改性胶体内墙乳胶漆的研制及其应用

1 概述
在我国,从绝对数量上来说,用量最大的建筑涂料品种是高颜料体积浓度的内墙乳胶漆。这类乳胶漆以其价格低廉和具有适当装饰功能而得到大量应用。从其性能上来说,这类乳胶漆具有较好的遮盖力、适当的耐洗刷性,大部分商品能够满足国家标准《合成树脂乳液内墙涂料》(GB/T 9756—2001)和《室内装修材料内墙涂料中有害物质限量》(GB 18582—2001)的要求。但是,这类涂料的不足之处是:①涂料的流变性差,流平性不良,涂膜的装饰效果和手感不好;②这类涂料的有些性能项目(耐洗刷和对比率等)接近标准规定的和实际需要的临界点,导致涂料的性能不稳定;③这类涂料从配方的设计原理上来说,有欠合理性。第一个问题显而易见,据认为,国产合成树脂乳液涂料与进口商品的差别主要是流变性能的差别,即装饰效果不如进口产品;第二个问题在于涂料中的乳液用量很低,在配方设计时耐洗刷性与标准相比的富余量太少,在施工稀释时加水稍微多些,可能会使涂膜干擦脱粉以及在涂料进行正常施工两道时,遮盖力不能够满足实际要求;第三个问题的原因在于,由于涂料中的基料和钛白粉类颜料的用量低,因而助剂成本在涂料综合成本中所占的比例太高,有的甚至高达35%~40%,成为涂料中各种组分成本最高的材料。由于涂料中助剂的功能只是改善涂料的性能,并不能从根本上提高涂料的档次和提高涂料的主要性能,因而成本比例太高而使涂料配方有欠合理性。

一般的说,高颜料体积浓度乳胶漆的颜、填料的总量以质量计一般在50%以上,乳液的用量很低,重质碳酸钙填料的用量很高,颜料体积浓度高于70%。由于这类乳胶漆的性能改进受到成本的严格限制,且必须具有明显的性能改善效果而又不使成本明显提高,才可能被接受和认可,因而难度大。另一方面,这种改进研究属于应用性的课题,没有“高新技术”的概念,因而从研究者的观念上来说亦难见功效,所以对这类涂料的改善性能的研究进行得并不多。但是,从实用性角度来说对这类内墙乳胶漆进行改进则有很大意义。基于这些认识,笔者一直重视对高颜料体积浓度内墙乳胶漆的性能改进研究,并研究成功改性胶体内墙乳胶漆。

改性胶体内墙乳胶漆自2005 年初在安徽、江苏和浙江等省投入应用以来,基本上达到预期改进目标,即既解决了上述高颜料体积浓度内墙乳胶漆存在的问题,又使配方成本有所降低。但是,这些问题的解决并不是一蹴而就的,而是在研究结果走出实验室后,在实际应用中对所遇到的问题进行研究,再次进行改进而逐步解决的。由于该乳胶漆的研制已在有关文献[2]中介绍,因而本文只介绍改性胶体内墙乳胶漆的研制原理和该乳胶漆在实际使用时逐步解决的一些问题。

2 改性胶体内墙乳胶漆
2.1 研制原理
作为乳胶漆中的一种低成本产品,改性胶体内墙乳胶漆的主要特点在于解决了普通内墙乳胶漆流平性不良的缺陷,因而主要是提高了涂料的流变性能,使涂膜具有好的装饰效果。此外,提高了乳胶漆的“开罐效果”,使乳胶漆表观上具有更丰满、更细腻的观感,即使得产品具有更好的商品性能。
2.1.1 乳胶漆流平性不良的原因分析
乳胶漆的流平性不良是其固有性能。乳胶漆涂装时,涂膜在干燥过程中,在失去一定的水后即失去流动性;而溶液型涂料自始至终则具有流动性。此外,乳胶漆中的聚合物颗粒粒径大(比之溶液中的分子而言),流动性差。在失水干燥过程中乳液粒子产生凝聚效应,流动更为困难。因而,乳胶漆的流动、流平性差。乳胶漆的组成也使其流平性不良,其不加增稠剂和流变助剂的乳胶漆,是聚合物的水分散体和颜、填料的水分散体的混合物。通过计算可大概得到高PVC 内墙乳胶漆中分散相的有效体积通常在46%~50%之间,因而分散体系的黏度仍很低[3],需要使用具有保水功能的纤维素醚类增稠剂和触变作用较强的碱可溶增稠剂进行增稠。为了提高增稠效果,所使用的纤维素醚的分子量较大(即黏度型号较高)。这些因素都使乳胶漆的流平性不良。
2.1.2 改性胶体内墙乳胶漆的原理
改性胶体内墙乳胶漆的基本原理在于:改性胶体一方面能够在乳液粒子和颜、填料粒子之间产生溶合作用和提高了涂料的黏度而改善乳胶漆储存过程中的抗分水性;由于改性胶体的增稠效果而减少了大分子量的水溶性增稠剂的用量;由于改性胶体本身的流动性非常好,而其在涂料中的用量又很高,足以形成能够影响涂料流动性能的胶体体系,从而赋予涂料很好的流平性;由于改性胶体本身具有抗低温凝聚性能而赋之予涂料,因而减少涂料中冻融稳定剂(乙二醇或丙二醇)的用量以及使涂料中分散剂等助剂的用量降低,使涂料的成本降低。当然,改性胶体也会给涂料带来副作用,这就是对涂料的耐水性产生不良影响。但是,由于内墙乳胶漆的耐水性要求不高,其在涂料中应用仍能够使涂料的耐水性满足国家标准要求。
虽然改性胶体有所述诸多作用,但尤以其流动性好、用量高,能够形成影响涂料流动性能的胶体体系,从而赋予涂料很好的流平性最为重要。即其最主要的功能是改善涂料的流变性,进而改善涂料的流平性和涂膜手感,而且不会提高涂料的配方成本,甚至使成本有所降低。
2.2 基本组成和性能
2.2.1 改性胶体
改性胶体的主要成分为改性聚丙烯酰胺,系使用丙烯酰胺单体,通过引发剂引发聚合而得到,在引发聚合过程中使用改性助剂对其改性,其外观为无色透明的粘稠胶体。改性胶体的基本组成和性能分别如表1 和表2 所示。


2.2.2 改性胶体内墙乳胶漆
改性胶体内墙乳胶漆的基本组成和性能分别如表3 和表4 所示。


3 改性胶体内墙乳胶漆在实际应用中的问题
3.1 实用性
改性胶体内墙乳胶漆的容器中状态好,虽然不使用超细填料,但表观很细腻、丰满;使用玻璃棒插入涂料中,提起玻璃棒后,棒上沾附的涂料能够形成很细的流束而流动一定时间。作为商品,这种好的流动性是很需要的。该乳胶漆的流平性很好,加入10%的水稀释均匀后刷涂基本上没有刷痕,涂膜手感滑腻。综合性能基本上能够达到市场上进口名牌相同档次的商品,但由于使用了改性胶体,在加水稀释的稳定性方面则有过之。由于使用自制的改性胶体,在乳胶漆性能提高的同时配方成本有所降低。因而,该乳胶漆的生产技术具有一定的技术含量。
由于我国很多生产涂料的企业同时也生产建筑胶水,生产改性胶体所使用的原材料和建筑胶水的基本相同,这种情况下从生产一般乳胶漆转为生产改性胶体内墙乳胶漆,除了改性胶体中的功能性助剂需要增加外,并不需要再增加原材料品种。同时,由于改性胶体的流动性非常好,且不会象聚乙烯醇类胶液那样具有很高的粘滞性,因而改性胶体乳胶漆在施工性方面和普通乳胶漆没有明显区别,滚涂、刷涂时没有粘滞感,并可采用喷涂施工。因而,改性胶体内墙乳胶漆除了在流平性、涂膜手感和“开罐效果”等方面比普通内墙乳胶漆有所改善以外,再没有别的差别。改性胶体内墙乳胶漆生产技术具有一定的实用性,是改善内墙乳胶漆性能的一项新技术。
3.2 改性胶体对涂料性能的不利影响
改性胶体主要是对涂料的流变性能产生改善作用,其添加量越大,这种改善效果越显著;但同时,改性胶体也会给涂料的耐水性和耐洗刷性产生不良影响,其添加量越大涂料的耐水性和耐洗刷性越差。因而在实际使用中不能只看到其有利的一面,而忽视了其副作用。例如,有的生产厂家在应用过程中为了进一步降低涂料成本而调整配方,改变涂料中许多组分的用量,并将改性胶体的添加量增大,结果导致涂料的耐水性和耐洗刷性不良。因而,改性胶体的用量必须适当。
3.3 改性胶体的质量影响改性效果
改性胶体合成技术作为涂料生产技术的一部分,由涂料生产企业自己生产。该胶体是采用丙烯酰胺加引发剂引发聚合而得到的改性聚丙烯酰胺胶体溶液。丙烯酰胺聚合时的温度、引发剂的用量和聚合时间的不同,所得到的改性胶体的性能不同,并进而影响涂料性能。因而,改性胶体生产时必须严格按照生产配方和聚合工艺的要求进行。此外,为了提高改性胶体的性能,在其配方中使用了多种改性助剂。这些助剂的使用和用量显著影响改性胶体的性能,并进而影响乳胶漆的性能。这些助剂的用量小,生产时必须准确计量。研究中发现,使用市售的普通聚丙烯酰胺所得到的水溶液不但不能改善涂料的性能,还会严重影响涂料的性能。
3.4 涂料干燥时间的调整
干燥时间会对涂料性能产生影响,涂料干燥得太快,影响涂料的流平性和涂膜的装饰效果。因而,虽然从涂料的黏度调整来说,使用改性胶体即已足够,但仍需要使用少量保水性能良好的纤维素醚类增稠剂,以使涂料具有适当的干燥时间。实际应用中也曾发生过取消配方中纤维素醚类增稠剂,但由于涂料干燥太快,反而得不到好的效果。当然,使用乙二醇也能够延长涂料的干燥时间,但一是成本提高得多,二是增加涂料的VOC 含量。

4 结论
①改性胶体内墙乳胶漆是根据市场需要,针对普通乳胶漆流平性不良、助剂用量大而研制的内墙乳胶漆新品种,经过一段时间的实际应用,总体上具有比较满意的性能。虽然出现一些问题,但都得到很好的解决。
②改性胶体内墙乳胶漆在实际中产生的问题,主要与改性胶体的用量不当或改性胶体本身的质量有关。改性胶体用量太高时会使乳胶漆的耐水性受到严重影响。因而,必须重视改性胶体的生产和质量控制。
③使用市售的普通聚丙烯酰胺水溶液进行乳胶漆的改性并不能够得到好的效果,还会使性能受到严重影响。因而应注意丙烯酰胺聚合时改性助剂的使用,同时必须严格按照生产配方和聚合工艺进行改性胶体的生产。
④使用改性胶体对内墙乳胶漆进行改性,为改善内墙乳胶漆的性能增添了一个良好的新途径。除了笔者发表的文章外,该类新技术至今尚未见报道,因而在国内外都具有首创性。

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