高性能水性多彩涂料的制备研究

2018-05-25李威

上海化工 2018年1期

李威

上海嘉宝莉涂料有限公司（上海 201512）

将与漆料不相容的色彩不同、大小与形状各异的珠状物质均匀地悬浮在涂料基料中即形成多彩涂料[1]。多彩涂料通常包含两种或两种以上的基料；形成的色彩图案多样，可以随意选择。水性多彩涂料近几年发展迅速，与真石漆、质感涂料相比，以其仿真效果好、质量轻、施工速度快、造价低等优点赢得越来越多客户的喜欢[2]。制备多彩涂料主要依靠保护胶在色粒表面形成凝胶，并与纤维素交联使色粒子与连续相乳液分离。所以，保护胶及纤维素是制备水性多彩涂料的关键技术。目前市场上销售的多彩涂料在抗渗色及贮存稳定性方面表现较差，具体为：渗色较重，影响色相；放置一段时间后色点变硬，造成喷涂效果与样板不一致。这些缺点在一定程度上制约了水性多彩涂料的发展。

本研究以GRAS B为保护胶，通过对保护胶溶液用量、纤维素种类及用量进行平行实验来实现配方优化，最终制得抗渗色性、贮存稳定性优异的多彩涂料。

1 实验部分

1.1 主要原材料

保护胶GRAS B，佛山市歌瑞诗贸易有限公司；羟乙基纤维素（451FQ，481FQ，EHM500），阿克苏诺贝尔化学品（宁波）有限公司；乳液，颜填料，助剂，去离子水等。

1.2 主要设备

SDF-400高速分散机，上海微特电机有限公司；DC-2L多彩粒子筛滤机，江阴市雄威化工机械有限公司；KU-2斯托默黏度计、LHL-213烘箱，上海现代环境工程技术股份有限公司；W-77多彩涂料专用喷枪，上海岩田实业有限公司。

1.3 水性多彩涂料的制备

1.3.1 保护胶溶液的制备

保护胶溶液的组成见表1。

表1 保护胶溶液的配方

称取一定量的去离子水倒入搅拌罐中，将分散机的转速调至800～1200 r/min，再将称量好的保护胶GRAS B缓慢加入（以免发生结块），分散20～30 min即得保护胶溶液。

1.3.2 调色基础漆的制备

调色基础漆的配方见表2。

按配比在200～300 r/min的搅拌速率下将羟乙基纤维素加入水中，分散2～3 min后依次加入分散剂、润湿剂、消泡剂、颜填料，然后加入pH调节剂AMP95；随着混合液黏度的上升，将搅拌速率增大至1200～1 500 r/min，高速分散 15～30 min，细度达到要求后将搅拌速率降低至700～1 000 r/min；依次加入乳液和除增稠剂以外的其他助剂，随后加入保护胶溶液，最后加入适量增稠剂将混合液的黏度调至适宜，继续分散5～10min，即得调色基础漆。

1.3.3 连续相乳液的制备

连续相乳液的配方见表3。

表2 调色基础漆的配方

表3 连续相乳液的配方

按配比在200～300 r/min的搅拌速率下依次加入乳液和除增稠剂以外的其余助剂，最后加入适量增稠剂将乳液的黏度调至适宜，继续分散5～10 min，即得调色基础漆。

1.3.4 多彩涂料造粒的制备

多彩涂料造粒的配方见表4。

表4 多彩涂料造粒的配方

按配比在50～100 r/min的搅拌速率下依次加入去离子水和保护胶溶液，在低速率下加入各色色漆，根据色点大小调整合适的搅拌速率及切点时间，得到合适大小的色点后停止搅拌，即得多彩色粒子。

1.3.5 多彩涂料成品的制备

多彩涂料成品的配方见表5。

表5 多彩涂料的配方

将连续相乳液慢速加入各色色粒子中，在低搅拌速率（50～100 r/min）下用三叶桨搅拌混合均匀，将经去离子水稀释后的增稠剂缓慢加入，根据要求调整到合适黏度，低速（50～100r/min）混合 5～10min使其均匀，即得水性多彩成品漆。

2 结果与讨论

2.1 保护胶溶液的用量对渗色性的影响

水性多彩涂料制作的关键是：在基础色漆造粒过程中，保护胶在色粒子表面形成凝胶（包覆住色粒子），进而使基础漆中的物质及色浆不会外溢到连续相中，影响多彩的性能和色相。保护胶的主要成分为人工合成的硅酸镁锂，系三八面体层状硅酸盐矿物。由于其薄片层面带负电荷，端面带正电荷，分离后的薄片端面被吸引到另一薄片的层面，从而迅速形成三维空间的胶体结构（即卡片宫结构），起到保护色粒子的作用。其凝胶机理导致保护胶溶液受离子浓度的影响较大，如果配方离子浓度控制不好就会使卡片宫结构不够牢固，造成渗色等不利影响。保护胶GRAS B是经过特殊表面处理（有机改性），符合配方离子宽容度高、产品抗渗色优异要求的多彩产品原料。本研究通过实验得到抗渗色性能最佳的保护胶比例，其结果见表6。

表6 保护胶溶液用量对渗色性的影响

由表6可知，由于铁红、铁黄、炭黑本身的结构不同，所用的润湿分散剂不同，所以与基础漆及保护胶的相容性不同，造成保护胶添加量不同时样品的渗色程度也不同；但是在GRAS B质量分数达到9%时，除了铁红有轻微渗色外，其他两种色浆基本不渗色，而且继续增加GRAS B的量，渗色性改进不是太明显。此外，保护胶溶液添加量为9%时涂料轻微渗色，但不影响多彩涂料的整体色相。因此，基于成本考虑以及多彩涂料的稳定性，确定保护胶溶液GRASB的添加量为9%。

2.2 纤维素的种类和用量对贮存稳定性的影响

在保护胶添加量为9%时，通过三款羟乙基纤维素（451FQ、481FQ和EHM500），讨论了不同相对分子质量及处理方式对多彩涂料贮存1周（55℃下）稳定性的影响，其结果见表7。

表7 纤维素醚种类和用量对稳定性的影响

由表7可知，451FQ的添加量达到1.2%时色粒子碎点才较少，而481FQ的添加量为1%时碎点已经变少，但是这两种纤维素均不能避免色粒子变硬的现象。这是因为451FQ与481FQ均为乙基羟乙基纤维素，只是481FQ的相对分子质量大于451FQ，并没有改变纤维素与保护胶的交联情况。从表7中还可以看出，不管EHM500的添加量为多少，色粒子均不变硬，只是在其添加量达到1%时碎点变少。这是因为EHM500是经过疏水改性的纤维素，与保护胶的交联程度降低，所以，不会随着贮存时间的延长使色粒子变硬。综合考虑，选择纤维素EHM500的添加量为1.0%，此时得到的多彩涂料有较好的贮存性能。