生凝聚,将导致着色力下降、色相变化、遮盖力下降、光泽下降、流动性差、流平性差。
2.4 颜料色浆粒径对着色力或遮盖力的影响(见图2)

2.5 外墙涂料配方的设计与色浆的搭配
乳胶漆用颜填料的品种及配比、乳液的种类及用量、钛白粉的类别及含量和其他添加剂等诸多因素都会影响乳胶漆的耐候耐光性。
(1)碱性过重的填料和容易粉化的填料在外墙乳胶漆中不宜选用;
(2)一般情况乳液和钛白粉的含量越高,P V C浓度越低,乳胶漆的保色性越好;
(3)对于外墙乳胶漆的配方不变情况下,同一种着色浆深色的涂料耐候耐光性好;
(4)做特别深色外墙时,选定色浆后,应适当减少涂料中白色颜料的含量,增加乳液量,降低色浆的添加量。但应涂料的遮盖力(避免较大量增加基础漆的PVC浓度,又可以降低成本)。
2.6 墙面基材酸碱性对保色性的影响
水性色浆稳定的理想pH值在6.5~10。注意施工墙面的碱性强弱,碱性太强则色浆易褪色,最明显的现象是刷过乳胶漆的墙面泛碱、咬色、发白。
有条件时应对涂装墙面的碱性强弱进行测试,如碱性太强应先对墙面进行处理方可施工(可用5%~10%的草酸溶液清洗)。
施工墙体必须清洁、干燥、无油,且p H值不大于10,含水率小于15%。

3 结 语
外墙色漆的耐候性是由调色基础漆及颜料色浆共同决定的;色浆的耐候性是由颜料的化学结构、颜料粒子的粒径大小等因素决定的;色漆配方的合理性对色漆的耐候性产生重大影响,不同的色浆组合对调同样的颜色耐候性也不一样,正确的施工方法同样能保证外墙涂装体系的耐候性。

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