外墙乳胶漆展色性研究

魏红岩，邢净，吕巍

（1.北新建材北方公司涂料厂研发部，河北涿州 072750；2.上海东华大学金融数学系，上海 201620）

外墙乳胶漆展色性研究

魏红岩1，邢净1，吕巍2

（1.北新建材北方公司涂料厂研发部，河北涿州 072750；2.上海东华大学金融数学系，上海 201620）

针对外墙乳胶漆使用过程中易出现的浮色发花现象，探讨了乳液、润湿剂、分散剂、成膜助剂、防冻剂、消泡剂、增稠剂对乳胶漆展色性的影响。并提出了提高乳胶漆展色性的方法措施。

乳胶漆；展色性；色差

外墙乳胶漆的主要功能是装饰和保护建筑物外立面，使建筑物外貌整洁美观，达到美化城市环境的目的，同时又能起到保护建筑物外墙的作用，延长使用寿命。这就要求外墙乳胶漆颜色丰富，漆膜色泽均匀。但有色外墙乳胶漆在实际使用时，常会遇到漆膜浮色发花的问题，影响墙面美观度，导致工程不能正常验收[1-2]。为避免此类现象的产生，必须提高色浆在乳胶漆中的展色性能。

影响乳胶漆展色性的因素有很多，如润湿剂、分散剂、乳液、增稠剂、色浆、颜填料等。本文通过对乳液、润湿剂、分散剂、成膜助剂、防冻剂、消泡剂、增稠剂等品种及用量在乳胶漆中展色性色差的测试，分析了各类原材料对展色性的影响效果，寻找到了解决浮色发花的有效途径。

1　实验

1.1主要原料及仪器设备

苯丙乳液：RS-998，巴德富；YS-01，北京互益化工；AS-2010、1058M，陶氏化学。分散剂：丙烯酸共聚物铵盐CA2500、丙烯酸均聚物钠盐（快易），陶氏化学。润湿剂：非离子表面活性剂LCN407（HLB为17）、非离子表面活性剂X-100（HLB为13），陶氏化学；阴离子表面活性剂，特殊磷酸酯化合物LHF，科莱恩。消泡剂：矿物油类+金属皂NXZ、有机硅类SN-154，诺普科。pH值调节剂：AMP-95，陶氏安格斯。成膜助剂：Texanol，伊士曼；十二醇酯，润泰化学。防冻剂：乙二醇，燕山石化；丙二醇，陶氏化学。纤维素醚：HBR-250，亚跨龙。增稠剂：疏水改性碱溶胀类DR-72（低剪黏度）、DR-73（高剪黏度）、TT-935（中剪黏度）、聚氨酯类SCT-275（中剪黏度），陶氏化学。金红石型钛白粉：R-996，龙蟒钛业。重质碳酸钙：700目，广福建材。滑石粉：400目，广福建材。防腐剂：K9N，特洛伊。色浆：炭黑CH2、氧化铁红RX2、氧化铁黄YX2，希必思色浆。

QSJ型高速分散机，上海现代环境仪器；QTG涂膜涂布器，300 μm，上海现代环境仪器；CM-2500d分光光度仪，日本美能达。

1.2基础漆的制备

将水、纤维素醚、分散剂、润湿剂、部分消泡剂加入制漆罐中，低速搅拌均匀，然后投入颜、填料和pH值调节剂高速分散20 min至细度合格，调低转速，加入乳液、成膜助剂、防冻剂、消泡剂和防腐剂，然后加入增稠剂调至合适黏度。基础漆的配方见表1。

表1　基础漆的配方

1.3展色性测试方法

展色性采用指研法进行测试：准确称取按照以上方法制作的白漆20 g，精确加入2%色浆，充分搅匀后，用300 μm涂布器将色漆刮涂于白色纸卡上，短暂晾置后，用食指在湿态漆膜表面研磨，直至漆膜接近表干即达到黏手的状态。这样的处置，使絮凝状态被打破，颜料得到均匀的分布，指研后的色漆非常黏稠，颜料的分离以及絮凝的再生都不再可能发生。如果色漆存在浮色和发花的问题，则指研的表面和未指研的表面在色相上会有强烈的差别。为便于将这种差别数据化，我们采用颜色模型（Lab），它能够描述正常视力的人能够看到的所有颜色。单纯Lab是绝对值，用这3个数值可以在一个三维立体图中，精确地表示出一个颜色的点，用相对值就可以得出和基准点的差异来进行修正。我们用分光光度仪测量手指研磨过和未经研磨过的漆膜的色彩值L、a、b，并计算色差△E[见式（1）]。如△E较大，则表示色浆中的颜料絮凝情况严重，与所测试乳胶漆的相容性不好，施工过程中易出现浮色、发花等现象，使漆膜色泽不能均匀一致，影响美观。如△E较小，则表示色浆中的颜料分散稳定，展色性良好，漆膜一般不会出现浮色发花现象。

式中：L——明度，从白色至黑色的范围；

a——色度，从洋红色至绿色的范围；

b——色度，从黄色至蓝色的范围。

色差值和视觉感受上大约有如下对应关系：

△E为0～0.25，表示色差非常小或没有色差，理想匹配，肉眼难以辨认出来；△E为0.25～0.5，色差微小，可以接受的匹配；△E为0.5～1.0，色差微小到中等，在一些应用中可以接受；△E为1.0～1.5，色差中等；△E≥1.5，则色差严重。

2　结果与讨论

2.1乳液品种对展色性的影响

乳液是乳胶漆中的重要组成部分，每个厂家的合成树脂乳液都是不同分子质量的聚合物的混合物，它们在极性基的分别上是有变化的，而这些差别对色漆的浮色和发花倾向有大的影响。粒径小比表面积大的有机颜料比大多数粒径大比表面积小的无机颜料更易于絮凝，例如有机彩色颜料如酞青蓝、甲苯胺红和炭黑[3]。选取不同厂家的苯丙乳液按照表1的基础漆配方制作白色漆，加入2%炭黑色浆CH2进行展色性测试，结果见表2。

表2　乳液品种对展色性的影响

从表2可以看出，由这几种乳液配制的乳胶漆与CH2的相容性不好，色差很大，浮色和发花现象严重。选取色差相对较小的AS-2010作为以后试验制备白色基础漆的乳液。

2.2分散剂种类及用量对展色性的影响

浮色和发花效应取决于颜料絮凝度和体系中不同颜料粒子的相对密度和粒度，一款色漆体系是通过平衡这些变量而达到最佳化的，分散剂可以提高分散的颜料粒子的胶态稳定性，进而为我们提供了一个改进絮凝/解絮凝平衡的手段。选用AS-2010乳液，选取丙烯酸均聚物钠盐（快易）和丙烯酸共聚物铵盐CA2500作为分散剂，按照表1中的基础漆配方分别制作白色漆，加入2%炭黑色浆CH2进行展色性测试，结果见表3。

表3　分散剂种类及用量对展色性的影响

相对于均聚物分散剂来说，共聚物分散剂可以满足以下两个要求：（1）分子中所含有的聚合物链能够在所要求的溶剂或树脂溶液中发挥空间稳定化作用；（2）它必须能够强烈吸附在粒子表面上[3]，所以它的表现会更好。由表3也可以看出，选择合适量的共聚物铵盐类分散剂可以更有效地减小色差。

2.3润湿剂种类及用量对展色性的影响

2.3.1非离子表面活性剂对展色性的影响

浮色、发花和颜料絮凝等都与表面张力有关。有自然亲水表面的无机颜料和比表面积大而又是疏水的有机颜料，由于吸收潮气变得亲水，以致不再对疏水的漆基有亲和力，通过选择润湿剂使其寻找颜料的活性端基很容易地吸附在颜料上或穿透颜料表面的湿气而后再吸附在颜料上，而同时也能另有一个定向的端基与连续介质和粘结剂相容[3]。选取具有不同亲水性的非离子表面活性剂X-100（HLB=13）、LCN407（HLB =17）进行试验，结果见表4。

表4　不同亲水性的非离子表面活性剂润湿剂对展色性的影响

由表4可以看出，亲水性更好的润湿剂LCN-407（HLB= 17）对展色性的改进效果更佳。

2.3.2阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配使用对展色性的影响

不同颜料的结合常常是通过润湿剂来完成的，这被称为共絮凝。若选用的润湿剂既是聚合型的，也含有改善界面张力的基团，就可以使无机颜料（如二氧化钛）与有机颜料（如炭黑）之间产生共絮凝，即通过对颜料粒子间距的准确调整和移动性的限制达到颜料分散体的稳定[3]。因此，在配方中引入阴离子表面活性剂LFH与非离子表面活性剂LCN407复配使用，考察其对展色性改善的能力，试验结果见表5。

表5　阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配润湿剂对展色性的影响

阴离子表面活性剂的亲水端具有与颜料表面、棱边、隅角等形成稳定性强的物理化学键的能力，且还可以朝着离开通常为疏水端的颜料表面的方向定向[3]，进而增强稳定颜料分散体系的作用。由表5可见，2种不同类型的表面活性剂合理搭配使用，可以极大地改善色漆的展色性。

2.4成膜助剂对展色性的影响

成膜助剂的作用是软化乳液粒子，有效地聚结乳液粒子，是乳液聚合物的强溶剂。它对乳液粒子的强溶解力可以有效地阻止强涡流形成，抑制浮色和发花现象的出现。选取Texanol和十二醇酯配制涂料进行展色性试验，测试它们对涂料展色性的影响，结果见表6。

表6　不同种类成膜助剂对涂料展色性的影响

Texanol和十二醇酯属于同类型成膜助剂，不同厂家生产的产品性能指标相近，试验结果也表明，这2种成膜助剂对展色性的影响差异不大，十二醇酯略好一些。

2.5防冻剂对展色性的影响

防冻剂的作用一方面是协助成膜助剂降低乳液的成膜温度，另一方面可以减缓涂膜干燥的速度，若它的挥发值、表面张力和密度与涂料中的其它可挥发性物质差异较大，则会引起强涡流，产生浮色和发花的现象。选用乳胶漆中经常使用的乙二醇和丙二醇进行试验，观察两者对涂料展色性的影响，结果见表7。

表7　乙二醇和丙二醇对涂料展色性的影响

从表7可以看出，2种防冻剂对展色性的影响相近，从二者的物理常数也可以看到，它们的沸点、密度、表面张力和蒸汽压的数值很相近，也验证了这一点。

2.6消泡剂对展色性的影响

气泡是由于存在过量的可溶性表面活性剂而产生的。在乳胶漆中使用表面活性剂，可以改善颜料的分散性，同时也能改善颜色展现性、光泽展现性、聚合物稳定性、表面润湿性等性能。因为消泡剂和表面活性剂总是趋于一种不相容的关系，所以消泡剂的类型和用量会对颜色和光泽等产生影响。选择矿物油和有机硅消泡剂进行试验，考察它们对展色性的影响，结果见表8。

表8　消泡剂类型对展色性的影响

2.7增稠剂对展色性的影响

增稠剂的加入可以减小整个涂膜表面涡流的运动性。就像表面活性剂会吸附到乳胶漆中的粘结剂和颜料粒子上一样，协和型增稠剂也会吸附到这些分散粒子上，并都能增大增稠效能，而且，如果乳胶漆的配方是恰当的，还可以提供渗透稳定性以保证分散系统稳定均匀。但若配方不恰当，不同品种增稠剂也会带来絮凝问题，导致展色性不好，浮色发花现象严重。最常用的增稠剂有纤维素类（HEC）、碱溶胀类（HASE）和聚氨酯类（HEUR）[4-5]。本研究固定使用同一种纤维素类增稠剂，选择提供低、中、高3种不同剪切黏度的疏水改性碱溶胀型增稠剂和提供中剪黏度的聚氨酯类增稠剂调整涂料黏度，然后测试展色性，结果见表9。

表9　不同增稠剂种类对展色性的影响

聚氨酯类增稠剂一般在颜填料的表面上只是弱吸附，而疏水改性碱溶胀型增稠剂则能直接吸附在无遮掩的颜料表面，会和颜料分散剂的酸基团之间发生颜料和填料表面的争夺[3]，极易发生絮凝，对乳胶漆的展色性影响极大。

2.8验证试验

总结以上试验，确定验证试验配方，见表10。

表10　验证试验配方

按照以上配方选用不同的增稠体系分别制作白漆，并对外墙乳胶漆调色时经常使用的碳黑、铁红、铁黄进行展色性试验，结果见表11。

表11　不同增稠体系和色浆验证配方展色性试验结果

乳胶漆中的乳液、颜料的分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂等物质之间都会发生交互作用并产生影响，使涂膜出现浮色发花现象。添加润湿剂LFH——阴离子型表面活性剂（特殊磷酸酯化物）可以有效地改善涂料的展色性。

3　结语

（1）乳液中的分子可以与添加的特殊润湿剂吸附，相互作用，以使分散体系稳定，从而改善乳胶漆的展色性。

（2）分散剂可以提高所分散的颜料粒子的稳定性，抑制浮色和发花。共聚物分散剂的作用更加明显一些。

（3）表面活性剂的非特性憎水缔合，能在乳液粒子表面或颜料表面竞争吸附位置，高HLB值润湿剂对分散相的稳定作用相对较大。

（4）添加润湿剂LFH——阴离子型表面活性剂（特殊磷酸酯化物）可以使表面张力下降，改善润湿性，并通过位阻使颜料达到稳定，解决浮色发花问题效果显著。

（5）选择合适品种及用量的成膜助剂和防冻剂可以抑制强涡流的形成，减少浮色发花现象。

（6）选择合适类型的消泡剂，有效改善涂膜外观质量，也可以减轻浮色发花程度。

（7）阴离子表面活性剂与高HLB润湿剂配合使用，在增稠系统中，可以使低剪、中剪黏度下降，使颜料体系稳定，显著改善浮色发花现象。

（8）在乳胶漆系统中，颜料密度和粒度及其运动性的不同导致了浮色发花现象。为了使颜料的色相均匀一致，展色性良好，必须添加适宜的高分子质量润湿剂，使无机颜料和有机颜料得到稳定。在本研究中，通过额外添加特殊磷酸酯化物润湿剂，与传统的分散剂、润湿剂搭配使用，得到了稳定的颜料分散体系，有效解决了浮色发花问题。

[1]刘洪亮，董立志，薛小倩.浅析乳胶漆中色浆展色性的影响因素[J].上海涂料，2010（9）：13-16.

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[3]L J Calbo.涂料助剂大全[M].朱传棨，译.上海：上海科学技术文献出版社，2000：391-403.

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[5]徐峰.增稠剂在乳胶漆中的应用及其发展[J].上海涂料，2005，43（6）：15-18.

The research on exterior wall emulsion paint color development properties

WEI Hongyan1，XING Jing1，LV Wei2
[1.Coating Factory Research and Development Department（R&D）of North Ltd of Beijing New Building Material（Group）Co.Ltd.，Zhuozhou 072750，China；2.Department of Financial Mathematics，Shanghai Donghua University，Shanghai 201620，China]

Aiming at the flooding and floating phenomenon which occurs easily in the course of using exterior wall emulsion paint，the influences of emulsion，wetting agent，dispersing agent，coalescing agent，antifreezing agent，antifoaming agent，thickener on emulsion paint color development properties are discussed in this paper.Meanwhile，some methods are put forward to enhance the color development properties of emulsion paint.

emulsion paint，color development properties，chromatism

TU56+1.62

A

1001-702X（2016）10-0017-04

2016-04-18；

2016-05-24

魏红岩，女，1966年生，北京人，高级工程师，主要从事水性建筑涂料研究。