含砂多彩涂料彩粒大小与形状的影响因素研究

2019-10-15黄祖炜石小龙亚士漆上海有限公司上海201717

上海涂料 2019年5期

黄祖炜，石小龙，祁波（亚士漆（上海）有限公司，上海 201717）

含砂多彩涂料作为市场上新型的仿石饰面涂料，其独特的毛面仿石效果逼真、美观；而具有相似凹凸面效果的真石漆质感打底，喷涂平面水包水效果，其工艺复杂，成本较高。相比较之下，含砂多彩涂料既符合低VOC（挥发性有机化合物）含量的环保要求，在装饰效果上又有独特的仿石特色，在外墙涂料中的应用越来越广泛［1-6］。

含砂多彩涂料在水包水多彩涂料的基础上开发而成，虽然有较多的借鉴经验，但由于添加了相对密度较大的砂子，在粒子形态、贮存稳定性、施工顺畅性方面一直存在不少问题。本研究重点讨论了影响含砂多彩涂料彩粒大小与形态，以及后续稳定性的因素，如保护胶的浓度，基础漆中纤维素的种类、含量，以及砂型的级配等。

0 引言

1 试验部分

1.1 原材料

丙烯酸酯乳液RS-2788，巴德富；丙烯酸乳液BLJ-9385，保利佳；DP-80，杜普利；羟乙基纤维素HBR250，亚什兰；缔合型乙基羟乙基纤维素EHM500，阿克苏诺贝尔；钛白粉R-699，龙蟒佰利联；保护胶S-482，浙江丰虹；砂子、其他水性助剂，市售。

1.2 仪器设备

SFJ-400高速分散机、STM-V斯托默黏度计，上海现代环境工程技术有限公司；多彩涂料专用喷枪W-77，上海岩田实业有限公司。

1.3 含砂多彩涂料的制备

1.3.1 配方

当HBR250与 EHM500分别占基础漆的0.8%与0.2%时，含砂多彩涂料的彩粒稳定性较佳，且具有较好的后期贮存稳定性。

表1 含砂多彩涂料的配方Table 1 The formulation of multicolor coatings containing sand

基础漆制备：按照基础漆配方，在反应釜中依次加入原材料至粉料结束，高速分散30 min；调至中速，加入剩余助剂及乳液，匀速分散10 min，加入消泡剂、增稠保护胶S-482（7%），低速分散5 min后，将基础漆黏度控制在120～130 KU，加入不同粒径砂子，分散均匀备用。

1.3.2 制备工艺

本研究选择短链纤维素HBR250与长链纤维素EHM500搭配使用，测试结果如表3所示。

连续相乳液制备：按照配方依次加入去离子水、乳液、各种助剂，中速搅拌均匀，检测连续相黏度至110～120 KU，放置备用。

保护胶的结构示意图如图1所示，为直径25 nm左右、厚度1 nm的圆柱状纳米结构，在圆表面带负电荷，柱边缘带正电荷。

成品漆的制备：将基础漆按色点比例调成不同色彩，以m（调色基础漆）∶m（造粒保护胶）∶m（连续相乳液）=48∶22∶30的比例将调色基础漆加入造粒保护胶中，分散盘切割造粒，然后加入剩余比例的连续相乳液，制得含砂多彩涂料。

2 结果与讨论

2.1 造粒保护胶浓度对含砂多彩粒子的影响

多彩保护胶是一种纳米级人工合成硅酸镁锂，具有良好的分散稳定性，其分子式为Na0.3+xLi0.3+yMg2.7-ySi4O10（OH）2，其中0≤x≤0.4，0≤y≤0.2。

水仙芝的心是稚嫩的，没往深处想。在她看来，蒋海峰是班长，找她是正常的。而蒋海峰跟她谈话，也是从班上的事情谈起。面对蒋海峰侃侃而谈，水仙芝保持沉默，偶尔微微一笑。

施工区域油层划分为六个不同区带，已燃区、燃烧带、结焦带、蒸发区、轻质油带、富油带和未受影响区。物理化学反应主要集中在蒸汽区（热蒸馏），结焦区（高温热裂解），燃烧区（高温氧化）。

3) 阜石路与杨庄东街交叉口：从阜石路汇入杨庄东街的车辆较多，且未同下游晋元庄路和苹果园南路口形成协调控制，因此造成拥堵比较严重.

图1 保护胶的结构示意图Figure 1 The structure schematic of protective colloid

本研究使用的保护胶S-482是一款有机改性的硅酸镁锂，其中添加了一价的阳离子，在分散过程中发生水合作用，片层的硅酸镁锂在大量渗透水的作用下，层与层之间的间距变大，大量的片层硅酸镁锂在水中游离，同时由于片层的上下层面带有负电荷，而端面带有正电荷，互相吸引、接搭形成新的三维立体结构——“卡屋结构”。水合过程如图2所示。

图2 保护胶水合形成“卡屋结构”的过程Figure 2 The process of protective colloid form“House of Cards”structure

基础漆在调色之后会加入部分的保护胶，起到抗渗色的作用，试验中选用7%浓度的保护胶，一是考虑造粒保护胶与基料保护胶统一，便于生产；二是考虑基础漆中保护胶与纤维素需要有一定的结合效果，设计不同基料保护胶用量，考察其对含砂多彩涂料黏度的影响，结果见图3。由图3可见，随着基料保护胶用量的增加，含砂多彩成品漆在贮存过程中黏度明显上升，这个现象在低温贮存过程中更加突出，这是由于在低温状态下连续相乳液中的增稠剂链段缠绕导致体系黏度增大。

图3 含砂多彩涂料黏度随贮存时间变化的曲线（不同贮存温度）Figure 3 The viscosity curve of multicolor coatings containing sand varied with time（different storage temperatures）

基料保护胶不同用量对含砂多彩涂料彩粒的影响见表2。

表2 基料保护胶不同用量对含砂多彩涂料彩粒的影响Table 2 The effect of different amount of base protective colloid on the color particles of multicolor coatings containing sand

由表2可见，随着基料保护胶用量的增加，保护胶形成的“卡屋”效果增强，导致在基础漆中与纤维素的结合更强，在粒子的周边形成更加致密的保护膜，彩粒的抗渗色能力变强，与此同时，由于更强的结合效果，导致含砂多彩粒子在贮存之后发生较为明显的变化，喷涂图案与初始留样相比变小，这是由于当保护胶用量过多时，在长期受热的条件下，保护胶与纤维素及某些具有反应性的助剂发生交联，导致含砂多彩粒子内应力过强，正常的施工气压无法使之展开，导致粒子变小。

为了进一步了解元素Mg的心部宏观的偏析及衰退情况，对试块表层快冷部分及心部慢冷部分取样做化学分析，测试结果未见明显宏观偏析和衰退。Mg的衰退不明显，这是由于Mg的衰退与Mg氧化有关，进入型腔的铁液在还原气氛下Mg的衰退可以忽略不计，因此笔者认为相关教科书中所述厚大球墨铸铁件必须采用高的残余Mg的说法有必要进一步论证，实际上在厚大球墨铸铁件上的残余Mg控制笔者不主张高的Mg含量，控制在wMg＝0.035%～0.045%即可。Mg、RE的测试结果见表4。

2.2 纤维素对含砂多彩涂料彩粒的影响

纤维素在含砂多彩涂料彩粒成型中起关键性作用，主要表现为以下两个方面：（1）为基础漆提供较高黏度，方便制备彩色粒子；（2）与基料保护胶溶液中的硅酸镁锂发生“凝胶化”反应，即对保护胶水合形成的“卡屋”结构进行加强，纤维素与保护胶发生交联反应（图4），将原本“亲水”的调色基础漆转化成“疏水”的，在外表面形成一层致密的不溶于水的膜。因此纤维素的种类及用量不仅通过影响基础漆的黏度而影响粒子的状态，同时对粒子的抗渗色性能以及粒子后期的稳定性也有较大影响。

图4 纤维素与保护胶发生交联反应的过程Figure 4 The process of crosslinking reaction between cellulose and protective colloid

保护胶制备：控制去离子水水温不低于25 ℃，投入定量的S-482，加入杀菌剂，高速分散30 min，完全溶解后放置备用。

表3 纤维素不同配比对含砂多彩涂料彩粒的影响Table 3 The effect of different ratio of cellulose on the color particles of multicolor coatings containing sand

在配方中加入EMH500后，色点厚度轻微变厚，干膜的凹凸感及砂感得到了一定的提升，但随着EMH500用量的增加，热贮存后的彩粒状态由添加初期的“较明显变厚”变为“明显变厚”，即热贮存稳定性变差，且随着EMH500用量的增加，涂料的可施工性变差。

当基础漆保护胶用量为6%时，含砂多彩涂料的抗渗色性、后期贮存稳定性，尤其是低温贮存稳定性较佳。

含砂多彩涂料的配方见表1。

利用GPS定位技术，以1∶5 000地形图和土壤图为工作底图，在作物收获后采用网格法进行样品的采集，采样路线按“S”形，采样深度20厘米。将5点采集的土样混合，采用四分法取样品1公斤。样品待自然风干后去除石块及植物根系，粉碎、过20目筛。过筛后分取50～100克样品继续研磨并过100目筛，装入瓶中储藏待用。