助剂在水性仿花岗石涂料中的应用与选择探讨专利注册
时间：2022/09/15 13:59:55 编辑：
助剂在水性仿花岗石涂料中的应用与选择探讨
0 前 言
水性仿花岗石涂料(以下简称水性仿石涂料)只需经一次喷涂便可得到深浅层次不同的多彩花纹，既具有乳胶漆环境友好质轻的优点，又具有花岗石般高雅华贵的装饰效果；
因其造价低、涂层轻质、仿真度高、施工方便、适用范围宽等特点，替代传统花岗石用于外墙饰面已成为一种新的趋势。另一方面，水性仿石涂料逐渐成为外墙保温装饰一体化系统中首选的饰面涂料品种之一。
水性仿石涂料不同于传统的单相、单色乳胶漆产品，而是以水性乳胶漆色粒为分散相，以保护胶水溶液、一定乳液含量的水溶液(以下简称保护清漆)为连续相的多相混合亚稳定体系okmart.com。因此原材料的选择及合理搭配是该体系稳定存在的关键。
1 实验部分1.1 主要原材料及设备仪器
主要原材料：乳液，巴德富；保护胶粉、颜填料、纤维素及各类助剂，均为市售。
设备仪器：SFJ-400试验分散砂磨机，STM-Ⅴ斯托默黏度计，KE-B-225可程式恒温恒湿试验机，水性仿花岗石涂料专用可调压喷枪。
1.2 水性仿花岗石涂料的制备过程
通常水性仿花岗石涂料由3部分组成：分散相、分散介质、保护清漆。而水性仿花岗石涂料的制备一般包括6个步骤(如图1所示)：
分散相制备、分散介质制备、保护清漆制备、分散相调色及改性、彩色粒子制备、成品涂料混合。
1.3 性能测试1.3.1 色粒抗渗色性
剪切造粒完成后静置0.5 h，取出上层液体于透明容器内，对比观察颜色深浅，来判断色粒抗渗性的优劣。
将制备好的水性仿石涂料喷涂在白底的试板上(预留部分白底不喷)，待试板完全干燥后，对比未喷涂部分与喷涂色粒之间空隙的颜色差异，来判断抗渗色的优劣。
若上层液体颜色透明，或略显乳白色但喷涂后不存在颜色差异，则评价为色粒抗渗色性好；若上层液体颜色深，且喷涂后颜色差异显著，则评价为色粒抗渗色性差；若上层液体颜色较深、但喷涂后颜色差异轻微，则评价为色粒抗渗色性良好。
1.3.2 施工性
色粒施工性：用专用喷枪在不同气压下喷涂测试，观察色粒形态的变化情况。粒子形态不发生变化或变化轻微，则评价为色粒韧性好；反之，色粒韧性差，即施工性差。
水性仿石涂料抗流挂性：立面喷涂，若发生流挂则评价为抗流挂性差，反之为好。
1.3.3 黏度稳定性
将制备好的水性仿石涂料，50 ℃密封贮存1个月，测试对比黏度，黏度涨幅在8 KU以内为合格。
2 结果与讨论2.1 纤维素醚的选择
在传统的乳胶漆中，纤维素醚是增稠/流变助剂，而在水性仿石涂料中，纤维素醚主要用于分散相的制备，其作用不仅是提供黏度，而且是色粒成形的关键材料。实验选取了8种纤维素醚，验证其在水性仿石涂料体系中的适用性，结果见表1。
结合表1和图2可看出，CE2和CE8抗渗色性良好，但黏度稳定性较差；CE5抗渗色性差，黏度稳定性尚可；CE6抗渗色性差，且CE7甚至不能形成色粒。
CE3抗渗色性差、韧性差、黏度稳定性差；CE4抗渗色性好、韧性适中、黏度稳定性好，因此在水性仿石涂料分散相中宜优先选用CE4。CE1抗渗色性良好，黏度稳定性好，虽然韧性差，但可以通过其他途径来增强粒子韧性，因此CE1亦适宜用于水性仿石涂料的分散相中。
2.2 分散剂的选择
分散剂可以改善颜填料的分散，但各类型的分散剂表面电荷及空间位阻作用不同，对色粒抗渗色性和体系黏度稳定性有不同影响，笔者选取了8种分散剂进行实验，结果见表2。
由表2可看出，D3、D6、D8抗渗色性良好，但黏度稳定性差；D4虽然黏度稳定性好，但抗渗色性差；D1、D2、D5、D7不仅抗渗色性好，且黏度稳定性好。
另分散剂的选择还需验证分散效率、耐水性等方面，综合考虑优先选用D1。
2.3 润湿剂的选择
水性仿石涂料分散相中的润湿剂尤为重要，目前市场上有很多水性仿石涂料专用润湿剂(以下简称润湿剂)，其作用大致是：
(1)使分散相更易于形成独立稳定的色粒；
(2)增强色粒的韧性；
(3)改善色粒的抗渗色性；
(4)提高水性仿石涂料的稳定性。通过大量实验发现，润湿剂不仅是具有上述4方面的作用，更重要的是决定着分散相改性后的物理状态，进而对水性仿石涂料产生不同的影响，结果见表3和图3。
不同的润湿剂由于存在不同的电荷分布和表面特性差异，会引起分散相改性后物理状态的不同，体现在分散相涂膜外观和流变状态两方面。涂膜外观表现出两种现象，一是不均匀絮状，一是平滑状(如图4所示)。
流变状态主要表现在改性后的分散相是否呈现出果冻状，即分散相基本无流动性，能整体从容器底部滑落而不粘壁。
由表3和图3可看出，W2、W9、W10会使改性后的分散相呈果冻状，形成的色粒呈颗粒状；
W4虽然不会使改性后的分散相呈果冻状，但形成的色粒较厚，对施工抗流挂性不利；
W3、W8、W12能够使改性后的分散相形成薄片状的色粒，但减弱色粒的韧性；W5、W6使改性后的分散相形成呈条状色粒，涂膜仿真度差；
W7、W11使水性仿石涂料体系的黏度稳定性变差；
综合考虑色粒形态、施工性、黏度稳定性等因素，宜选用W1。
2.4 增稠剂的选择
增稠剂应用在保护清漆中，为水性仿石涂料提供合适的贮存、施工黏度；在选择增稠剂类型时，宜从以下4方面考虑：
(1)增稠效率；
(2)施工抗流挂性；
(3)黏度稳定性；
(4)色粒韧性的保持性。
选取了6种不同类型增稠剂进行实验，结果见表4和图5。
从表4和图5可看出，T5、T6对体系的增稠效率太低，无法使体系达到适宜的初始黏度；
T4会显著降低色粒的韧性(如图6所示)，还会影响体系贮存稳定性；
T1会严重影响体系的黏度稳定性，贮存3个月，黏度涨幅高达40 KU左右，最终使色粒黏结混溶；
T3可以为体系提供优异的黏度稳定性，但由于其建立中高剪切黏度的增稠特性，对体系抗流挂性不利；
T2在水性仿石涂料体系中具有合适的增稠效率，不影响色粒的施工韧性，有优异的黏度稳定性和较佳的抗流挂性，因此宜选用T2。
2.5 防腐剂的选择
由于水性仿石涂料中纤维素醚的用量大，且制备过程周期相对较长，因此对防腐性有更高的要求。但在关注体系防腐性的同时，防腐剂与保护胶液的配伍性也需充分验证。
2.5.1 防腐剂与保护胶液的配伍性
笔者选取了8种防腐剂，按0.1%比例加入保护胶液中，观察相容性；然后将其装入透明容器内，跟踪测试黏度及颜色变化情况，结果见表5和图7。
由表5和图7可看出，P5与保护胶液的配伍性最差，加入时有透明颗粒状物质析出，说明该防腐剂已经破坏了保护胶液的结构排列，引发卡屋结构，呈凝胶状；
P2、P7、P8会使保护胶液的颜色发生变化，同时长期贮存，P7、P8有使保护胶液变稠的倾向，这两点对于维持水性仿石涂料色相保持性和黏度稳定性是不利的；P1、P3、P4、P6与保护胶液的配伍性良好，需进一步实验，并从环保、经济性等方面考虑选择。
2.5.2 防腐剂对水性仿石涂料的影响
将上述除P5以外的防腐剂用于制备水性仿石涂料，验证其对水性仿石涂料色相保持性、黏度稳定性及防腐性的影响，结果见表6和图8。
由表6和图8可知，由于P2会使保护胶液颜色变黄程度严重，会影响到水性仿石涂料的色相，同时对其黏度稳定性也产生不利影响；
P7、P8会使水性仿石涂料体系的黏度稳定性显著降低，后增稠程度很大，同时也能看出，由于CMIT类型的防腐剂对温度和pH值很敏感，长效性较差，因此防腐剂P8用于水性仿石涂料中贮存2个月就发生了腐败。
P1、P3、P4、P6用于水性仿石涂料均有良好的色相保持性、黏度稳定性及长效防腐性；
综合考虑性价比、环保要求，水性仿石涂料体系的防腐剂宜选择P1。
3 结 语
良好的黏度稳定性是水性仿花岗石涂料重要的性能之一，各种助剂对体系的黏度稳定性均会产生不同程度的影响，因此在选择助剂时，需谨慎细致评估；宜选择对体系黏度稳定性不产生负面影响的类型，此外还需综合考虑其他因素对产品性能的影响：
(1)分散相中纤维素醚的选择还需考虑成粒性、抗渗色性及色粒施工韧性等因素；
(2)分散相中分散剂的选择还需考虑抗渗色性、对涂膜耐水性等因素；
(3)分散相中专用润湿剂的选择还需考虑改性后基础涂料的物理状态、抗渗色性、色粒形态及施工韧性等因素；
(4)保护清漆中增稠剂的选择还需考虑增稠效率、对色粒施工韧性的影响、抗流挂性等因素；
(5)体系防腐剂的选择还需考虑色相保持性、配伍性、长效防腐性、环保性及经济合理性等因素。