黃祖煒 （亞士漆（上海）有限公司，上海 201717）

0 引言

水包水多彩仿石涂料作為目前市面上比較流行的外墻裝飾材料，其優(yōu)點(diǎn)在于樣式多，施工簡(jiǎn)便，仿石效果逼真；同時(shí)相較于石材，水包水多彩涂料成本低，且不存在剝落產(chǎn)生高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)。但是其也存在諸多弊端，如后增稠以及貯存穩(wěn)定性較差就一直困擾著技術(shù)人員，與此同時(shí)，在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，彩色粒子的大小控制以及重復(fù)性也制約著水包水多彩仿石涂料的生產(chǎn)規(guī)模。國內(nèi)目前水包水多彩仿石涂料年產(chǎn)量在1萬t以上的廠家屈指可數(shù)［1-5］。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

乳膠，締合型乳膠A、非締合型純丙乳膠B，反應(yīng)性乳膠C；鈦白粉R-699，龍蟒佰利聯(lián)集團(tuán)股份有限公司；煅燒高嶺土，忻州金誠高嶺土制品有限公司；保護(hù)膠S-482，浙江華特新材料有限公司；羥乙基纖維素，亞什蘭化工（南京）有限公司；其他水性助劑，市售。

1.2 試驗(yàn)儀器

SFJ-400高速分散機(jī)、STM-V斯托默黏度計(jì)，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；立式鼓風(fēng)干燥箱，上海虔鈞科學(xué)儀器有限公司；立式雙開門冰箱，海爾集團(tuán)；多彩涂料專用噴槍W(xué)-77，上海巖田實(shí)業(yè)有限公司。

1.3 水包水多彩涂料的制備

1.3.1 配方

水包水多彩涂料的基礎(chǔ)配方見表1。

表1 水包水多彩涂料的基礎(chǔ)配方Table 1 The formulation of water-in-water multicolor coatings

1.3.2 制備工藝

基礎(chǔ)漆（組分A）的制備：按照表1中的配方在反應(yīng)釜中依次加入原材料至粉料結(jié)束，高速（1 200 r/min）分散20 min；將攪拌調(diào)至中速（800 r/min），加入乳膠及剩余助劑，勻速分散10 min，加入消泡劑，低速（500 r/min）分散5 min后，將基礎(chǔ)漆的黏度調(diào)至90～100 KU。

基礎(chǔ)漆調(diào)色：在制備好的基礎(chǔ)漆中根據(jù)需求添加色漿，調(diào)制成不同的顏色，加入部分保護(hù)膠，分散均勻后，放置備用。

保護(hù)膠（組分B）的制備：按照配方將定量的S-482投入去離子水中（冬季時(shí)控制去離子水的溫度不低于25 ℃），注意S-482需緩慢加入，防止其大塊結(jié)團(tuán)，然后加入殺菌劑，高速（1 200 r/min）分散50 min，觀察S-482完全溶解后，放置備用。若冬季靜置長(zhǎng)時(shí)間后使用，使用前需加熱至20 ℃及以上。

連續(xù)相乳膠（組分C）的制備：按照配方加入去離子水和助劑，中速（800 r/min）攪拌20 min，加入乳膠，低速（500 r/min）分散均勻，檢測(cè)連續(xù)相乳膠的黏度在120～130 KU，放置備用。

多彩成品漆的制備：按m（A）∶m（B）∶m（C）=50∶30∶20的比例將調(diào)色基礎(chǔ)漆加入造粒保護(hù)膠中，使用平齒分散盤切割造粒，待粒子尺寸達(dá)到要求后，加入連續(xù)相乳膠，混合均勻，制得水包水多彩涂料。

1.4 性能檢測(cè)

1.4.1 抗?jié)B色性測(cè)試

將基礎(chǔ)漆分成4等份，按照黃色：色漿含量3%，紅色：色漿含量3%，黑色：色漿含量1%，復(fù)色：紅1%，黃1%，黑0.5%配制成有色基礎(chǔ)漆，將調(diào)色完成的基礎(chǔ)漆與保護(hù)膠按質(zhì)量比1∶1混合分散均勻后，靜置30 min。用分散盤在轉(zhuǎn)速300 r/min下切割造粒2 min，調(diào)整轉(zhuǎn)速至500 r/min下切割造粒2 min，調(diào)整轉(zhuǎn)速至800 r/min下切割造粒1 min，靜置2 h，觀察上層清液。根據(jù)上層清液的滲色程度，評(píng)定抗?jié)B色等級(jí)，5級(jí)為最好，1級(jí)為最差，3級(jí)為合格。

1.4.2 多彩粒子的穩(wěn)定性測(cè)試

將制備好的多彩涂料分成3等份，1份放置于55 ℃的鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，熱貯存1周；1份放置在室外空曠處，貯存1個(gè)月；1份放置在5 ℃冰箱中，貯存1周，觀察粒子的變化及施工后的變化。

1.4.3 初期耐水白及恢復(fù)測(cè)試

將剛噴涂好水包水多彩涂料的樣板放置于55 ℃的烘箱中干燥2 h，取出后泡水2 h，考察其耐水白性，并評(píng)定等級(jí)，1級(jí)最差，3級(jí)合格，5級(jí)最好。取出樣板，并觀察其初期恢復(fù)性。水泥板的尺寸為297 mm×210 mm×8 mm。

1.4.4 其他性能測(cè)試

按照化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4343—2012《水性多彩建筑涂料》測(cè)定涂料的其他性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 水包水多彩涂料的性能測(cè)試結(jié)果

制備的水包水多彩涂料的性能測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 水包水多彩涂料的性能測(cè)試結(jié)果Table 2 Performance test results of water-in-water multicolor coatings

2.2 保護(hù)膠對(duì)水包水多彩粒子的影響

多彩涂料所使用的保護(hù)膠是一種人工合成的含有鋰、鎂、鈉元素的層狀硅酸鹽礦物，其分子式為Na0.3+xLi0.3+yMg2.7-ySi4O10（OH）2，其中0≤x≤0.4，0≤y≤0.2。試驗(yàn)所采用的S-482保護(hù)膠是一款有機(jī)改性的硅酸鎂鋰，其修飾的羥基含量較少，同時(shí)在其中添加了1價(jià)的鈉離子，在分散過程中發(fā)生水合作用，大量的水滲透進(jìn)入片層的硅酸鎂鋰中，由于電荷之間的斥力以及分子間的范德華力，堆積形成的塊狀保護(hù)分散形成初始的單一片層；片層與片層之間相互搭接，形成新的三維立體結(jié)構(gòu)—“卡屋結(jié)構(gòu)”。水合過程如圖1所示。

圖1 保護(hù)膠水合形成“卡屋結(jié)構(gòu)”的過程Figure 1 The process of protective colloid form“House of Cards”structure

基礎(chǔ)漆（組分A）在調(diào)色之后會(huì)加入部分的保護(hù)膠，保護(hù)膠溶液中的硅酸鎂鋰與纖維素中的羥基發(fā)生“凝膠化”反應(yīng)，即加強(qiáng)了保護(hù)膠水合形成的“卡屋”結(jié)構(gòu)，同時(shí)纖維素與保護(hù)膠發(fā)生弱氫鍵交聯(lián)，可加強(qiáng)涂料的抗?jié)B色性能。其反應(yīng)過程如圖2所示。

本研究選用8%濃度的保護(hù)膠，首先考慮到造粒保護(hù)膠與基料保護(hù)膠統(tǒng)一，減少生產(chǎn)工序，有利于生產(chǎn)的管控；二是考慮基礎(chǔ)漆中保護(hù)膠含量較少，且要與纖維素反應(yīng)需要有一定的活性。設(shè)計(jì)不同的保護(hù)膠用量（表3），考察其對(duì)水包水多彩粒子的影響，結(jié)果見表4。

圖2 纖維素與保護(hù)膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的過程Figure 2 The process of crosslinking reaction betweencellulose and protective colloid

表3 基礎(chǔ)漆與保護(hù)膠的不同配比Table 3 Different ratios of base paint and protective colloid

表4 基礎(chǔ)漆/保護(hù)膠不同配比對(duì)多彩粒子的影響Table 4 The effect of different ratio of base paint and protective colloid on multicolor particles

由表4可見，隨著基礎(chǔ)漆中保護(hù)膠含量的增加，多彩粒子的抗?jié)B色能力逐漸變好，當(dāng)保護(hù)膠用量達(dá)到10%以上時(shí)，抗?jié)B色試驗(yàn)中上層清液透明，幾乎無法觀察到色漿滲出，但是造粒時(shí)，粒子狀態(tài)出現(xiàn)球狀，且粒子強(qiáng)度極大，造粒過程較為困難，不利于后期的施工，而且要達(dá)到同樣的施工效果需要更多的涂料，提高了施工成本。

這個(gè)現(xiàn)象是由于纖維素中的羥基會(huì)與保護(hù)膠中修飾處理的羥基發(fā)生“凝膠化”反應(yīng)，與此同時(shí)，氫氧之間也形成了弱氫鍵，大大加強(qiáng)了保護(hù)膠自身的“卡屋”結(jié)構(gòu)。隨著保護(hù)膠用量的提高，消耗的纖維素中的羥基增多，調(diào)色基料中的“卡屋”結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，粒子強(qiáng)度也會(huì)加大，造粒時(shí)纖維素中的羥基與造粒保護(hù)膠的結(jié)合變少，造粒切片形成的粒子不能鋪展開，從而形成球狀。球狀粒子在后期貯存中的變化會(huì)小于片狀粒子，但是不利于施工噴涂。

當(dāng)基礎(chǔ)漆中保護(hù)膠用量為10%時(shí)，水包水多彩粒子的抗?jié)B色能力、粒子的形態(tài)、強(qiáng)度均較佳。

2.3 基礎(chǔ)漆乳膠對(duì)水包水多彩粒子的影響

乳膠是涂料的主要成膜組分，在水包水多彩涂料中主要分為兩部分，一部分在基礎(chǔ)漆中起到彩色粒子的支撐骨架作用，另一部分在連續(xù)相中起到成膜作用。在基礎(chǔ)漆中，締合型乳膠可以與纖維素發(fā)生締合作用，對(duì)基礎(chǔ)漆中保護(hù)膠水合形成的“卡屋”結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，提高其抗?jié)B色能力［6］，其過程如圖3所示。

圖3 纖維素、乳膠與保護(hù)膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的過程Figure 3 The process of cross-linking reaction among cellulose，latex and protective colloid

本研究在基礎(chǔ)漆中選擇了一款締合型乳膠A與一款非締合型純丙乳膠B搭配使用，考察了其不同組合（表5）對(duì)多彩粒子的影響，結(jié)果見表6。

表5 不同的乳膠組合Table 5 The different latex combinations

表6 不同乳膠組合對(duì)多彩粒子的影響Table 6 The effect of different latex combinations on multicolor particles

由表6可見，隨著基礎(chǔ)漆中締合型乳膠（乳膠A）含量的提高，彩色粒子的抗?jié)B色能力逐漸變好，當(dāng)締合型乳膠與非締合型乳膠的比例在1∶1時(shí)，抗?jié)B色試驗(yàn)中上層清液達(dá)到合格要求，繼續(xù)提高締合型乳膠的用量，造粒時(shí)，粒子狀態(tài)出現(xiàn)球狀，且粒子強(qiáng)度極大，造粒過程較為困難，不利于后期的施工，而且要達(dá)到同樣的施工效果需要更多的涂料，提高了施工成本。考慮到締合型乳膠與非締合型乳膠的成本，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)方案14，在方案11的基礎(chǔ)上，整體提高了乳膠在基礎(chǔ)漆中的含量，達(dá)到了與方案12相同的效果。當(dāng)基礎(chǔ)漆中乳膠A與乳膠B的比例為10%∶15%時(shí)，水包水多彩粒子的抗?jié)B色能力，粒子的形態(tài)、強(qiáng)度較佳，同時(shí)基礎(chǔ)漆黏度適中，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

2.4 連續(xù)相乳膠及增稠體系對(duì)水包水多彩粒子及涂料貯存穩(wěn)定性的影響

連續(xù)相乳膠在多彩涂料中主要起一個(gè)連續(xù)成膜的作用，同時(shí)為了保證彩色粒子的懸浮性，還會(huì)在連續(xù)相乳膠中加入增稠劑，穩(wěn)定多彩涂料的成品黏度。本研究在連續(xù)相中選擇一款反應(yīng)性乳膠C與一款非締合型純丙乳膠B搭配使用，增稠劑選擇了堿溶脹增稠劑DR-72。試驗(yàn)方案如表7所示。

表7 連續(xù)相組成試驗(yàn)方案Table 7 The test scheme for continuous phase composition

添加不同量的DR-72，可將水包水多彩涂料制備初期的黏度穩(wěn)定在70 KU左右，并保證彩色粒子的懸浮狀態(tài)。不同試驗(yàn)方案的影響見表8。由表8可見，單獨(dú)使用反應(yīng)性乳膠C，雖然在初期耐水白性能上具有很好的效果，但是反應(yīng)不可控，在后期貯存過程中，幾乎無法施工；而完全不用反應(yīng)性乳膠C，后期的增稠效果僅靠單一的增稠劑，則在低溫貯存過程中，體系黏度上升過快，同時(shí)在高溫時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)浮水現(xiàn)象，這是增稠劑與乳膠之間的纏繞所致。DR-72的添加量不宜超過0.5%。

表8 不同試驗(yàn)方案對(duì)涂料初期耐水白性與貯存穩(wěn)定性的影響Table 8 The effect of different test schemes on initial water whitening resistance and storage stability of coatings

當(dāng)連續(xù)相中乳膠C與乳膠B比例為30%∶20%，且堿溶脹增稠劑DR-72的用量為0.5%時(shí)，水包水多彩涂料的耐水白性及恢復(fù)能力較佳，成品漆的貯存穩(wěn)定性與施工性亦較佳。

3 結(jié)語

（1） 當(dāng)基礎(chǔ)漆中保護(hù)膠用量為10%時(shí)，水包水多彩粒子的抗?jié)B色能力，粒子的形態(tài)，強(qiáng)度較佳。

（2） 當(dāng)基礎(chǔ)漆中締合型乳膠A與非締合型純丙乳膠B的比例為10%∶15%時(shí)，水包水多彩粒子的抗?jié)B色能力、粒子的形態(tài)、強(qiáng)度較佳，同時(shí)基礎(chǔ)漆黏度適中，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

（3） 當(dāng)連續(xù)相中反應(yīng)性乳膠與非反應(yīng)性乳膠的比例為30%∶20%，且堿溶脹增稠劑DR-72用量為0.5%時(shí)，水包水多彩涂料的耐水白性及恢復(fù)能力較佳，成品漆的貯存穩(wěn)定性與施工性較佳。