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水包水多彩涂料粒子形狀的調控研究,多彩粒子的形狀是決定水包水多彩涂料仿石仿真度的關鍵
2019年11月22日    閱讀量:516    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

0 引言

水包水多彩涂料,一般是指一種由不同顏色的水性乳膠粒子穩定分散在水性乳膠體系中所形成的多相懸浮體系,經多彩涂料專用噴槍一次噴涂施工,即可獲得仿花崗巖、大理石效果的高裝飾性涂層,多用于建筑內外墻裝飾、成品板飾面加工等領域。


它具有仿真度高、質量輕、抗裂性好、物理化學性能優異、節能環保、裝飾效果佳等特點。隨著技術的進步,水包水多彩涂料幾經更迭,逐漸形成了以改性硅酸鎂鋰為保護膠的配方體系涂料在線coatingol.com。該體系相較以往的配方體系,具有更簡單的生產操作性、更好的成品穩定性,以及更逼真的仿石仿真性,因此得到了較快的發展和應用。


本研究針對市面上常用的經改性后的硅酸鎂鋰鹽Laponite S-482 為保護膠的水包水配方體系,進行關于如何調整水包水多彩涂料粒子形狀的研究,考察這些方法對水包水多彩涂料粒子韌性、滲色程度和成品穩定性的影響。

 

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

高速分散機JSF550,上海普申化工機械有限公司;斯托默黏度計STM-IVB,上海現代環境工程技術有限公司;旋轉黏度計NDJ-1,上海安德儀器設備有限公司。

1.2 試驗材料及配方

基礎漆配方見表1。

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水包水多彩涂料基礎漆配方

注:a—1~10 項為配方設計添加量,確定后,生產過程中一般不再更改;b—11 項取50,70,90 3 個梯度添加,作為對比樣;c—12~14項采取后添加方式,即調完色后根據粒子形狀要求酌情添加。

連續相混合液配方見表2。

水包水多彩涂料連續相混合液配方

造粒成品涂料配方見表3。

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水包水多彩涂料造粒成品涂料配方

1.3 試驗步驟

(1) 用去離子水配制7% 質量濃度的LaponiteS-482 溶液,10% 質量濃度氯化鈉溶液。

(2) 基礎漆的制備:按配方序號依次加入去離子水、羥乙基纖維素,分散5 min,再加入AMP-95 調節pH 為8 左右,高速分散10 min,使纖維素充分分散,然后加入分散劑分散5 min,投入鈦白粉、高嶺土,高速分散30 min,至細度合格后,加入乳液、防腐劑、防霉劑,低速分散10 min,最后添加增稠劑,中速分散15 min,制得基礎漆備用。

(3) 調色,制備預凝膠:將步驟(2)中制備的基礎漆分別按石材彩點顏色要求加以調色,然后每個顏色分別加入50,70,90 三個梯度的7% 濃度的Laponite S-482 進行高速分散,制得預凝膠,并各一分為二,其中1 份直接用于造粒,作為參照對象;另1 份留作步驟(4)中用于粒子形狀調整。

(4) 粒子形狀調整:在步驟(2)的備用基礎漆中,分別加入12~14 項中不同量的非離子潤濕劑、陽離子溶液和聚氨酯增稠劑,分散均勻,備作造粒用。

(5) 造粒成漆:將步驟(3)、步驟(4)中制備的造粒保護膠分別按表4 分組情況進行造粒成漆。

分組情況

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2 試驗現象及結果分析

2.1 現象及結果

(1) 各組樣品基礎漆狀態變化:參照樣1、2、3組之間對比,3 組基礎漆均表現出不同程度的絮狀凝膠,呈現毛糙不光滑狀,不光滑程度隨預凝膠保護膠用量的增加而加重,凝膠強度也加強,黏度升高,表現為低剪切黏度較低,高剪切黏度高,造粒較困難,需提高轉速;對比樣5、8、11,相較于參照樣1、2、3,基礎漆料的毛糙程度隨Na+ 濃度增加先減弱,后消失,而凝膠強度也隨Na+ 濃度增加而先增加,后減弱,最后被破壞成流動態乳膠漆;筆者還對比了其他陽離子的影響,結果表明:高價離子濃度增加,凝膠強度增加,高價離子增加到一定濃度會導致乳液破乳,凝膠不會消失;對比樣4、7、10 相較于參照樣1、2、3,基礎漆料的毛糙程度隨潤濕劑用量增加而減輕,從毛糙態逐漸變為光滑態,凝膠強度隨潤濕劑用量的增加而先增加,后減弱,最后消失。4、5、7、8、10、11 各對比樣的凝膠強度在基礎漆毛糙程度即將消失時達到最大;對比樣6、9、12 相較于參照樣1、2、3,隨聚氨酯增稠劑用量的增加,基礎漆料的毛糙程度先減弱,后消失,凝膠強度先增強后減弱,而漆料的黏度先增加,后降低,最后又增加。

(2) 基礎漆流變性的變化:相較于1、2、3 參照組,各對比樣組均是低剪切黏度隨Na+、潤濕劑、聚氨酯增稠劑用量的改變先增加后減小,最后消失。試驗發現:低剪切黏度越高,越容易造粒。

(3) 造粒滲色情況:(1)在1、2、3 參照樣組中,滲色情況隨保護膠添加量的增加而減輕。(2)對比組5、8、11 相較于參照樣1、2、3,隨Na+ 濃度增加,滲色情況先減輕,后加重;(3)對比組4、7、10 相較于參照樣1、2、3,隨潤濕劑用量的增加,滲色情況先減輕,后加重。

(4) 粒子形狀及粒子韌性:(1)在1、2、3 參照樣組中,隨保護膠用量的增加,粒子形狀改變不大,稍往厚圓化方向變化,粒子韌性隨隨保護膠用量的增加而增強。(2)對比組5、8、11 相較于參照樣1、2、3,隨Na+ 濃度的增加,粒子形狀變化較為明顯,從長條狀逐漸向橢圓、圓方向變化,粒子同時變厚,粒子韌性逐漸增強;隨著Na+ 濃度繼續增加,粒子又從圓開始向條狀過渡,粒子又從厚變薄,韌性逐漸減弱,最后無法造粒。(3)對比組6、9、12 相較于參照樣1、2、3,隨聚氨酯增稠劑用量的增加,粒子形狀先逐漸變圓,粒子變厚,韌性增強,然后粒子變長,變薄,最后無法造粒。(4)對比組4、7、10 相較于參照樣1、2、3,隨潤濕劑用量的增加,粒子先變圓變厚,然后又變長變薄,甚至無法造粒;韌性先加強,后減弱,最后消失(無法造粒)。

(5) 成品穩定性:(1)在1、2、3 參照樣組中,成品涂料黏度穩定性逐漸提高,在低保護膠添加量時,粒子會溶脹變大;在高保護膠添加量時,粒子會收縮變小。(2)對比組5、8、11 中,隨Na+ 濃度的增加,成品涂料黏度穩定性先提高后降低,在凝膠調節最強點附近,成品涂料黏度穩定性最好,粒子形狀穩定性最好。(3)在對比組4、7、10 中,隨潤濕劑用量的增加,成品涂料黏度穩定性先提高后降低,在凝膠調節最強點附近,成品涂料黏度穩定性最好,粒子形狀穩定性最好;(4)在對比組6、9、12 中,隨聚氨酯增稠劑用量的增加,成品涂料黏度穩定性先提高后降低,在凝膠調節最強點附近,成品涂料黏度穩定性最好,粒子形狀穩定性最好。

2.2 分析討論

(1) 在1、2、3參照樣組中,由于乳液與LaponiteS-482 保護膠相容性較好,所以這3 組基礎漆中只含有2 種三維空間網絡,即保護膠Laponite S-482 與羥乙基纖維素的交聯網絡及TT615 堿溶脹增稠纏繞交聯網絡,兩種網絡互穿,乳膠粒子、顏填料等均勻地填充于此網絡之中,隨著保護膠用量的增加,此三維凝膠網絡越來越密,所以會出現上述毛糙程度加大、滲色程度減輕、粒子韌性增強、成品涂料穩定性提高等現象,由于交聯強度較大,高剪切黏度隨保護膠用量增加逐漸增高,導致分散造粒困難,剪切力作用下粒子不容易斷裂分離成小粒子,容易拉長,拉薄,即基礎漆的流變觸變性會影響粒子形狀、造粒難易度、粒子韌性和滲色程度等。

(2) 對比樣組5、8、11中,Na+可以取代LaponiteS-482 保護膠中的陰離子改性降黏劑吸附在保護膠表面,則被陰離子降黏劑所屏蔽的正電荷得以恢復,同時失去了降黏劑的空間位阻,重新建立保護膠“卡屋”結構,基礎漆低剪切黏度增加,同時Na+ 也可以取代羥乙基纖維素的端羥基吸附在保護膠表面,纖維素與保護膠的凝膠結構被破壞,高剪切黏度降低。當含少量Na+ 時,Na+ 部分取代陰離子降黏劑和纖維素端羥基而吸附在保護膠表面,建立“卡屋”低剪切黏度,高剪切黏度部分消失,使得粒子在分散造粒過程中容易斷裂而易于造粒,不會被剪切拉長而變得圓潤厚實起來。

此時,基礎漆中存在3 種三維空間網絡結構,除了1、2、3 組基礎漆中存在的網絡,還存在“卡屋”結構三維立體網絡,這3 種網絡互穿,因而滲色也減弱了。在3 種網絡中,“卡屋”結構網絡是剛性的,另外兩種網絡是柔性的,剛柔網絡比決定了粒子的韌性強弱,在一定比例之前,粒子韌性隨著“卡屋”結構的增多(同時纖維凝膠結構減少)而增強,一定比例之后,粒子的韌性則隨“卡屋”結構的增多而減弱,變脆,造粒時粒子容易破碎,在此比例之前,滲色是越來越輕的,成品涂料的穩定性也不斷提高。隨著Na+ 濃度的繼續增加,吸附在保護膠表面的保護膠降黏劑與羥乙基纖維素端羥基全部被Na+ 取代,體系中只存在脆性的“卡屋”結構網絡,粒子特別容易破碎,滲色也特別嚴重,凝膠消失,無法造粒,成品涂料穩定性下降。

(3) 非離子潤濕劑多為羥基聚氧乙烯,末端存在端羥基。對比樣組4、7、10 中,潤濕劑親水鏈段端羥基可以取代Laponite S-482保護膠中的陰離子改性降黏劑吸附在保護膠表面,則被陰離子降黏劑所屏蔽的正電荷得以恢復,重新建立保護膠“卡屋”結構,基礎漆低剪切黏度增加,同時非離子潤濕劑也可以取代羥乙基纖維素的端羥基吸附在保護膠表面,纖維素與保護膠間的凝膠結構被破壞,高剪切黏度降低。當含少量非離子潤濕劑時,非離子潤濕劑部分取代陰離子降黏劑和纖維素端羥基而吸附在保護膠表面,“卡屋”低剪切黏度建立,高剪切黏度部分消失,使得粒子在分散造粒過程中容易斷裂而易于造粒,不會被剪切拉長而變得圓潤厚實。

此時,基礎漆中同樣存在3 種三維空間網絡結構,除了1、2、3 組基礎漆中存在的網絡,還存在“卡屋”結構三維立體網絡。隨著非離子潤濕劑用量的繼續增加,吸附在保護膠表面的保護膠降粘劑與羥乙基纖維素端羥基全部被非離子潤濕劑所取代,體系中只存在脆性的“卡屋”結構網絡,粒子特別容易破碎,滲色也特別嚴重,凝膠消失,拉絲無法造粒,成品涂料穩定性下降。

(4) 對比樣組6、9、12 中,聚氨酯增稠劑親水鏈段中存在未被異氰酸酯封端的端羥基,其變化規律類似于非離子潤濕劑的影響規律。這幾組基礎漆中會同時存在4 種三維空間網絡結構:陰離子降黏劑被端羥基取代后建立的“卡屋”結構三維空間立體網絡;1、2、3 組基礎漆中存在的兩種三維空間立體網絡;以及聚氨酯增稠劑締和乳膠顆粒建立的三維立體網絡結構,4 種網絡結構相互貫穿,配方中其余組分均勻分布其中。聚氨酯增稠劑提供的中高剪切黏度,使粒子韌性更強、滲色穩定性更好,成品涂料更穩定。但當聚氨酯增稠劑過量,即未被封端的端羥基過量時,雖然粒子韌性仍在,滲色穩定性也很好,但成品涂料穩定性會較差,粒子發生溶脹融合,體系黏度迅速增大。

 

3 結語

(1) 基礎漆的流變性會影響粒子的形狀,低剪切黏度高,即觸變性強時,粒子在分散剪切造粒過程中容易斷裂形成較為圓潤厚實的粒子;高剪切黏度較高時,粒子在分散剪切造粒過程中不容易斷裂,根據高剪切黏度的高低,粒子被拉伸成橢圓、長條、片、絲等形狀。

(2) 陽離子、非離子潤濕劑的適量加入,可快速改變基礎漆的觸變性,使粒子形狀可控性增加,且粒子韌性、成品涂料穩定性均有所提高。

(3) 聚氨酯增稠劑的適量加入,不僅可以有效控制粒子形狀,改變粒子韌性,提高成品涂料穩定性,更重要的是其防止粒子滲色效果最好,可替代市面上昂貴的防滲色助劑。

(4) 陽離子或非離子潤濕劑搭配聚氨酯增稠劑,可以獲得各種形狀、各種韌性的粒子,使多彩涂料仿石磚效果更好、更逼真。


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