亮色系建筑涂料色浆的研制及应用

2020-05-18薛小倩刘洪亮楚会来杨从友

上海涂料 2020年2期

薛小倩，刘洪亮，楚会来，杨从友

（河北省水性涂料工程技术研究中心，河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定 072550）

0 引言

涂料赋予建筑、桥梁、船舶以及我们使用的电脑、手机等以丰富的色彩，而这些色彩的呈现则完全得益于着色剂。目前，涂料的着色也从直接使用颜料逐步发展到采用通用色浆，色浆的主要功能是赋予涂料色彩，随着涂料体系向多元化方向发展，不同体系下色浆的应用环境有很大区别，对色浆的要求也各不相同。

每个涂料厂家的产品从原材料到配比都千差万别，因此对不同厂家色浆的匹配性需要严格测试之后才能投入使用，但是在测试过程中总会有几只色浆在匹配性上不能很好地满足需要；同时在竞争日益激烈的涂料市场，颜色的搭配越来越开放，亮色系色浆的需求也随之增多，在保证色漆性能的前提下，价格优势在竞争中的地位不断凸显。目前市场上通用色浆产品的性能和价格都处于相似水平，对于建筑工程产品，亮色系涂料的价格优势显得越来越重要，外墙亮黄色系涂料色浆价格在130～150 元/kg，外墙大红色系涂料色浆价格在160～180元/kg，外墙橙色系涂料色浆价格在290～320 元/kg，中深色亮色系涂料色浆加价在1～18元，有时甚至比涂料价格还高，这阻碍了工程投标竞争以及应用，因此，研发性价比高的亮色系建筑工程色浆成为了必然趋势。

1 试验部分

1.1 试验配方

试验配方见表1。

表1 试验配方Table 1 The experimental formula

1.2 试验仪器

电子秤、分散机、研磨罐、震荡机、石棉板、短毛辊子。

1.3 制备方法及测试方法

在备料罐中加入称量好的水，在400～500 r/min的转速下，依次加入防沉剂、pH 调节剂、分散剂、杀菌剂、消泡剂、保湿剂，搅拌均匀后，提高转速至700～800 r/min，缓慢加入称量好的颜料，搅拌均匀后，高速（1500～1800 r/min）搅拌5 min，将混合均匀的颜料浆倒入研磨罐中，加入锆珠，置于震荡机中研磨30～40 min，至浆料细度在15～20 μm，即合格。

按GB/T 21090—2007《可调色乳胶基础漆》中的相容性测试方法测试自制色浆与现有基础漆的相容性；按HG/T 3951—2007《建筑涂料用水性色浆》对自制色浆进行物理性能测试；按GB/T 9755—2014《合成树脂乳液外墙涂料》对自制色浆用于涂料调色后的涂料性能进行测试。

通过在腻子板上辊涂色漆，测试该色浆在施工应用中对面漆的雨痕、接茬等弊病的影响。

2 结果与讨论

2.1 色浆及涂料的性能

自制水性色浆及其涂料涂膜的性能检测结果见表2。

表2 自制水性色浆及其涂料涂膜的性能检测结果Table 2 Performance test results of self-made water-based colorants and coating film

2.2 颜料的选择

2.2.1 亮黄色系颜料

亮黄色系的颜料分为有机和无机两类，外墙有机黄颜料索引为PY154，市场价格为200 元/kg 左右，制备色浆成本较高；外墙无机颜料铬黄PY34 的遮盖力、耐候性、彩度等均较高，价格在几十元左右，性价比高，但是由于其含有致癌物质铅，因此国家立法禁止该颜料的使用；无机混晶系列颜料应运而生，其中钛镍黄PY53 为金红石晶型，具有优异的耐光、耐候、耐化学品性，无渗色和迁移，同时价格在80 元/kg左右，性价比高，健康环保，是自制建筑工程色浆的最佳选择。

2.2.2 亮红色系颜料

亮红色系的颜料主要为有机类，对于建筑领域，再细分为内墙红和外墙红，内墙红常用PR112 系类，其颜色鲜艳，着色力高，但是耐候性差，不能用于外墙涂料；外墙红常用PR254 红，其色泽鲜艳，着色力强，耐热性好，耐晒性能优良，耐溶剂，无迁移性，但价格较高，在150 元/kg 左右。通过试验测试，PR170 的耐候性、耐酸碱性等指标也能满足产品需要，价格在100 元/kg 左右。

2.2.3 橙色系颜料

橙色系的颜料也分为有机和无机两类，有机橙常用吡咯并吡咯DPP（颜料橙73），市场价格在300～400 元/kg 左右，色浆价格在500 元/kg 左右，调色成本高昂；无机橙常用钼铬橙颜料（颜料红104），它是一种含钼酸铅、铬酸铅和硫酸铅的无机颜料，颜色鲜明，遮盖力及各种主要耐性指标均甚优良，价格在25 元/kg 左右，但由于其含有致癌物质及重金属，被国家立法禁止使用。经过对比筛选，本研究选用单偶氮颜料橙P.O34，其颜色鲜艳，着色力强，耐光、耐候性良好，可替代钼铬橙颜料，价格在120 元/kg左右，性价比较高。

2.3 润湿分散剂的选择

润湿分散是色浆生产的核心，同时也对调色后色漆的相容性及施工性有重要影响，因此选择合适的润湿分散剂及其最佳加量成为了关键点。

润湿分散剂通过排除颜料表面吸附的水和空气，改变其极性，降低固/液之间的界面张力，使颜料粒子能够快速、完全地被润湿，并使颜料分散体系稳定。

图1 是含高颜料亲和基团的有机改性聚丙烯酸酯分散剂和传统分散剂对色浆贮存稳定性的影响。

图1 不同分散剂对色浆贮存稳定性的影响Figure 1 Effect of different dispersants on storage stability of color paste

从图1 中可以看出，含高颜料亲和基团的有机改性聚丙烯酸酯分散剂对色浆的贮存稳定性好，体系黏度变化小，其不需要添加研磨树脂，不含VOC（挥发性有机化合物）和有机溶剂，通过空间位阻稳定作用使颜料解絮凝，可得到低黏度、高固含量的浆料，同时具有优异的开罐效果和流动性；而传统分散剂制备的色浆黏度不断升高，甚至发生硬沉淀。

考察含高颜料亲和基团的有机改性聚丙烯酸酯分散剂（A）和传统分散剂（B）对色浆相容性的影响。试验方法为以同一批次白漆为标准，加入3%的自制色浆，搅拌均匀后，用250 μm 涂膜制备器在DD 卡纸上制备均匀涂膜，在涂膜表干前，指研有明显阻力时，用食指指腹在涂膜上匀速研磨15～30 次，研磨出直径30 mm 的无露底区域，自然干燥24 h，用色差仪测试指研区域和未指研区域的色差，色差越大，则色浆相容性越差。

试验结果表明，分散剂B 使大红、橙色色浆在基础漆中的相容性较差，色差均在2.5 以上；而分散剂A 的应用则能明显改善色浆和基础漆之间的相容性，色差在0.5 以内，因此，选择合适的分散剂对色浆的相容性影响很大。

考察含高颜料亲和基团的有机改性聚丙烯酸酯分散剂（A）和传统分散剂（B）对色浆在基础漆中耐雨痕性的影响。试验方法为以同一批次白漆为标准，加入6%的大红色浆，搅拌均匀后，在已经批刮好外墙腻子、辊涂抗碱底漆后的基材上施涂2 道色漆，养护7 d 后，用水喷淋2 h，自然干燥后，观察涂膜外观是否均匀。

试验结果表明，分散剂B 的使用导致涂膜出现严重的雨痕、发花问题，而分散剂A 的应用则能明显改善涂膜的雨痕问题，外观均匀一致，因此在选择分散剂时，测试涂膜的耐雨痕性能也是首要考虑的问题之一。

分散剂加量对色浆及涂膜性能的影响见表3。

表3 分散剂加量对色浆及涂膜性能的影响Table 3 Effect of different dispersant additions on the performance of color paste and coating film

由表3 可见，随着分散剂用量的增加，色浆的细度越来越低，但是涂膜的耐水性也越来越差，分散剂用量过高，会影响涂膜的耐水性等性能；分散剂用量过低，会影响色浆的分散性和贮存稳定性，试验结果表明，分散剂的最佳用量为颜料量的40%。

2.4 消泡剂的选择

由于颜料间的空气以及润湿分散剂的活性，导致色浆在分散过程中极易产生气泡，影响了色浆的制备、研磨、包装及使用，因此，要求选用的消泡剂在较宽的pH 及温度范围内具有快速的消泡效力和抑泡功能。常用的两类消泡剂为矿物油类和硅酮类，矿物油类消泡剂在水中的相容性较低，对中、高光涂料会造成严重的失光问题，而疏水或者部分亲水的聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂，具有非常强的展布特性，不会影响涂膜光泽，与体系相容性好，是首选的消泡剂。

2.5 其他助剂的选择

随着时间的推移，颜料颗粒会聚集在一起，发生沉降，防止颜料沉降的常用方法是添加流变助剂，在低剪切速率状态下建立触变结构。这种结构是疏松的网络结构，稍受剪切力就会遭到破坏，黏度变小。剪切力撤去，又迅速恢复原有结构，黏度增加，能使颜料颗粒悬浮而不沉降。常用的流变助剂有有机膨润土类、气相二氧化硅、蓖麻油衍生物和聚乙烯蜡等。

水性色浆中的水是生命之源，构成了微生物的生存条件，微生物繁殖生长会导致色浆霉变、黏度降低、色浆絮凝等弊病，因此必须添加防霉杀菌剂。

色浆生产完毕后，虽然进行了包装处理，但是在使用过程中为便于使用经常会敞口放置，色浆表层会出现结皮的现象，影响色浆在涂料中的分散性，因此需要添加保湿剂，常将纤维素和丙二醇搭配使用。