水性多彩涂料运输稳定性评价方法

0 引言
水性多彩涂料应用了创新的胶体技术,是一种新型的环保建筑涂料。该涂料通过喷涂等施工工艺一次施涂,可获得仿花岗岩、大理石、壁纸等外观装饰效果。水性多彩涂料的发展满足了建筑外观设计趋向个性化的需求,是目前最具增长潜力的建筑涂料品种之一。水性多彩涂料是将水性着色胶体颗粒分散于以成膜物质(合成树脂乳液等)、颜填料、助剂等组成的水性体系中的水包水型涂料。由于其分散相和连续相均为水性体系_1],两相有亲和的趋势,在长期贮存,或外界温度、搅拌等因素影响下,分散相和连续相之间容易出现互溶、渗色现象,影响最终的外观图案,因此水性多彩涂料的稳定性是各项质量指标中最关键的性能。对于水性多彩涂料的稳定性,涂料生产企业主要检验热贮存稳定性和低温稳定性2个项目,但是在实际生产和应用过程中,通过以上2个项目检验的产品,在某些运输条件下也可能出现稳定性失效的情况。目前,国内外均没有在实验室模拟水性多彩涂料在实际运输条件下的稳定性的试验方法。国外一些企业采用实际运输的方法进行试验;国内大部分企业尚未意识到运输稳定性的重要性,已经有企业因产品运输稳定性问题遭受了惨痛的经济损失。

1 影响水性多彩涂料运输稳定性的主要因素
运输分为陆运、海运、空运,其中陆运中的公路运输条件最为恶劣[2],目前相关包装运输试验方法标准(如GB/T 4857包装运输系列标准)主要通过模拟公路运输条件,如车辆行驶过程中振动、雨淋等,搬运过程中冲击、碰撞等情况,测试包装对内装物的保护能力和货物强度等。传统涂料是单相、单色均一性的产品,运输过程中振动、冲击、碰撞等对其稳定性影响较小。而对于水性多彩涂料,运输过程中车辆的振动、加速、刹车等引起的液体晃动相当于对其进行机械搅拌,夏季高温环境相当于进行热贮存试验,而机械搅拌和高温是影响水性多彩涂料中水性着色胶体颗粒保持分散、稳定的主要因素,运输过程中的其它因素,如雨淋、搬运过程中对包装桶短暂冲击、碰撞等对其稳定性基本没有影响。在已经出现稳定性问题的案例中,有产品分别进行热贮存稳定性和机械搅拌试验,均没有问题,但在夏天炎热环境下经过300多公里运输后,分散介质中出现了明显的渗色现象,说明运输过程中引起的液体晃动和高温环境的共同作用对水性多彩涂料稳定性的破坏作用最强。

2 实验部分
2.1 评价方法设计思路
采用实际运输的方法评价水性多彩涂料的稳定性容易受地域、季节限制,难以在最恶劣的条件下进行试验,不便操作。包装运输行业常用的模拟汽车运输试验台等设备虽然能很好地模拟出汽车在道路上行驶的状况,但设备价格高,且不能模拟高温环境。恒温振荡水浴槽是普及率很高的实验室常用设备,具备振荡和控温功能,能同时模拟影响水性多彩涂料稳定性的液体晃动和高温环境2个主要因素。利用恒温振荡水浴槽模拟运输过程的方法具有成本低、便于操作的优势。
2.2 设备
SW22恒温振荡水浴槽:振荡方式为往复式;振荡频率为20~200 r/min;振幅为15 mm;工作温度范围为25—100 ;温度稳定性为±0.2 ;可用深度为18 cm。
2.3 材料
塑料瓶:约350 mL,直径约7.5 cm,带密封盖。水性多彩涂料样品:收集了国内外生产企业的水性多彩涂料样品8个,编号1# ~8# ,其中7 样品为某企业按照以前夏季高温下运输稳定性出过问题的配方制作的样品,8# 样品为该企业经过配方改进,经过实际运输检验的样品。试验前1# ~8 #样品均正常。
2.4 试验参数的确定
2.4.1 温度
行业中进行热贮存稳定性试验的温度均采用(50±2)℃的条件,本试验设置的温度为50 。企业进行试验时可根据实际运输区域的气候情况进行调整。
2.4.2 振荡频率
包装运输件振荡试验国家标准(GB/T 4857.7—2005~ ])中采用振动台进行振荡试验,其起始振荡频率为2 Hz,并逐步提高直到试验样品即将与试验台分离。经过单位换算,2 Hz相当于120 r/min。参考以上振荡频率,进行了调整振荡频率试验。经过实际观察,当SW22恒温振荡水浴槽的振荡频率为130 r/min时,水性多彩涂料在塑料瓶内晃动程度略高于平整道路上运输时产品在包装桶内的晃动。经过与一些国内外技术人员的交流,均认为振荡频率为130 r/min比较合适。
2.4-3 振幅
恒温振荡水浴槽的振幅也会影响到样品的晃动幅度,同样的振荡频率,振幅越大,样品晃动得越厉害。本方法中所用SW22恒温振荡水浴槽的振幅为l5 mm 。
2.4.4 样品数量
根据SW22恒温振荡水浴槽的容积,采用350 mL塑料瓶装试样比较合适,为防止试验过程中样品在加温和振荡时溢出,以装满塑料瓶的80% 为宜,样品量约280 mL。
2.4.5 试样瓶放置位置
经过比对试验,试样瓶放置在恒温振荡水浴槽的两端和中间位置,样品的振荡情况没有区别,稳定性试验结果也相同,因此试验时对试样瓶在恒温振荡水浴槽中的放置位置不作限定。
2.4.6 水位
为了使试样加温均匀,恒温振荡水浴槽中水位应接近塑料瓶中水性多彩涂料的液位。
2.4.7 试验时间
大多数企业的产品运输时间在2 d内,本方法试验时间采用48 h。根据经验,经过48 h振荡即能区分绝大多数产品稳定性的优劣。企业也可按照实际运输时间的2倍进行试验,这样保险系数更大。
2.5 试验步骤
将样品按规定 昆匀后装入350 mL塑料瓶中,每个塑料瓶装入约280 mL样品,盖紧密封盖。将恒温水浴振荡槽水温加热到50%,振荡频率设置为130 r/min。将装好样品的塑料瓶放人恒温水浴振荡槽中并固定,调整恒温水浴振荡槽的水位与瓶内样品液面接近。启动恒温水浴振荡槽的振荡功能,连续试验48 h。试验结束后,立即取出塑料瓶并冷却至室温。
2.6 结果检查
打开塑料瓶,用玻璃棒搅拌水性多彩涂料,将振荡试验前后的样品涂抹在白纸上进行比对观察,并喷涂制板比对涂膜外观。如果样品没有絮凝、结块、分散介质中无渗色等异常现象,且涂膜的颜色、花纹等无明显差异,则评为“通过”。有一部分样品经过振荡试验后黏度可能有所增加,可以调整黏度后进行结果检查。
2.7 试验结果
l# ~8# 样品按本方法进行的稳定性试验结果和向企业了解的实际运输结果见表1。
表1 运输稳定性试验结果

2.8 结果分析
2 #~8# 样品稳定性试验结果和实际运输结果完全一致,并且区分出了夏季高温下运输稳定性出过问题的样品,说明本方法是有效的;1 样品在常温运输过程中没有出现稳定性问题,经过本评价方法试验后出现轻微渗色现象,说明该样品如果在夏季高温下进行长途运输,稳定性出问题的可能性非常大。

3 结语
(1)水性多彩涂料技术已经比较成熟,单纯提高稳定性很容易达到,但同时施工性能可能会下降,在设计配方时需要平衡稳定性和施工性,本方法用于水性多彩涂料技术的配方筛选非常适合。
(2)由于各企业运输的路程、路况、车况、环境等不同,有些企业就近销售或只销售用水性多彩涂料装饰的保温板等,不需要运输,因此本方法不宜作为统一的试验标准。
(3)本方法按照较平整的道路设计,如果产品运输的车况、道路等比较恶劣应根据实际情况增加恒温水浴振荡槽的振荡频率。
(4)有企业在夏季高温运输时测量了塑料包装桶内水性多彩涂料的温度,测出的最高温度在70ºC左右,实际极端温度有可能更高。试验温度应根据实际运输的最高温度进行相应调整。
(5)恒温水浴振荡槽振幅多数在10~40 mm范围内,如果企业现有设备振幅与本方法不同,可调整振荡频率,原则是调整到样品的晃动程度比实际运输时液体的晃动程度略高。

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