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水包水多彩仿石涂料的配方与研究

文章出处:发布时间:2018-04-14 11:42:46
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水包水多彩仿石涂料是在水性基础漆中混入液体或胶化的两种以上不同颜色、大小和形状各异的带色微粒,形成的一种复合悬浮分散体系,又称液态花岗岩,具有装饰性强、绿色环保、施工简便等优点,应用前景非常广阔。重点探讨了影响基础漆和成品漆性能及稳定性的诸多因素,如 :保护胶溶液、乳液、羟乙基纤维素、色浆等。通过配方调整与优化,并对所制备仿石涂料进行检测与评价,最终制备出综合性能优异的水包水多彩仿石涂料。


1   实验部分

1.1   原材料

苯丙乳液(BLJ-818)、纯丙乳液(BLJ-9468),上海保立佳化工有限公司 ;丙烯酸酯乳液(RS-320)、纯丙乳液(RS-733)、硅丙乳液(RS-996AD),上海巴德富实业有限公司 ;保护胶S-482、LR-560、RT-1,市售品 ;金红石型钛白粉,江苏镇钛化工有限公司 ;重质碳酸钙、煅烧高岭土、超细硅酸铝,广西桂林宏泰超微粉厂;羟乙基纤维素,市售品;各类涂料助剂,市售品 ;水性色浆,苏州世名科技股份有限公司。

1.2   仪器设备

SDF-400高速分散机,上海微特电机有限公司 ;Nicolet-6700傅立叶红外光谱仪,美国热电科技仪器有限公司 ;ARL Advant’X 3600 X射线荧光光谱仪,赛默飞世尔科技公司 ;Nano-ZS90 Zeta电位分析仪,英国马尔文仪器有限公司 ;UV-3600紫外可见近红外分光光度计,日本岛津公司 ;STM-Ⅲ斯托默黏度计,天津市中亚材料试验机厂 ;W-77水包水仿石涂料专用喷枪,上海岩田实业有限公司。


2   结果与讨论

2.1   保护胶溶液对体系稳定性的影响

选取市售的三种不同型号的特质黏土(S-482、LR-560、RT-1)为保护胶,主要成分均为人工合成硅酸镁锂。图1为三种保护胶的红外谱图,3 450 cm-1附近处为水分子的不对称伸缩振动峰 ;1 640 cm-1附近处为水分子的弯曲振动峰,说明合成的硅酸镁锂层间含有部分水分子 ;1 010 cm-1附近处为Si—O—Si的不对称伸缩振动峰 ;669 cm-1、655 cm-1附近处分别为Mg—OH与Li—OH的弯曲振动峰 ;464 cm-1附近处为Si—O—Mg的变形振动峰。

  保护胶的红外光谱图

三种保护胶的XRF(X射线荧光光谱分析)数据见表1。

三种保护胶的XRF数据


保护胶溶液是胶体分散体系,其稳定性可用Zeta电位来评估。Zeta电位的正负表示胶粒所带电荷的种类,即“+”表示胶粒带有正电荷 ;“-”表示胶粒带有负电荷。Zeta电位的绝对值越大,胶粒抵抗聚集的能力越强,体系越稳定 ;反之,Zeta电位的绝对值越小,胶粒越容易聚集,体系稳定性越差。以LR-560为例制备不同浓度的水溶液,用电位分析仪测定其Zeta电位,结果见图2。

 LR-560的浓度对体系稳定性的影响

由图2可见 :保护胶LR-560浓度在2%~5%范围内,Zeta电位的绝对值随溶液浓度的升高而升高,体系稳定性增强 ;浓度在4%~6%之间,Zeta电位的绝对值相对较高,体系稳定性较好;浓度超过6%时,Zeta电位的绝对值相对较低,体系稳定性较差。因此,以LR-560制备保护胶溶液时,保护胶溶液浓度以4%~6%为宜。

2.2   乳液对基础漆性能的影响

乳液是水包水多彩仿石涂料基础漆中的关键组分之一,它关系到成品漆的稳定性以及成膜后彩粒的基本性能。由于多数乳液中的乳化剂或官能团会被保护胶吸附或发生反应,致使以下情况发生 :①基础漆中保护胶和乳液反应,引起彩粒逐渐膨胀,导致彩粒批次稳定性变差 ;②破坏柔性保护膜,导致渗色、混色 ;③乳液与保护胶溶液兼容性差,致使漆膜遇水起泡、发白,影响装饰效果。因此,选择与保护胶溶液兼容且稳定性良好的乳液,对于基础漆以及成品漆的稳定性及其它性能非常关键。本研究选取了几种乳液,探究了其对体系稳定性的影响,结果如图3所示。以不同乳液制备多彩仿石涂料基础漆,将基础漆加入保护胶溶液中分散成粒,形成彩粒悬浮液,静置一定时间后取出上层液体(即保护胶溶液),用UV-3600紫外可见近红外分光光度计测定其可见光区的吸光度,以此来表示彩粒的渗色程度。吸光度越低,说明形成的彩粒越稳定,渗色程度越低;反之,彩粒稳定性越差。

各种乳液对基础漆稳定性的影响

由图3可见 :使用苯丙乳液 BLJ-818时,吸光度很大,防渗色能力很差 ;当使用弹性乳液时,吸光度相对较小,防渗色能力较好 ;同时,三种弹性乳液对于稳定体系的能力依次为 :RS-733>BLJ-9468>RS-320。其中,RS-733是一种采用无皂聚合工艺合成的纯丙烯酸酯聚合乳液,试验证明其与保护胶溶液兼容性较好,具有较佳的耐水性和耐候性。因此,基础漆选用RS-733弹性乳液作为成膜物质。


2.3   羟乙基纤维素对体系的影响

羟乙基纤维素(HEC)是一种产量较大、应用非常广泛的水溶性纤维素醚,溶于水中可形成胶体,胶液黏度随其聚合度的增加而增大。HEC 可作为水性涂料的增稠剂,其增稠机理为 :当HEC加入到水性涂料中,能吸收大量的水,由于氢键作用使得HEC水合能力很强,自身体积迅速膨胀,同时大分子链间相互缠绕,从而起到增稠效果。HEC的保水能力非常好,但在酶的作用下易发生降解,水溶液黏度会大大降低。HEC是仿石涂料基础漆的关键组分之一,其主要作用为 :①与保护胶溶液反应形成柔性保护膜,稳定多彩漆彩粒 ;②提供造粒时所需的高黏度基础色漆。HEC的用量对基础漆黏度的影响见图4。


HEC的用量对基础漆黏度的影响

由图4可见 :随着HEC用量的增加,基础漆黏度逐渐增大。实验中发现:当HEC用量低于0.8%时,彩粒呈薄片状,出现渗色的可能性很高 ;当HEC用量高于0.8%时,彩粒比较饱满、厚实,防渗色能力较强。然而,HEC抗生物降解性差,容易发生酶解。当HEC含量过高(≥1.2%)时,涂料很可能在贮存期内变质发臭。因此,建议HEC的用量为0.8%~1.2%,并可通过添加其它增稠剂或保护胶溶液来调节体系黏度,同时改善彩粒的状态以及增强其防渗色能力。

2.4   色浆对体系性能的影响

水性色浆是指色彩各异的有机或无机颜料在水和多种表面活性剂的作用下,形成的均匀、稳定、着色能力强的颜料浆体。它赋予了水包水多彩仿石涂料丰富的色彩与逼真的仿真程度。水性色浆通常包括无机铁系(铁红、铁黄、铁黑等)色浆、有机酞菁系列(酞菁蓝、酞菁绿)色浆及有机高分子聚合物颜料(主要为苯并咪唑酮类与咔唑 嗪类)色浆。在普通水性乳胶漆中,通常无机色浆的添加量低于5%,有机色浆的添加量低于3%。

本研究考察了不同种类色浆对体系稳定性的影响以及色浆不同添加量对彩粒渗色性能的影响。选取世名色浆中的铁红、铁黄、铁黑、酞菁绿和橙红五种色浆,探究了其与水包水多彩仿石涂料体系的相容性,静置贮存时间为一周,经超声波混合后,取上层液体测其吸光度,结果如图5和图6所示。


无机色浆对体系的影响

有机色浆对体系的影响

由图5、6可见 :无机色浆的防渗色能力优于有机色浆 ;无机色浆中铁黑的防渗色能力最强,其次是铁黄,铁红的防渗色能力较差 ;而使用有机色浆调色均出现较为严重的渗色现象,相比之下,酞菁绿色浆的防渗色性要好于橙红色浆。

以铁黄色浆探究色浆不同添加量对彩粒渗色性能的影响,实验发现 :铁黄色浆用量低于2%时,不易出现渗色 ;其用量高于3%时,容易出现渗色,且随着色浆用量的增加渗色现象越严重。因此,基础漆调色应尽量选择无机色浆,色浆用量应越少越好。

2.5   水包水多彩仿石涂料的优化配方与性能检测

通过对水包水多彩仿石涂料各组分中不同成分对体系性能影响的研究,最终确定出本研究的优化配方(见表2与表3)。将多彩仿石涂料基础漆分为几份,分别调色并造粒,将调色基础漆、保护胶溶液及包覆乳液按照约为1∶1∶1的比例进行调配,即可得到最终的水包水多彩仿石涂料。

多彩基础漆的优化配方

包覆乳液的优化配方

按HG/T 4343—2012《水性多彩建筑涂料》中“外用水性多彩建筑涂料技术要求”中的相关规定对优化配方进行检测与评价,结果见表4。

包水多彩仿石涂料的性能指标

采用多彩仿石涂料专用喷枪进行样板喷涂试验,经充分干燥,多彩仿石涂料的样板照片与表面显微结构图分别见图7与图8。

多彩仿石涂料样板照片  多彩仿石涂料表面显微结构图

3   结语

(1) 研究表明 :以LR-560作为保护胶时,保护胶溶液的最佳浓度为4%~6%。

(2) 多彩仿石涂料基础漆乳液应选用与保护胶溶液兼容性良好的RS-733弹性乳液。

(3) 多彩仿石涂料基础漆中HEC的添加量应为0.8%~1.2%。

(4) 基础漆调色应尽量选择无机铁系色浆,且添加量应低于2%。




以上内容由德铭威建材科技有限公司收集整理,仅供参考,具体配方欢迎前来培训。






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