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低档内墙乳胶漆配方设计思路

胡中源  邹鹏  罗先平  钟荆祥

摘要:中低档乳胶漆依然在建筑涂料中占据着重要地位,其涂膜主要仰仗耐擦洗性和遮盖力,试验从乳液、颜填料、助剂等方面分析了耐擦洗的影响因素,又给出了提高遮盖力的可行性方案。

关键词:乳胶漆  配方设计  思路

前言

随着人们的生活水平的提高和环保意识的加强,乳胶漆已经越来越多的应用到内墙装饰,但是从产品档次分布来看,无论是国内企业还是一线外资企业,中低档产品产量都占据绝大部分,大约占到了85%左右,其中最低档内墙工程类乳胶漆大约就占到50%以上,在部分国内乳胶漆生产企业其所占比重甚至达到80-90%。据预测按目前的发展趋势,今后十年这种状况也将改变不大。具体预测如图1。

图1乳胶漆各档次产品10年预测

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笔者多年来一直在涂料生产企业从事乳胶漆研发工作,在这方面做了一定的研究,笔者认为低档内墙乳胶漆配方设计的最核心的两个性能就是遮盖力和耐擦洗,因此如何在较低成本下提高耐擦洗和遮盖力是做好低档内墙乳胶漆的关键。

一、耐擦洗

乳胶漆的耐擦洗性是指乳胶漆漆膜承受蘸有洗涤介质(0.5%洗衣粉水)的刷子反复洗刷的而不被损坏的能力。该项技术指标对内墙涂料十分重要,其好坏直接关系到乳胶漆的黏结能力,耐污染性,耐久性等多项性能,新国标GB/T9756-2009也对内墙乳胶漆的耐擦洗性作了最低300次强制性的要求。影响乳胶漆耐擦洗的因素主要有乳液,颜填料,助剂:

1.乳液

乳液是低档乳胶漆中对成本影响最大的,目前涂料企业制作内墙乳胶漆采用的乳液有三大类:一种是纯丙烯酸酯聚合物乳液,简称纯丙乳液;一种是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液,简称苯-丙乳液;一种是醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液,简称醋-丙乳液。因为纯丙乳液价格较高,不适合做这类乳胶漆,因此笔者选取了目前最常用的国内外不同乳液厂家提供的苯-丙及醋-丙乳液样品,通过添加不同量的梯度实验给大家演示了不同公司不同品种不同牌号乳液添加不同的量对乳胶漆耐擦洗性的影响。配方选用市场上使用最多的高PVC乳胶漆,见表1。

配方ABCDEFGH
H2O340.0340.0340.0340.0340.0340.0340.0340.0
防腐剂1.01.01.01.01.01.01.01.0
润湿剂1.01.01.01.01.01.01.01.0
分散剂4.54.54.54.54.54.54.54.5
消泡剂1.01.01.01.01.01.01.01.0
丙二醇15.015.015.015.015.015.015.015.0
钛白粉25.025.025.025.025.025.025.025.0
填料450.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0
HEC增稠剂5.55.55.55.55.55.55.55.5
H2O20.020.020.020.020.020.020.020.0
PH调节剂1.01.01.01.01.01.01.01.0
H2O40.035.030.025.020.015.010.05.0
乳液样品75.080.085.090.095.0100.105.0110.0
成膜助剂4.55.05.56.06.57.07.58.0
消泡剂1.01.01.01.01.01.01.01.0
H2O15.515.014.514.013.513.012.512.0
总量10001000100010001000100010001000

本次实验总共选用了六个公司的十二支乳液,按照GB/T9266-88检测,其中W1,W3,W6,W9,W10为醋丙,其余为苯丙,其结果如下:

表2、6个公司的12支乳液试验结果

ABCDEFGH
W123526595125165290  365
W275125146230290325570920
W32042308095150230305
W472135143230200330670﹥1000
W585108174155190220285380
W65054607555170250290
W795129222250370500﹥1000﹥1000
W886152146176197336590﹥1000
W9304650130125170220260
W10375267146150250230320
W11110203323425810﹥1000﹥1000﹥1000
W1298140285370580700﹥1000﹥1000

由此可以看到,正常情况下,醋-丙乳液需要加到11%或以上能成为国标合格品,这样成本较高,不适合做此类低档内墙乳胶漆。不同公司的苯-丙乳液的耐擦洗区别较大,从实验结果看正常情况下添加到10%都能达到国标合格品要求,其中国外某支采用avance平台技术的乳液W11在添加8.5%的情况下就能达到国标合格品,是做此类低档内墙乳胶漆的不错选择,但该乳液存在后增稠较严重的缺陷,需要通过增稠剂的选择(比如采用羟乙基纤维素增稠)及分散剂的搭配(如采用聚羧酸盐和磷酸盐类配合使用)加以解决。而某支以耐擦洗见长的国产乳液W12也能在加到9%通过国标,也可以作为选择。也有理论提到通过乳液厂商对乳液粒径控制及成膜温度降低,如由原0.2微米粒径降到0.1微米,这样乳液包裹能力将加强,可以提高耐擦洗,但是笔者通过对比发现细粒径的乳液虽然可以减少成膜助剂和增稠剂的用量,但是对耐擦洗的提高不明显。

2.颜填料

因为中低档次的乳胶漆多是白色,因此主要可供选择的就是金红石钛白粉,锐钛钛白粉和立德粉,理论上金红石型钛白粉的折射率是2.76,锐钛钛白粉折射率是2.55,立德粉折射率是1.84-2.0,似乎相差不是很多,但是通过实验发现,大致来说一份金红石钛白粉≈1.4-1.6份锐钛钛白粉≈5-6份立德粉,按目前的价格看立德粉没有任何性价比优势,因此不被采用。锐钛钛白粉和金红石型钛白粉从遮盖力和成本角度看都能采用,但是因为一般锐钛钛白的表面未经处理,不能直接分散到要求的细度,因此更倾向于采用金红石型钛白。因为成本的限制,钛白粉的用量基本是固定的,通过对比分析市场上诸多该档次内墙乳胶漆,发现基本都相当于金红石型钛白粉的用量在2-5%之间,因用量少,对耐擦洗的影响有限。

填料在低档内墙乳胶漆中用量很大,一般在45-50%,因此耐擦洗的影响也很大,我曾经在《浅析影响内墙乳胶漆耐擦洗的几个主要因素》一文中通过实验分析得出了乳胶漆的耐擦洗性和颜填料的结构性质和目数有关系,针状和片状结构的颜填料比球状结构的颜填料耐擦洗性更好,其中又以针状结构填料耐擦洗最好;相同性质填料,低目数的耐擦洗性远好于高目数,其原因可能是低目数填料混合在很细的钛白粉起到了填充骨架作用;本实验还发现亲水性的强弱对耐擦洗性影响很大,同为高岭土,经过表面处理的煅烧高岭土的耐擦洗性好于亲水性强的水洗高岭土,重质碳酸钙的耐擦洗优于轻质碳酸钙。但吸油量的大小和乳胶漆的耐擦洗性没有必然联系,比如相同添加4%条件下吸油量210的超细硅酸铝比吸油量16的立德粉耐擦洗性还好,吸油量高的煅烧高岭土耐擦洗优于轻质碳酸钙等。在低档内墙乳胶漆中综合考虑成本等因素,可以采用低目数重钙为主(600目或800目),搭配少量高目数(1500目)重钙,加入6-10%煅烧高岭土以提高干遮盖力,再配合5-8%的滑石粉(或硅灰石),利用滑石粉(或硅灰石)的针状结构以提高耐擦洗,滑石粉(或硅灰石)目数以800-100目为宜。

3.助剂

低档内墙乳胶漆中因综合成本考虑助剂用量相对较少,选择有限,因此影响有限。有资料显示通过分散剂,润湿剂,增稠剂的搭配组合增加浆料与乳液相容性和稳定性可以提高耐擦洗,但是笔者通过对比试验,发现在用量不变的情况下影响不大。

二、遮盖力

遮盖力是指涂料完全遮盖其涂层下物面的能力,在乳胶漆中主要通过对比率体现,国标GB/T9756-2009的最低要求是0.90。钛白粉是乳胶漆中提供湿遮盖力的最主要原料,也是低档乳胶漆中对成本影响仅次于乳液的原料,因此如何在钛白粉固定的情况下提高钛白粉的分散性以提高遮盖力意义重大。

首先钛白粉的选择,通过前面分析确定了采用金红石型钛白粉,我们知道颜料颗粒的大小对其遮盖力有很大影响,工业品金红石型钛白的粒径一般在0.1-0.5um,通过光波衍射原理我们知道,在0.15um左右时钛白粉的遮盖最好,超过0.4um以后遮盖力急剧下降。另外杜邦公司介绍在高PVC乳胶漆中采用厚包覆层的R931遮盖力好,但是笔者通过实验,发现与好的国产金红石型钛白比并不具有太多优势。现在国产金红石钛白粉除了明亮度,无论分散性和遮盖力都能满足低档乳胶漆的要求,达到综合性价比考虑选择国产金红石钛白粉。

 其次要选择能较好附着钛白且和树脂相溶性好的分散剂,钛白粉表面一般用Al2O3处理。亲水、呈轻度弱碱性,磷酸、碳酸键容易附着在钛白表面。分散剂如图:

201203281147251095.jpg

 “-R”结构与树脂结构相似,相容性好,不同分散剂中可设置不同“-R”官能团与树脂相容,即含多官能团的分散剂,分散钛白最好的分散剂是既含酸键、又含-NH键。应避免使用大分子量增稠剂,(因分子量大,易自己建立空间,使钛白排散,引起钛白粉的体积絮凝),一般碱溶胀型增稠剂,含有大量COO-,分子量大,可使钛白粉互相连接,引起絮凝,因此增稠剂尽量采用非离子的小分子量的羟乙基纤维素。

生产工艺的控制对钛白粉的分散也很重要,钛白表面处理较多使用Al2O3,PH小于6小时,钛白表面带正电,PH大于7.5小时,钛白带负电,因此钛白粉的最佳分散PH值在6.5-7.0,PH值偏高时,可以有很好的分散,但无好的附着力,且体系可能不稳定,因此最好在分散完钛白粉体后,加入纤维素分散至完全溶解,再加入PH值调节剂。如果条件允许的话,最好单独分散钛白粉。

低档乳胶漆的另外一个提高遮盖力的办法是提高PVC,提高漆膜中空气孔隙率,通过填料与空气的折光指数差来提高干遮盖力。通过多加粉体(如国内某些企业常把填料加到50%甚至55%)来获得高的PVC虽然对干遮盖力有帮助,但是这样配方中自由水减少,影响涂刷面积和施工性,并且影响耐擦洗,因此在耐擦洗合格的情况下,通过减少乳液含量来提高PVC以增加遮盖力是个较好的选择。笔者通过实验,此类低档乳胶漆的粉体总量控制在45-50%,PVC控制在76-82%比较好。另外可以通过粗细粉体的搭配来降低CPVC,有资料显示通过颜填料粗细搭配控制空隙空气直径在0.3微米,能起到最佳遮盖效果,并且降低侧角光,可以改善施工性能。

另外,通过吊色,即加少量着色颜料(原来一般是加群青,现在常采用紫色浆)来提高遮盖力,白漆经吊色后目测似乎更白了,打对比率也可以更高,主要是吊色后漆膜亮度降低了,使之与底材的黑白反差更接近,使人目测不易辨别,因而显得遮盖力更高。也可以通过采用亮度更低的填料(比如水洗高岭土),或者直接加入少量铁黄或铁黑色浆来降低漆膜亮度提高遮盖力,使之更接近底材颜色,这在实际施工中的效果更为明显。

三、结论

低档内墙乳胶漆虽然造价低廉,但是销售量大,应用广泛,如何做到更好的性价比,更方便的生产,更好的施工宽容性还是需要下不少功夫。因为助剂搭配异常繁复,鉴于篇幅本文主要从遮盖力和耐擦洗这两个最主要性能分析了低档内墙乳胶漆的配方设计思路。

1.通过正交对比实验,优选出粒径细,对粉料包覆好,用量最低的能达到耐擦洗要求的乳液。通过分散剂的搭配提高乳液和分散浆料的相容性和稳定性。

2..通过填料的选择,选用部分针状结构填料以提高耐擦洗,并通过填料的粗细搭配,控制漆膜的空隙空气直径来提高遮盖力,改善施工性能。

3.通过钛白粉的选择,增稠剂的配套,润湿分散剂的搭配来提高钛白粉的分散性,以提高遮盖力。

4.控制好合适的PVC以提高漆膜的干遮盖力。

 5.通过吊色来降低漆膜亮度,使之更接近底材颜色,来提高遮盖力。

文章摘选自《中国涂料》2010年第25卷11期 

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