俞兆江

（咸陽(yáng)師范學(xué)院 設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平獲得提升，對(duì)建筑、景觀的審美需求也不斷提高，致使各種材料皆被用于景觀建筑工程中，包括大理石、花崗石等天然石材。由于使用天然石材的價(jià)格高昂、運(yùn)輸不易以及修補(bǔ)難度大等原因，并沒(méi)有廣泛運(yùn)用與景觀以及建筑行業(yè)中。因此，水性多彩涂料逐漸出現(xiàn)在人們的視野中，且因其具有性價(jià)比高、安全以及環(huán)保等特點(diǎn)，人們?cè)噲D利用它解決上述問(wèn)題。但由于該涂料施工難度大，裝飾效果較差，并不能從根本上解決問(wèn)題。為此，本文就如何對(duì)水性多彩涂料進(jìn)行改良，使其成為裝飾效果好、穩(wěn)定性高的多質(zhì)感水性多彩涂料。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

E2-606乳液（日照化工，分析純）、OS905異氰酸酯固化劑（廣州冠志，分析純）、羥乙基纖維素HEC（益興化工，分析純）、AMP95殺菌劑（圣諾普科，分析純）、LR8330水性羚基分散體（常熟林潤(rùn)，工業(yè)級(jí)）、F8590羚基乳液（上海卓瑜，分析純）、丙二醇（日照化工，分析純）、丙烯酸彈性乳液（日照化工，分析純）、鈦白粉（市場(chǎng)購(gòu)入，分析純）、硅酸鎂鋰保護(hù)膠（泗洪匯智，工業(yè)級(jí)）、高嶺土（日照化工，工業(yè)級(jí)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)的主要儀器

主要儀器：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用）、NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（上海羽通）、SDF400試驗(yàn)分散砂磨機(jī)（常州龍?chǎng)危?、噴槍（杭州城宇）、JJ-1增力電動(dòng)攪拌器（金壇盛威）、STM-IV斯托默黏度計(jì)（上海普申）、低溫試驗(yàn)箱（上海邁捷）、電子天平（慈溪天東）、電熱鼓風(fēng)干燥箱（重慶永生）。

1.3 質(zhì)感型水性多彩涂料的制備

（1）制備高濃度保護(hù)膠溶液：將降黏劑與水混合，并快速攪拌使降黏劑充分溶于水中，而后平緩的往溶液中添加保護(hù)膠，并以1 500 r/min的分散速度，進(jìn)行1 h的分散，使其能夠完全溶脹于溶液中；

（2）制備分散相：依照一定的配方制備分散相；

（3）制備分散介質(zhì)：將降黏劑和水進(jìn)行混合攪拌，使兩者完全相溶，然后添加保護(hù)膠，使其經(jīng)過(guò)1 h高速發(fā)散后完全溶脹于水，而后備用；

（4）制備清漆：以一定的比例依次添加原材料，并在其均勻分散后逐漸添加增稠劑，使其達(dá)到所需黏度后備用；

（5）造粒：將不同顏色的分散介質(zhì)和分散相以特定的比例進(jìn)行混合，并依據(jù)彩粒的需求，選擇合理的攪拌工具，而后以合適的攪拌速度完成整個(gè)造粒工作，從而獲得含砂多彩色粒；

（6）制備多質(zhì)感水性多彩涂料：往含砂多彩色粒懸浮液添加清漆，并以緩慢的攪拌速度將其攪拌均勻，獲得多質(zhì)感的水性多彩涂料。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 測(cè)試含砂彩粒的滲色性能

依據(jù)上述步驟完成造粒后，運(yùn)用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)波長(zhǎng)范圍在400～700 nm的含砂粒懸浮液進(jìn)行吸光度測(cè)量。吸光度高，表明滲色程度高，透光率低，粒子的強(qiáng)度也就越低，那么系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會(huì)因此下降；反之，吸光度低，表明滲色程度低，透光率高，粒子的強(qiáng)度也就越高，那么系統(tǒng)的穩(wěn)定性更強(qiáng)。

1.4.2 測(cè)試黏度

（1）采用STM-IV斯托默黏度計(jì)對(duì)分散相和清漆進(jìn)行黏度測(cè)試；

（2）采用NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)分散介質(zhì)和多彩涂料體系進(jìn)行黏度測(cè)試；

1.4.3 測(cè)試分散相的造粒性和含砂彩粒成粒效果

（1）基礎(chǔ)漆的造粒性：采用肉眼觀察的方式，對(duì)造粒的等級(jí)進(jìn)行判斷。

（2）粒子的外觀形態(tài)：通過(guò)肉眼觀察的方式對(duì)彩粒的尺寸、厚薄和形狀進(jìn)行測(cè)量，并以照片的形式進(jìn)行記錄；

（3）質(zhì)感效果：將噴涂了多質(zhì)感水性多彩涂料的試板進(jìn)行晾曬，待其干燥后將其直立于墻面，肉眼查看其質(zhì)感效果。也可將其放置在桌面上，利用刻度尺測(cè)量彩色粒子的高度，并計(jì)算其平均值。標(biāo)準(zhǔn)的多彩涂料質(zhì)感效果有3類：質(zhì)感強(qiáng)。目測(cè)試板有明顯凸起，且試板彩粒高度平均值＞0.2 mm；有質(zhì)感。目測(cè)試板有質(zhì)感體現(xiàn)，且試板彩粒高度值范圍在0.0～0.2 mm之內(nèi)；質(zhì)感弱。目測(cè)試板無(wú)明顯凸起，與平涂水性多彩涂料基本無(wú)差異，且試板彩粒高度值＜0.1 mm。

1.4.4 常規(guī)性測(cè)試

（1）涂料的施工：通過(guò)觀察不同種類噴壓槍下色粒形成的狀態(tài)、大小和顏色呈現(xiàn)，判斷噴壓槍是否被堵塞以及色點(diǎn)是否發(fā)生下垂現(xiàn)象；

（2）涂膜耐冷熱循環(huán)性：根據(jù)《建筑涂料圖層耐凍融循環(huán)性測(cè)定法》的相關(guān)規(guī)定完成整個(gè)測(cè)試；

（3）涂膜耐堿性：根據(jù)《建筑涂料圖層耐堿性的測(cè)定》的相關(guān)測(cè)定方式完成整個(gè)測(cè)試；

（4）涂料的熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性 ：將涂料樣本放置在特定溫度的烘干箱中，6 h后取出，觀察涂料是否變質(zhì)；

（5）涂膜耐水性：根據(jù)《漆膜耐水性測(cè)定法》中的甲法完成整個(gè)測(cè)試；

（6）涂膜表面干燥時(shí)間：根據(jù)《漆膜耐水性測(cè)定法》中的表干乙法完成整個(gè)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)配乳液的相對(duì)比例對(duì)彩粒性能的影響

在制備多質(zhì)感水性多彩涂料的過(guò)程中，合適的復(fù)配乳液比例不僅能使交聯(lián)劑和成膜物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，確保骨料被充分包裹，同時(shí)增添了彩粒的彈性，使其在干燥的環(huán)境下能夠互相融合，如圖1所示。

圖1 不同復(fù)配乳液比例對(duì)彩粒分散相的影響Fig.1 Effect of compound emulsionr atio onc olorgranule properties

由圖1可知，復(fù)配乳液比例對(duì)分散相黏度的影響并不大。因?yàn)榉稚⑾嘀泻惺⑸暗脑颍漯ざ缺纫话愕乃远嗖释苛弦?，所以進(jìn)行分散操作時(shí)其轉(zhuǎn)速也較快。同時(shí)，觀察對(duì)應(yīng)復(fù)配乳液比例的彩粒形態(tài)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)配乳液比例在1∶0.25時(shí)，彩粒形態(tài)為絲狀，彩粒之間黏性較大，易出現(xiàn)粘黏現(xiàn)象，邊界不清晰。隨著復(fù)配乳液中彈性乳液的比例加大，彩粒的形態(tài)逐漸朝長(zhǎng)條狀轉(zhuǎn)變，邊界清晰，且彩粒之間的黏性降低，粘黏現(xiàn)象得到改善。

2.2 固化劑對(duì)彩粒性能的影響

雙組分聚氨酯涂料的主要制備原料為呈分散狀態(tài)的羥基丙烯酸多元醇，其與多異氰酸酯產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)后，能夠形成交聯(lián)密度高的涂膜，這種涂膜在經(jīng)過(guò)干燥處理后，具有良好的耐候性、耐化學(xué)品性以及優(yōu)秀的機(jī)械性能，這些特點(diǎn)是單組分水性聚氨酯涂料所沒(méi)有的。多異氰酸酯固化劑有兩大類，分別為未改性和經(jīng)過(guò)親水改性后的多異氰酸酯。由于實(shí)驗(yàn)對(duì)象為水基涂料，因此改性后的多異氰酸酯固化劑能夠更好地與羥基樹(shù)脂產(chǎn)生反應(yīng)，確保骨料被充分包裹。異氰酸酯固化劑的固含量為100%，NCO含量為16.5%，黏度為1000 mPa·s。在不同包裹方式下，得到的成粒效果如表1所示。

表1 不同包裹方式對(duì)成粒效果的影響Tab.1 Effect of wrapping method on granulation effect

從以上看出，固化劑的添加對(duì)彩粒的成粒效果會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。采用羥基樹(shù)脂、固化劑及保護(hù)膠共同包裹的方式進(jìn)行彩粒包裹，能夠有效減少彩粒滲色和防止彩粒破碎。

2.3 保護(hù)膠摻量對(duì)涂料分散相的影響

往涂料中加入保護(hù)膠溶液，從而在彩粒表面產(chǎn)生柔性保護(hù)膠，同時(shí)提升彩粒的穩(wěn)定性。對(duì)此，選取硅酸鎂鋰來(lái)制備濃度為10%的保護(hù)膠溶液，并以保護(hù)膠摻入的量對(duì)成粒效果的影響進(jìn)行分析。其中，不同保護(hù)膠摻量下的涂料黏度如圖2所示；不同摻量和對(duì)應(yīng)黏度下的彩粒成粒效果如表2所示。

圖2 不同摻量下的涂料分散相黏度Fig.2 The dispersed phase viscosity of the paint at different mixing quantities

在上述分散相下，得到對(duì)應(yīng)的彩粒形態(tài)等信息，具體見(jiàn)表2所示。

表2 高濃度保護(hù)膠摻量對(duì)彩粒成粒效果的影響Tab.2 Influence of high concentration protective adhesive content on color granule granulation effect

從表2中看出，保護(hù)膠摻量對(duì)分散相的黏度影響較大，摻量越多，分散相的黏性越大，其凝膠化程度也就越高，從而導(dǎo)致造粒質(zhì)量差，且由于彩粒體積過(guò)大，易發(fā)生噴涂槍堵塞的情況。摻量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致彩粒的懸浮性差，粘黏嚴(yán)重等情況，且儲(chǔ)存后易發(fā)生腐敗現(xiàn)象。因此，從圖2來(lái)看，保護(hù)膠摻量在3%～4%的范圍內(nèi)時(shí)，彩粒狀態(tài)呈片狀和條狀，且軟硬程度適宜，所以在噴涂的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)堵塞噴涂槍的現(xiàn)象。由此推斷出，高濃度保護(hù)液摻量在3%～4%之間時(shí)，能夠制備出符合要求的彩粒。

2.4 羥乙基纖維素?fù)搅繉?duì)彩粒滲色情況的影響

從表3中的吸光度可知，隨著羥乙基纖維素（HEC）摻量的增加，上層清液的吸光度降低，當(dāng)羥乙基纖維素?fù)搅吭?.55%時(shí)，其吸光度達(dá)到最低。如若繼續(xù)增加HEC的摻量，吸光度會(huì)越來(lái)越低，這代表著彩粒的滲色現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重。由此可知，HEC的摻量應(yīng)控制在0.55%左右，才能確保彩粒性能的穩(wěn)定性。

表3 羥乙基纖維素?fù)搅肯碌奈舛萒ab.3 Absorbance of hydroxyethyl cellulose

2.5 骨料添加對(duì)彩粒性能的影響

從圖3和表4中可知，加砂量的增大，會(huì)致使分散相的黏性更強(qiáng)。當(dāng)加砂量為10%時(shí)，彩粒呈現(xiàn)出絲狀和薄片狀，且由于含砂量低，導(dǎo)致涂料質(zhì)感不明顯。隨著含砂量的增加，彩粒由絲狀向粒狀和棒狀轉(zhuǎn)變，厚度也明顯增加，且涂料的質(zhì)感逐漸顯現(xiàn)。當(dāng)含砂量為70%時(shí)，碎粒情況會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，且未完全包裹骨料，因此涂料的施工性也越來(lái)越差。因此，通過(guò)結(jié)果看出，骨料的摻量在40%～50%比較適宜。

圖3 不同骨料摻量對(duì)材料分散相的影響Fig.3 Effect of different aggregate content on dispersed phase of material

表4 骨料添加量對(duì)彩粒性能的影響Tab.4 Effect of aggregate addition on color grain properties

從表4中不難看出，當(dāng)添加量大于70%時(shí)，彩粒色滲色現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，且施工性差。因此，依據(jù)景觀裝飾設(shè)計(jì)的需要，涂料體系中骨料添加量因控制在40%～50%內(nèi)。噴涂效果如圖4所示。

圖5 多質(zhì)感水性多彩涂料噴涂效果（遠(yuǎn)、近觀）Fig.5 Spraying effect of multi texture water borne colorful coating （far and near view）

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)羥乙基纖維素和硅酸鎂鋰之間產(chǎn)生的凝膠化反應(yīng)和親水改性化固化劑和羥基樹(shù)脂之間產(chǎn)生的交互作用完成多質(zhì)感水性色彩涂料的制備，并對(duì)涂料的分散相進(jìn)行了研究，獲得以下結(jié)論：

（1）合適的復(fù)配乳液比例能夠確保骨料被充分包裹，使涂料中彩粒的韌性更強(qiáng)，且彩粒之間不易發(fā)生粘黏現(xiàn)象；（2）利用親水改性化固化劑和羥基樹(shù)脂之間產(chǎn)生的交聯(lián)反應(yīng)，能有效減少出現(xiàn)彩粒滲色和彩粒破碎的情況，保證實(shí)驗(yàn)的正常開(kāi)展；（3）分散相中含有3%～4%高濃度保護(hù)液，能夠有效保證制備出符合要求的多質(zhì)感水性多彩涂料；（4）將羥乙基纖維素?fù)搅靠刂圃?.55%左右，可保證彩粒性能的穩(wěn)定性；（5）當(dāng)涂料中骨料控制在40%～60%時(shí)，可實(shí)現(xiàn)確保涂料質(zhì)感，且不發(fā)生彩粒破碎以及噴涂槍堵塞的情況。