用于多彩罩面的水性亚光清漆的研制

魏桂芳，吴陶俊，孙 岩，陈 苗 （沈阳城市建设学院土木工程系，沈阳110167）

摘要：运用控制变量法,对乳液、消光粉、纤维素及分散剂进行优选,并优化了流变体系的搭配,研制出一种通透性、耐水性优良的水性亚光清漆。结果表明,在(25±2)℃时,体系黏度较低,贮存稳定性良好,在(50±2)℃贮存30 d未发生消光粉沉降现象。

关键词：水性亚光清漆 多彩涂料 通透性 稳定性

水性多彩涂料通过一次喷涂便可同时展现类似花岗石或大理石的多种色彩互相交错的装饰效果，是近年来建筑外墙饰面材料选择的热点。但水性多彩仿石涂料体系自身的综合性能（如耐水性、耐候性、耐擦洗性、耐污性等）与天然石材相差甚远。清漆是涂覆在水性多彩涂层之上，能提供防水、耐候、耐擦洗、耐污等功能的涂层，在提高涂装体系整体寿命的同时并不影响水性多彩涂层的装饰效果。清漆有高光与亚光之分，亚光清漆因能为水性多彩涂层带来典雅庄重的装饰效果而更受市场青睐。单组分丙烯酸水性亚光清漆符合环保要求，施工安全简单，耐候性优异，是水性多彩涂层配套清漆的首选体系。但为了实现亚光效果，在体系中添加消光粉，易使漆膜通透性、耐水性变差，影响多彩涂层色彩展现，同时易出现体系稳定性变差、消光粉沉降等问题。本文通过优选乳液、消光粉、纤维素及分散剂，并通过试验优化流变体系的搭配，提高了漆膜的通透性、耐水性，并有效改善了消光粉的沉降问题和体系的贮存稳定性。
１ 实验部分
１. １ 主要原料
赢创德固赛ＡＣＥＭＡＴＴ^® ＯＫ６０７ 消光粉；陶氏润湿剂ＢＤ-１０９；圣诺普科消泡剂ＮＸＺ；伊士曼成膜助剂Ｔｅｘａｎｏｌ；索尔杀菌防腐剂ＲＳ；亚什兰纤维素Ｐｌｕｓ３３０；亚跨龙纤维素ＨＢＲ２５０；科莱恩纤维素ＨＳ３００００；金鼎详聚氨酯型增稠剂ＴＲＭ００３；陶氏碱溶胀型增稠剂ＴＴ-９３５；陶氏ｐＨ 调节剂ＡＭＰ-９５；保立佳乳液９３０１；陶氏乳液ＴＸ１００；巴德富乳液２５２０ＤＣ；万华乳液８０８６；李文甲乳液８３３６；陶氏分散剂ＣＡ２５００；巴斯夫分散剂ＧＡ４０；海明斯·德谦分散剂Ｗ５１８。
１. ２ 主要器材
ＳＤＦ４００ 实验分散砂磨机、ＳＴＭ-Ⅴ斯托默黏度计、ＷＧＧ-６０ 光泽度仪：上海现代环境工程技术股份有限公司；ＣＳ１０１２ 电热鼓风干燥箱：北京中兴伟业仪器有限公司。
１. ３ 水性亚光清漆的制备
水性亚光清漆的配方如表１ 所示。

在容器中加入部分去离子水，然后置于实验分散砂磨机下，在转速２００ ～ ３００ ｒ／ ｍｉｎ 下加入纤维素，缓慢加入ｐＨ 调节剂，适当提高转速至５００～６００ ｒ／ ｍｉｎ，依次加入分散剂、润湿剂、消泡剂、消光粉，调整转速至１ ８００～ ２ ０００ ｒ／ ｍｉｎ，分散３５ ｍｉｎ；加入适量去离水降温，降低转速至４００～５００ ｒ／ ｍｉｎ，加入乳液，缓慢加入成膜助剂、消泡剂，将防腐剂兑入５ 倍水稀释后缓慢加入，缓慢加入聚氨酯型增稠剂，提高转速至６００～７００ ｒ／ ｍｉｎ，碱溶胀型增稠剂兑入５ 倍水稀释后缓慢加入，加入余量去离子水，继续搅拌１０ ｍｉｎ 即可。
１. ４ 性能测试
１. ４. １ 黏度
用ＳＴＭ-Ⅴ斯托默黏度计按ＧＢ／ Ｔ ９２６９—２００９测试黏度。
１. ４. ２ 光泽
用１００ μｍ 湿膜制备器在光洁平整的白纸板上制膜，用ＷＧＧ-６０ 光泽度仪按ＧＢ １７４７—１９７９ 测试光泽。
１. ４. ３ 漆膜的外观及通透性
漆膜的外观参考ＨＧ／ Ｔ ５０６５—２０１６ 中的５.４.６，用１００ μｍ 湿膜制备器在透明玻璃板上刮涂１ 道，涂膜均匀细腻不发花，则评定为“正常”。
将制备所得的清漆辊涂于多彩涂层上，若不影响多彩涂层色彩的展现，则评判为通透性优良；若会阻挡多彩涂层色彩的展现，则评判为通透性差。
１. ４. ４ 贮存稳定性
按ＧＢ／ Ｔ ６７５３. ３—１９８６ 进行测试，１５ ｄ 后取出晾至室温，记录分层及沉淀情况：用钢尺测量清漆液面的总高度及分层高度，以分层高度占清漆液面总高度的比例来表征分层程度。用调漆刀缓慢探入漆的底部，检查是否有沉淀，并判断是硬沉淀还是软沉淀。
１. ４. ５ 漆膜耐水性
漆膜耐水性参考ＧＢ／ Ｔ １７３３—１９９３ 中甲法进行测试，为了便于观察漆膜的泛白情况，进一步将制备所得的清漆辊涂于多彩涂层上，在２５ ℃ 环境中干燥２４ ｈ，漆膜上倒扣透明一次性水杯，并将杯口与漆膜密封，除去杯底向杯内注水，观察下层多彩涂层泛白情况，并指抠评判漆膜浸水硬度。

２ 结果与讨论
２. １ 乳液的选择
用于多彩涂层的清漆要求具有优异的耐水性、耐碱性、耐光性、耐候性、耐温变性及适当的硬度和成膜致密性，因此其成膜物质以Ｔｇ 值较高的纯丙乳液或硅丙乳液为佳。目前大多数多彩涂料采用的是保护胶体系，该类体系最大的缺点是耐水性差，所以清漆的耐水性显得尤为重要。实验选择了市面上常用的５ 种罩面乳液制备亚光清漆，所得的漆膜性能见表２。

由表２ 可知，乳液Ｅ５ 制得的漆膜发雾、通透性差，严重影响多彩涂层色彩的展现，而且漆膜的耐水性亦很差；乳液Ｅ３ 制得的漆膜耐水性最好，但漆膜发雾、通透性差；乳液Ｅ１、Ｅ４ 在外观及漆膜耐水性方面均有不错表现， 但是热贮存后存在轻微分层的缺陷。这是由每种乳液聚合过程中使用的乳化剂、乳液聚合方式及单体残留量不同造成的。综合考虑各项因素，乳液Ｅ２ 不仅可使漆膜获得细腻的外观和优良的通透性，同时兼具良好的耐水性及热贮存稳定性，因此选择乳液Ｅ２ 作为实验中多彩亚光清漆的成膜物质。
２. ２ 消光粉的选择
添加消光粉是目前制备亚光清漆的主流方法，其机理是在成膜后形成凹凸不平的表面，破坏漆膜的光滑性，增大表面微观粗糙度，通过增强漆膜对可见光的散射并减少对光的反射来达到降低光泽的目的。一般来说，同等添加量的情况下，消光粉的平均粒径越小，漆膜的通透性越好。这是因为消光粉的平均粒径越小，散射可见光越少，大量入射光线因发生绕射而透过消光粉，漆膜的通透性便越好，但相应地消光效率也会降低。
经过有机蜡处理的消光粉吸油量小，易分层沉降，是软沉淀；未处理的消光粉吸油量大，触变大，不易分层沉降，沉降易产生硬沉淀。蜡处理的消光粉，会比等量的未处理的消光粉的消光效率要低一些；而未处理的消光粉，比等量的蜡处理的消光粉的通透性要好一些。
消光粉为内部有许多孔隙的海绵状结构，其孔隙越多，单位质量内颗粒数量越多，则消光效率也就越高。水性亚光清漆黏度较低，因此要求消光粉的吸油量尽可能小，有利于在水性体系中分散。基于上述因素的考虑，本实验选用的消光粉为ＡＣＥＭＡＴＴ® ＯＫ６０７（以下简称ＯＫ６０７），其特点在于：经蜡处理，平均粒径非常小，易分散，所以具有优异的表面平滑度及通透性，在清漆这种较薄的涂层体系特别适用。
２. ３ 乳液用量及消光粉添加量的确定
漆膜的光泽与乳液用量息息相关，乳液用量又决定着漆膜的性能，同时乳液用量越高，消光也越困难。通过试验验证，乳液用量在４５％可使漆膜的性能有所保证，消光也不会太困难。在此乳液用量的前提下，实验考察了消光粉ＯＫ６０７ 的添加量对漆膜光泽的影响，结果如图１ 所示。

由图１ 可看出，ＯＫ６０７ 可有效降低漆膜的光泽，添加量小于２％时，随着添加量的增加漆膜光泽下降明显；当添加量在２％时，漆膜的光泽已在１０ 以下，已能够满足亚光清漆的光泽要求；当添加量超过２％后，随着添加量的提高，光泽的降低逐渐趋于平缓。因此，ＯＫ６０７ 合适的添加量为２％。
２. ４ 纤维素的选择
消光粉因其自身的海绵状结构，不能对其进行研磨，因为研磨会破坏海绵状结构，形成光滑的切面使其消光效率降低。为了达到有效的消光效果及通透性，必须使消光粉很均匀地分散于体系中。纤维素不仅能够提供分散所需的剪切黏度，提高分散效率，还能防止消光粉沉降，提高体系的贮存稳定性。实验考察了３ 种羟乙基纤维素对亚光清漆性能的影响，结果见表３。

由表３ 可看出，不同的纤维素会影响漆膜的细腻程度及通透性。ＨＥＣ-２ 效果最差；ＨＥＣ-１ 虽然不影响漆膜的外观及通透性，但是对消光粉的防沉作用不足，导致清漆热贮后发生分层现象。本实验选择ＨＥＣ-３，其不仅对漆膜的外观及通透性无影响，同时有利于防止消光粉沉降。

２. ５ 分散剂的选择
分散剂通常通过静电斥力、空间位阻或两者协同作用使乳胶漆中的颜填料同时具备良好的分散性和贮存稳定性。消光粉的粒径远远小于颜填料，其海绵状的结构也异于颜填料，因而对分散剂的润湿、分散、稳定等作用有更高的要求。如前文所述，研制的水性多彩亚光清漆需要具备良好的耐水性，一般钠盐分散剂会减弱漆膜的耐水性，因此实验选择了３ 种聚丙烯酸铵盐分散剂进行测试，试验结果见表４。

注：Ｄ１—陶氏ＣＡ２５００；Ｄ２—巴斯夫ＧＡ４０；Ｄ３—海明斯·德谦Ｗ５１８。
由表４ 可看出，分散剂Ｄ１ 在耐水性和稳定性方面均表现良好。这是因为Ｄ１ 是一种超疏水聚丙烯酸铵盐分散剂，疏水特性使其具有类似表面活性剂的性能，有优良的润湿性，能快速润湿消光粉颗粒并分散稳定；而且疏水性的分散剂能阻止表面活性剂的迁移，提高漆膜耐水性，其与聚氨酯类型的增稠剂搭配，能进一步改善漆膜的耐水性。
２. ６ 流变体系的选择
一般地，聚氨酯类增稠剂有利于漆膜细腻及耐水性，但对消光粉防沉不利；而碱溶胀类增稠剂恰恰相反，有利于消光粉防沉，但会使漆膜发雾、耐水性降低。实验将聚氨酯类增稠剂ＴＲＭ００３ 及碱溶胀型增稠剂ＴＴ-９３５ 进行复配，固定ＴＲＭ００３ 用量为０. ６％，考察了ＴＴ-９３５ 不同用量时复配增稠剂体系对亚光清漆及漆膜的影响。

ＴＲＭ００３ 是一种提供高剪切黏度的聚氨酯类增稠剂，其优异的流平性可使涂膜获得良好的通透性；ＴＴ-９３５ 是一种提供中低剪切黏度的缔合型增稠剂，可改善体系的贮存稳定性，但因其表现为中低剪切黏度的流变性能，会在一定程度上对涂膜的通透性不利。试验过程中，通过调整纤维素的用量来使体系的黏度保持一致。由表５ 可看出，碱溶胀型增稠剂ＴＴ-９３５ 的用量超过０. １％时就会显著影响涂膜的通透性，而完全用聚氨酯增稠剂ＴＲＭ００３，体系热贮存后分层严重。因此，本实验最终选择用量为０. ６％ 的ＴＲＭ００３ 与用量为０. １％的ＴＴ-９３５ 进行复配，以达到理想的贮存稳定性及漆膜通透性。
２. ７ 实验优化配方
通过优选乳液、消光粉、纤维素及分散剂，并通过试验优化流变体系的搭配（见表６），可获得优良通透性及耐水性的水性多彩亚光清漆，其２５ ℃ 时的黏度为（７２±２）ＫＵ，在（５０±２）℃ 热贮存３０ ｄ 没有发生消光粉沉降的现象，方便直接辊涂施工，同时贮存稳定性良好。将该清漆辊涂于水性多彩涂层上，其亚光效果不仅使水性多彩涂层的仿石效果更逼真，展现一种典雅庄重的装饰效果（见图２），也能提供防水、耐污、耐擦洗等功能，提高水性多彩涂装体系的整体寿命。

３ 结 语
（１）水性多彩亚光清漆乳液Ｅ２ 的用量为４５％，消光粉ＡＣＥＭＡＴＴ® ＯＫ６０７ 的添加量为２％时，可使漆膜６０°光泽低于１０，并兼具优良的通透性及耐水性。
（２）选择纤维素ＨＥＣ-３ 和分散剂Ｄ１，能够在不影响漆膜通透性的前提下，提高漆膜的耐水性及体系的贮存稳定性。
（３）高剪切的聚氨酯类增稠剂与中低剪切的碱溶胀型增稠剂以质量比为６ ∶１搭配使用，可使漆膜的通透性及耐水性进一步提高，并有效防止消光粉发生沉降，有利于体系的贮存稳定性。