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水包水多彩仿石涂料的制備與研究,采用“纖維素醚-特質黏土凝膠法”制備水包水多彩仿石涂料
2019年11月22日    閱讀量:683    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

葉云飛,常學貴,宋云娟(常州建筑科學研究院,江蘇尼高科技有限公司,江蘇常州  213144)


0   引言

水包水多彩仿石涂料是在水性基礎漆中混入液體或膠化的兩種以上不同顏色、大小和形狀各異的帶色微粒,形成的一種復合懸浮分散體系,又稱液態花崗巖,具有裝飾性強、綠色環保、施工簡便等優點,應用前景非常廣闊。重點探討了影響基礎漆和成品漆性能及穩定性的諸多因素,如 :保護膠溶液、乳液、羥乙基纖維素、色漿等。通過配方調整與優化,并對所制備仿石涂料進行檢測與評價,最終制備出綜合性能優異的水包水多彩仿石涂料涂料在線coatingol.com

 

1   實驗部分

1.1   原材料

苯丙乳液(BLJ-818)、純丙乳液(BLJ-9468),上海保立佳化工有限公司 ;丙烯酸酯乳液(RS-320)、純丙乳液(RS-733)、硅丙乳液(RS-996AD),上海巴德富實業有限公司 ;保護膠S-482、LR-560、RT-1,市售品 ;金紅石型鈦白粉,江蘇鎮鈦化工有限公司 ;重質碳酸鈣、煅燒高嶺土、超細硅酸鋁,廣西桂林宏泰超微粉廠;羥乙基纖維素,市售品;各類涂料助劑,市售品 ;水性色漿,蘇州世名科技股份有限公司。

1.2   儀器設備

SDF-400高速分散機,上海微特電機有限公司 ;Nicolet-6700傅立葉紅外光譜儀,美國熱電科技儀器有限公司 ;ARL Advant’X 3600 X射線熒光光譜儀,賽默飛世爾科技公司 ;Nano-ZS90 Zeta電位分析儀,英國馬爾文儀器有限公司 ;UV-3600紫外可見近紅外分光光度計,日本島津公司 ;STM-Ⅲ斯托默黏度計,天津市中亞材料試驗機廠 ;W-77水包水仿石涂料專用噴槍,上海巖田實業有限公司。

 

2   結果與討論

2.1   保護膠溶液對體系穩定性的影響

選取市售的三種不同型號的特質黏土(S-482、LR-560、RT-1)為保護膠,主要成分均為人工合成硅酸鎂鋰。圖1為三種保護膠的紅外譜圖,3 450 cm-1附近處為水分子的不對稱伸縮振動峰 ;1 640 cm-1附近處為水分子的彎曲振動峰,說明合成的硅酸鎂鋰層間含有部分水分子 ;1 010 cm-1附近處為Si—O—Si的不對稱伸縮振動峰 ;669 cm-1、655 cm-1附近處分別為Mg—OH與Li—OH的彎曲振動峰 ;464 cm-1附近處為Si—O—Mg的變形振動峰。

  保護膠的紅外光譜圖

三種保護膠的XRF(X射線熒光光譜分析)數據見表1。

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三種保護膠的XRF數據

保護膠溶液是膠體分散體系,其穩定性可用Zeta電位來評估。Zeta電位的正負表示膠粒所帶電荷的種類,即“+”表示膠粒帶有正電荷 ;“-”表示膠粒帶有負電荷。Zeta電位的絕對值越大,膠粒抵抗聚集的能力越強,體系越穩定 ;反之,Zeta電位的絕對值越小,膠粒越容易聚集,體系穩定性越差。以LR-560為例制備不同濃度的水溶液,用電位分析儀測定其Zeta電位,結果見圖2。

 LR-560的濃度對體系穩定性的影響

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由圖2可見 :保護膠LR-560濃度在2%~5%范圍內,Zeta電位的絕對值隨溶液濃度的升高而升高,體系穩定性增強 ;濃度在4%~6%之間,Zeta電位的絕對值相對較高,體系穩定性較好;濃度超過6%時,Zeta電位的絕對值相對較低,體系穩定性較差。因此,以LR-560制備保護膠溶液時,保護膠溶液濃度以4%~6%為宜。


2.2   乳液對基礎漆性能的影響

乳液是水包水多彩仿石涂料基礎漆中的關鍵組分之一,它關系到成品漆的穩定性以及成膜后彩粒的基本性能。由于多數乳液中的乳化劑或官能團會被保護膠吸附或發生反應,致使以下情況發生 :①基礎漆中保護膠和乳液反應,引起彩粒逐漸膨脹,導致彩粒批次穩定性變差 ;②破壞柔性保護膜,導致滲色、混色 ;③乳液與保護膠溶液兼容性差,致使漆膜遇水起泡、發白,影響裝飾效果。因此,選擇與保護膠溶液兼容且穩定性良好的乳液,對于基礎漆以及成品漆的穩定性及其它性能非常關鍵。本研究選取了幾種乳液,探究了其對體系穩定性的影響,結果如圖3所示。以不同乳液制備多彩仿石涂料基礎漆,將基礎漆加入保護膠溶液中分散成粒,形成彩粒懸浮液,靜置一定時間后取出上層液體(即保護膠溶液),用UV-3600紫外可見近紅外分光光度計測定其可見光區的吸光度,以此來表示彩粒的滲色程度。吸光度越低,說明形成的彩粒越穩定,滲色程度越低;反之,彩粒穩定性越差。

各種乳液對基礎漆穩定性的影響

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由圖3可見 :使用苯丙乳液 BLJ-818時,吸光度很大,防滲色能力很差 ;當使用彈性乳液時,吸光度相對較小,防滲色能力較好 ;同時,三種彈性乳液對于穩定體系的能力依次為 :RS-733>BLJ-9468>RS-320。其中,RS-733是一種采用無皂聚合工藝合成的純丙烯酸酯聚合乳液,試驗證明其與保護膠溶液兼容性較好,具有較佳的耐水性和耐候性。因此,基礎漆選用RS-733彈性乳液作為成膜物質。



2.3   羥乙基纖維素對體系的影響

羥乙基纖維素(HEC)是一種產量較大、應用非常廣泛的水溶性纖維素醚,溶于水中可形成膠體,膠液黏度隨其聚合度的增加而增大。HEC 可作為水性涂料的增稠劑,其增稠機理為 :當HEC加入到水性涂料中,能吸收大量的水,由于氫鍵作用使得HEC水合能力很強,自身體積迅速膨脹,同時大分子鏈間相互纏繞,從而起到增稠效果。HEC的保水能力非常好,但在酶的作用下易發生降解,水溶液黏度會大大降低。HEC是仿石涂料基礎漆的關鍵組分之一,其主要作用為 :①與保護膠溶液反應形成柔性保護膜,穩定多彩漆彩粒 ;②提供造粒時所需的高黏度基礎色漆。HEC的用量對基礎漆黏度的影響見圖4。

HEC的用量對基礎漆黏度的影響

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由圖4可見 :隨著HEC用量的增加,基礎漆黏度逐漸增大。實驗中發現:當HEC用量低于0.8%時,彩粒呈薄片狀,出現滲色的可能性很高 ;當HEC用量高于0.8%時,彩粒比較飽滿、厚實,防滲色能力較強。然而,HEC抗生物降解性差,容易發生酶解。當HEC含量過高(≥1.2%)時,涂料很可能在貯存期內變質發臭。因此,建議HEC的用量為0.8%~1.2%,并可通過添加其它增稠劑或保護膠溶液來調節體系黏度,同時改善彩粒的狀態以及增強其防滲色能力。

2.4   色漿對體系性能的影響

水性色漿是指色彩各異的有機或無機顏料在水和多種表面活性劑的作用下,形成的均勻、穩定、著色能力強的顏料漿體。它賦予了水包水多彩仿石涂料豐富的色彩與逼真的仿真程度。水性色漿通常包括無機鐵系(鐵紅、鐵黃、鐵黑等)色漿、有機酞菁系列(酞菁藍、酞菁綠)色漿及有機高分子聚合物顏料(主要為苯并咪唑酮類與咔唑 嗪類)色漿。在普通水性乳膠漆中,通常無機色漿的添加量低于5%,有機色漿的添加量低于3%。

本研究考察了不同種類色漿對體系穩定性的影響以及色漿不同添加量對彩粒滲色性能的影響。選取世名色漿中的鐵紅、鐵黃、鐵黑、酞菁綠和橙紅五種色漿,探究了其與水包水多彩仿石涂料體系的相容性,靜置貯存時間為一周,經超聲波混合后,取上層液體測其吸光度,結果如圖5和圖6所示。

無機色漿對體系的影響

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有機色漿對體系的影響

由圖5、6可見 :無機色漿的防滲色能力優于有機色漿 ;無機色漿中鐵黑的防滲色能力最強,其次是鐵黃,鐵紅的防滲色能力較差 ;而使用有機色漿調色均出現較為嚴重的滲色現象,相比之下,酞菁綠色漿的防滲色性要好于橙紅色漿。

以鐵黃色漿探究色漿不同添加量對彩粒滲色性能的影響,實驗發現 :鐵黃色漿用量低于2%時,不易出現滲色 ;其用量高于3%時,容易出現滲色,且隨著色漿用量的增加滲色現象越嚴重。因此,基礎漆調色應盡量選擇無機色漿,色漿用量應越少越好。


2.5   水包水多彩仿石涂料的優化配方與性能檢測

通過對水包水多彩仿石涂料各組分中不同成分對體系性能影響的研究,最終確定出本研究的優化配方(見表2與表3)。將多彩仿石涂料基礎漆分為幾份,分別調色并造粒,將調色基礎漆、保護膠溶液及包覆乳液按照約為1∶1∶1的比例進行調配,即可得到最終的水包水多彩仿石涂料。

多彩基礎漆的優化配方

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包覆乳液的優化配方

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術要求”中的相關規定對優化配方進行檢測與評價,結果見表4。

水包水多彩仿石涂料的性能指標

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采用多彩仿石涂料專用噴槍進行樣板噴涂試驗,經充分干燥,多彩仿石涂料的樣板照片與表面顯微結構圖分別見圖7與圖8。

多彩仿石涂料樣板照片  多彩仿石涂料表面顯微結構圖

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3   結語

(1) 研究表明 :以LR-560作為保護膠時,保護膠溶液的最佳濃度為4%~6%。

(2) 多彩仿石涂料基礎漆乳液應選用與保護膠溶液兼容性良好的RS-733彈性乳液。

(3) 多彩仿石涂料基礎漆中HEC的添加量應為0.8%~1.2%。

(4) 基礎漆調色應盡量選擇無機鐵系色漿,且添加量應低于2%。


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