魏紅巖，邢凈，呂巍

（1.北新建材北方公司涂料廠研發(fā)部，河北涿州 072750；2.上海東華大學(xué)金融數(shù)學(xué)系，上海 201620）

外墻乳膠漆展色性研究

魏紅巖1，邢凈1，呂巍2

（1.北新建材北方公司涂料廠研發(fā)部，河北涿州 072750；2.上海東華大學(xué)金融數(shù)學(xué)系，上海 201620）

針對(duì)外墻乳膠漆使用過程中易出現(xiàn)的浮色發(fā)花現(xiàn)象，探討了乳液、潤(rùn)濕劑、分散劑、成膜助劑、防凍劑、消泡劑、增稠劑對(duì)乳膠漆展色性的影響。并提出了提高乳膠漆展色性的方法措施。

乳膠漆；展色性；色差

外墻乳膠漆的主要功能是裝飾和保護(hù)建筑物外立面，使建筑物外貌整潔美觀，達(dá)到美化城市環(huán)境的目的，同時(shí)又能起到保護(hù)建筑物外墻的作用，延長(zhǎng)使用壽命。這就要求外墻乳膠漆顏色豐富，漆膜色澤均勻。但有色外墻乳膠漆在實(shí)際使用時(shí)，常會(huì)遇到漆膜浮色發(fā)花的問題，影響墻面美觀度，導(dǎo)致工程不能正常驗(yàn)收[1-2]。為避免此類現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須提高色漿在乳膠漆中的展色性能。

影響乳膠漆展色性的因素有很多，如潤(rùn)濕劑、分散劑、乳液、增稠劑、色漿、顏填料等。本文通過對(duì)乳液、潤(rùn)濕劑、分散劑、成膜助劑、防凍劑、消泡劑、增稠劑等品種及用量在乳膠漆中展色性色差的測(cè)試，分析了各類原材料對(duì)展色性的影響效果，尋找到了解決浮色發(fā)花的有效途徑。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1主要原料及儀器設(shè)備

苯丙乳液：RS-998，巴德富；YS-01，北京互益化工；AS-2010、1058M，陶氏化學(xué)。分散劑：丙烯酸共聚物銨鹽CA2500、丙烯酸均聚物鈉鹽（快易），陶氏化學(xué)。潤(rùn)濕劑：非離子表面活性劑LCN407（HLB為17）、非離子表面活性劑X-100（HLB為13），陶氏化學(xué)；陰離子表面活性劑，特殊磷酸酯化合物L(fēng)HF，科萊恩。消泡劑：礦物油類+金屬皂NXZ、有機(jī)硅類SN-154，諾普科。pH值調(diào)節(jié)劑：AMP-95，陶氏安格斯。成膜助劑：Texanol，伊士曼；十二醇酯，潤(rùn)泰化學(xué)。防凍劑：乙二醇，燕山石化；丙二醇，陶氏化學(xué)。纖維素醚：HBR-250，亞跨龍。增稠劑：疏水改性堿溶脹類DR-72（低剪黏度）、DR-73（高剪黏度）、TT-935（中剪黏度）、聚氨酯類SCT-275（中剪黏度），陶氏化學(xué)。金紅石型鈦白粉：R-996，龍蟒鈦業(yè)。重質(zhì)碳酸鈣：700目，廣福建材?；郏?00目，廣福建材。防腐劑：K9N，特洛伊。色漿：炭黑CH2、氧化鐵紅RX2、氧化鐵黃YX2，希必思色漿。

QSJ型高速分散機(jī)，上海現(xiàn)代環(huán)境儀器；QTG涂膜涂布器，300 μm，上?，F(xiàn)代環(huán)境儀器；CM-2500d分光光度儀，日本美能達(dá)。

1.2基礎(chǔ)漆的制備

將水、纖維素醚、分散劑、潤(rùn)濕劑、部分消泡劑加入制漆罐中，低速攪拌均勻，然后投入顏、填料和pH值調(diào)節(jié)劑高速分散20 min至細(xì)度合格，調(diào)低轉(zhuǎn)速，加入乳液、成膜助劑、防凍劑、消泡劑和防腐劑，然后加入增稠劑調(diào)至合適黏度?；A(chǔ)漆的配方見表1。

表1　基礎(chǔ)漆的配方

1.3展色性測(cè)試方法

展色性采用指研法進(jìn)行測(cè)試：準(zhǔn)確稱取按照以上方法制作的白漆20 g，精確加入2%色漿，充分?jǐn)噭蚝?，?00 μm涂布器將色漆刮涂于白色紙卡上，短暫晾置后，用食指在濕態(tài)漆膜表面研磨，直至漆膜接近表干即達(dá)到黏手的狀態(tài)。這樣的處置，使絮凝狀態(tài)被打破，顏料得到均勻的分布，指研后的色漆非常黏稠，顏料的分離以及絮凝的再生都不再可能發(fā)生。如果色漆存在浮色和發(fā)花的問題，則指研的表面和未指研的表面在色相上會(huì)有強(qiáng)烈的差別。為便于將這種差別數(shù)據(jù)化，我們采用顏色模型（Lab），它能夠描述正常視力的人能夠看到的所有顏色。單純Lab是絕對(duì)值，用這3個(gè)數(shù)值可以在一個(gè)三維立體圖中，精確地表示出一個(gè)顏色的點(diǎn)，用相對(duì)值就可以得出和基準(zhǔn)點(diǎn)的差異來進(jìn)行修正。我們用分光光度儀測(cè)量手指研磨過和未經(jīng)研磨過的漆膜的色彩值L、a、b，并計(jì)算色差△E[見式（1）]。如△E較大，則表示色漿中的顏料絮凝情況嚴(yán)重，與所測(cè)試乳膠漆的相容性不好，施工過程中易出現(xiàn)浮色、發(fā)花等現(xiàn)象，使漆膜色澤不能均勻一致，影響美觀。如△E較小，則表示色漿中的顏料分散穩(wěn)定，展色性良好，漆膜一般不會(huì)出現(xiàn)浮色發(fā)花現(xiàn)象。

式中：L——明度，從白色至黑色的范圍；

a——色度，從洋紅色至綠色的范圍；

b——色度，從黃色至藍(lán)色的范圍。

色差值和視覺感受上大約有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：

△E為0～0.25，表示色差非常小或沒有色差，理想匹配，肉眼難以辨認(rèn)出來；△E為0.25～0.5，色差微小，可以接受的匹配；△E為0.5～1.0，色差微小到中等，在一些應(yīng)用中可以接受；△E為1.0～1.5，色差中等；△E≥1.5，則色差嚴(yán)重。

2　結(jié)果與討論

2.1乳液品種對(duì)展色性的影響

乳液是乳膠漆中的重要組成部分，每個(gè)廠家的合成樹脂乳液都是不同分子質(zhì)量的聚合物的混合物，它們?cè)跇O性基的分別上是有變化的，而這些差別對(duì)色漆的浮色和發(fā)花傾向有大的影響。粒徑小比表面積大的有機(jī)顏料比大多數(shù)粒徑大比表面積小的無機(jī)顏料更易于絮凝，例如有機(jī)彩色顏料如酞青藍(lán)、甲苯胺紅和炭黑[3]。選取不同廠家的苯丙乳液按照表1的基礎(chǔ)漆配方制作白色漆，加入2%炭黑色漿CH2進(jìn)行展色性測(cè)試，結(jié)果見表2。

表2　乳液品種對(duì)展色性的影響

從表2可以看出，由這幾種乳液配制的乳膠漆與CH2的相容性不好，色差很大，浮色和發(fā)花現(xiàn)象嚴(yán)重。選取色差相對(duì)較小的AS-2010作為以后試驗(yàn)制備白色基礎(chǔ)漆的乳液。

2.2分散劑種類及用量對(duì)展色性的影響

浮色和發(fā)花效應(yīng)取決于顏料絮凝度和體系中不同顏料粒子的相對(duì)密度和粒度，一款色漆體系是通過平衡這些變量而達(dá)到最佳化的，分散劑可以提高分散的顏料粒子的膠態(tài)穩(wěn)定性，進(jìn)而為我們提供了一個(gè)改進(jìn)絮凝/解絮凝平衡的手段。選用AS-2010乳液，選取丙烯酸均聚物鈉鹽（快易）和丙烯酸共聚物銨鹽CA2500作為分散劑，按照表1中的基礎(chǔ)漆配方分別制作白色漆，加入2%炭黑色漿CH2進(jìn)行展色性測(cè)試，結(jié)果見表3。

表3　分散劑種類及用量對(duì)展色性的影響

相對(duì)于均聚物分散劑來說，共聚物分散劑可以滿足以下兩個(gè)要求：（1）分子中所含有的聚合物鏈能夠在所要求的溶劑或樹脂溶液中發(fā)揮空間穩(wěn)定化作用；（2）它必須能夠強(qiáng)烈吸附在粒子表面上[3]，所以它的表現(xiàn)會(huì)更好。由表3也可以看出，選擇合適量的共聚物銨鹽類分散劑可以更有效地減小色差。

2.3潤(rùn)濕劑種類及用量對(duì)展色性的影響

2.3.1非離子表面活性劑對(duì)展色性的影響

浮色、發(fā)花和顏料絮凝等都與表面張力有關(guān)。有自然親水表面的無機(jī)顏料和比表面積大而又是疏水的有機(jī)顏料，由于吸收潮氣變得親水，以致不再對(duì)疏水的漆基有親和力，通過選擇潤(rùn)濕劑使其尋找顏料的活性端基很容易地吸附在顏料上或穿透顏料表面的濕氣而后再吸附在顏料上，而同時(shí)也能另有一個(gè)定向的端基與連續(xù)介質(zhì)和粘結(jié)劑相容[3]。選取具有不同親水性的非離子表面活性劑X-100（HLB=13）、LCN407（HLB =17）進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4　不同親水性的非離子表面活性劑潤(rùn)濕劑對(duì)展色性的影響

由表4可以看出，親水性更好的潤(rùn)濕劑LCN-407（HLB= 17）對(duì)展色性的改進(jìn)效果更佳。

2.3.2陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配使用對(duì)展色性的影響

不同顏料的結(jié)合常常是通過潤(rùn)濕劑來完成的，這被稱為共絮凝。若選用的潤(rùn)濕劑既是聚合型的，也含有改善界面張力的基團(tuán)，就可以使無機(jī)顏料（如二氧化鈦）與有機(jī)顏料（如炭黑）之間產(chǎn)生共絮凝，即通過對(duì)顏料粒子間距的準(zhǔn)確調(diào)整和移動(dòng)性的限制達(dá)到顏料分散體的穩(wěn)定[3]。因此，在配方中引入陰離子表面活性劑LFH與非離子表面活性劑LCN407復(fù)配使用，考察其對(duì)展色性改善的能力，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配潤(rùn)濕劑對(duì)展色性的影響

陰離子表面活性劑的親水端具有與顏料表面、棱邊、隅角等形成穩(wěn)定性強(qiáng)的物理化學(xué)鍵的能力，且還可以朝著離開通常為疏水端的顏料表面的方向定向[3]，進(jìn)而增強(qiáng)穩(wěn)定顏料分散體系的作用。由表5可見，2種不同類型的表面活性劑合理搭配使用，可以極大地改善色漆的展色性。

2.4成膜助劑對(duì)展色性的影響

成膜助劑的作用是軟化乳液粒子，有效地聚結(jié)乳液粒子，是乳液聚合物的強(qiáng)溶劑。它對(duì)乳液粒子的強(qiáng)溶解力可以有效地阻止強(qiáng)渦流形成，抑制浮色和發(fā)花現(xiàn)象的出現(xiàn)。選取Texanol和十二醇酯配制涂料進(jìn)行展色性試驗(yàn)，測(cè)試它們對(duì)涂料展色性的影響，結(jié)果見表6。

表6　不同種類成膜助劑對(duì)涂料展色性的影響

Texanol和十二醇酯屬于同類型成膜助劑，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品性能指標(biāo)相近，試驗(yàn)結(jié)果也表明，這2種成膜助劑對(duì)展色性的影響差異不大，十二醇酯略好一些。

2.5防凍劑對(duì)展色性的影響

防凍劑的作用一方面是協(xié)助成膜助劑降低乳液的成膜溫度，另一方面可以減緩?fù)磕じ稍锏乃俣龋羲膿]發(fā)值、表面張力和密度與涂料中的其它可揮發(fā)性物質(zhì)差異較大，則會(huì)引起強(qiáng)渦流，產(chǎn)生浮色和發(fā)花的現(xiàn)象。選用乳膠漆中經(jīng)常使用的乙二醇和丙二醇進(jìn)行試驗(yàn)，觀察兩者對(duì)涂料展色性的影響，結(jié)果見表7。

表7　乙二醇和丙二醇對(duì)涂料展色性的影響

從表7可以看出，2種防凍劑對(duì)展色性的影響相近，從二者的物理常數(shù)也可以看到，它們的沸點(diǎn)、密度、表面張力和蒸汽壓的數(shù)值很相近，也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

2.6消泡劑對(duì)展色性的影響

氣泡是由于存在過量的可溶性表面活性劑而產(chǎn)生的。在乳膠漆中使用表面活性劑，可以改善顏料的分散性，同時(shí)也能改善顏色展現(xiàn)性、光澤展現(xiàn)性、聚合物穩(wěn)定性、表面潤(rùn)濕性等性能。因?yàn)橄輨┖捅砻婊钚詣┛偸勤呌谝环N不相容的關(guān)系，所以消泡劑的類型和用量會(huì)對(duì)顏色和光澤等產(chǎn)生影響。選擇礦物油和有機(jī)硅消泡劑進(jìn)行試驗(yàn)，考察它們對(duì)展色性的影響，結(jié)果見表8。

表8　消泡劑類型對(duì)展色性的影響

2.7增稠劑對(duì)展色性的影響

增稠劑的加入可以減小整個(gè)涂膜表面渦流的運(yùn)動(dòng)性。就像表面活性劑會(huì)吸附到乳膠漆中的粘結(jié)劑和顏料粒子上一樣，協(xié)和型增稠劑也會(huì)吸附到這些分散粒子上，并都能增大增稠效能，而且，如果乳膠漆的配方是恰當(dāng)?shù)?，還可以提供滲透穩(wěn)定性以保證分散系統(tǒng)穩(wěn)定均勻。但若配方不恰當(dāng)，不同品種增稠劑也會(huì)帶來絮凝問題，導(dǎo)致展色性不好，浮色發(fā)花現(xiàn)象嚴(yán)重。最常用的增稠劑有纖維素類（HEC）、堿溶脹類（HASE）和聚氨酯類（HEUR）[4-5]。本研究固定使用同一種纖維素類增稠劑，選擇提供低、中、高3種不同剪切黏度的疏水改性堿溶脹型增稠劑和提供中剪黏度的聚氨酯類增稠劑調(diào)整涂料黏度，然后測(cè)試展色性，結(jié)果見表9。

表9　不同增稠劑種類對(duì)展色性的影響

聚氨酯類增稠劑一般在顏填料的表面上只是弱吸附，而疏水改性堿溶脹型增稠劑則能直接吸附在無遮掩的顏料表面，會(huì)和顏料分散劑的酸基團(tuán)之間發(fā)生顏料和填料表面的爭(zhēng)奪[3]，極易發(fā)生絮凝，對(duì)乳膠漆的展色性影響極大。

2.8驗(yàn)證試驗(yàn)

總結(jié)以上試驗(yàn)，確定驗(yàn)證試驗(yàn)配方，見表10。

表10　驗(yàn)證試驗(yàn)配方

按照以上配方選用不同的增稠體系分別制作白漆，并對(duì)外墻乳膠漆調(diào)色時(shí)經(jīng)常使用的碳黑、鐵紅、鐵黃進(jìn)行展色性試驗(yàn)，結(jié)果見表11。

表11　不同增稠體系和色漿驗(yàn)證配方展色性試驗(yàn)結(jié)果

乳膠漆中的乳液、顏料的分散劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑、成膜助劑、增稠劑等物質(zhì)之間都會(huì)發(fā)生交互作用并產(chǎn)生影響，使涂膜出現(xiàn)浮色發(fā)花現(xiàn)象。添加潤(rùn)濕劑LFH——陰離子型表面活性劑（特殊磷酸酯化物）可以有效地改善涂料的展色性。

3　結(jié)語

（1）乳液中的分子可以與添加的特殊潤(rùn)濕劑吸附，相互作用，以使分散體系穩(wěn)定，從而改善乳膠漆的展色性。

（2）分散劑可以提高所分散的顏料粒子的穩(wěn)定性，抑制浮色和發(fā)花。共聚物分散劑的作用更加明顯一些。

（3）表面活性劑的非特性憎水締合，能在乳液粒子表面或顏料表面競(jìng)爭(zhēng)吸附位置，高HLB值潤(rùn)濕劑對(duì)分散相的穩(wěn)定作用相對(duì)較大。

（4）添加潤(rùn)濕劑LFH——陰離子型表面活性劑（特殊磷酸酯化物）可以使表面張力下降，改善潤(rùn)濕性，并通過位阻使顏料達(dá)到穩(wěn)定，解決浮色發(fā)花問題效果顯著。

（5）選擇合適品種及用量的成膜助劑和防凍劑可以抑制強(qiáng)渦流的形成，減少浮色發(fā)花現(xiàn)象。

（6）選擇合適類型的消泡劑，有效改善涂膜外觀質(zhì)量，也可以減輕浮色發(fā)花程度。

（7）陰離子表面活性劑與高HLB潤(rùn)濕劑配合使用，在增稠系統(tǒng)中，可以使低剪、中剪黏度下降，使顏料體系穩(wěn)定，顯著改善浮色發(fā)花現(xiàn)象。

（8）在乳膠漆系統(tǒng)中，顏料密度和粒度及其運(yùn)動(dòng)性的不同導(dǎo)致了浮色發(fā)花現(xiàn)象。為了使顏料的色相均勻一致，展色性良好，必須添加適宜的高分子質(zhì)量潤(rùn)濕劑，使無機(jī)顏料和有機(jī)顏料得到穩(wěn)定。在本研究中，通過額外添加特殊磷酸酯化物潤(rùn)濕劑，與傳統(tǒng)的分散劑、潤(rùn)濕劑搭配使用，得到了穩(wěn)定的顏料分散體系，有效解決了浮色發(fā)花問題。

[1]劉洪亮，董立志，薛小倩.淺析乳膠漆中色漿展色性的影響因素[J].上海涂料，2010（9）：13-16.

[2]鄭松林，賀勝利，李倩.乳膠漆絮凝分水和浮色發(fā)花現(xiàn)象質(zhì)量控制[J].新疆化工，2005（1-2）：26-28.

[3]L J Calbo.涂料助劑大全[M].朱傳棨，譯.上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2000：391-403.

[4]胡中源，鄒鵬.乳膠漆常用增稠劑的種類及對(duì)乳膠漆抗分水性的影響[J].上海涂料，2009，47（10）：36-39.

[5]徐峰.增稠劑在乳膠漆中的應(yīng)用及其發(fā)展[J].上海涂料，2005，43（6）：15-18.

The research on exterior wall emulsion paint color development properties

WEI Hongyan1，XING Jing1，LV Wei2
[1.Coating Factory Research and Development Department（R&D）of North Ltd of Beijing New Building Material（Group）Co.Ltd.，Zhuozhou 072750，China；2.Department of Financial Mathematics，Shanghai Donghua University，Shanghai 201620，China]

Aiming at the flooding and floating phenomenon which occurs easily in the course of using exterior wall emulsion paint，the influences of emulsion，wetting agent，dispersing agent，coalescing agent，antifreezing agent，antifoaming agent，thickener on emulsion paint color development properties are discussed in this paper.Meanwhile，some methods are put forward to enhance the color development properties of emulsion paint.

emulsion paint，color development properties，chromatism

TU56+1.62

A

1001-702X（2016）10-0017-04

2016-04-18；

2016-05-24

魏紅巖，女，1966年生，北京人，高級(jí)工程師，主要從事水性建筑涂料研究。