低成本高PVC乳胶漆的研制

daniel00 · 发表于 2008-11-26 11:50:14

1 前言

高PVC乳胶漆因乳液用量少，价格便宜，在市场上占有一定的份额，也是受欢迎的乳胶漆品种之一，但有些高PVC乳胶漆的耐擦洗性远达不到国家标准的要求。根据有关资料报导，市场上某些乳胶漆耐擦洗性仅几十次，甚至只有几次。其主要原因是一些涂料生产厂忽视了所有乳液涂料品种都存在一个临界颜填料体积浓度（CPVC），也就是不同乳液对颜填料量的承载能力有所不同。如果在乳胶漆中，所加的颜填料超过了乳液本身的承载能力，则乳胶漆的质量十分低劣，甚至无法使用。如果选用具有高颜填料承载能力的乳液，相对乳液用量就可以降低，而乳胶漆的质量不会受到太大影响，乳胶漆的成本势必大大降低。笔者对此作了深人研究，用本公司的改性苯丙乳液研制成功了高PVC乳胶漆，其性能达到了国家有关合成树脂乳液内墙涂料标准的要求。

2 实验部分
2.1 高PVC乳胶漆的配方

原材料/质量份

●颜料浆
去离子水/280
分散剂/8
润湿剂/2
消泡剂/1.5
成膜助剂/ 4
亚硝酸钠/ 2
防霉剂/1.5
乙二醇/6
钛白粉/20
煅烧高岭土/70
填料325目/400
群青/0.5
羟乙基纤维素（2％水溶液）HBR250/150

●基料（漆料）
改性苯丙乳液/80
氨水调节pH至8-9
消泡剂/1.5

2.2 生产工艺
2.2.l 配制颜料浆
组成：水、分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、防腐剂、防霉剂、抗冻剂、流平剂、颜填料。纤维素、增稠剂。
工艺要求：低速投料，然后逐渐提速搅匀，最后高速分散与研磨。
2.2.2 配漆
组成：分散颜料浆、改性苯丙乳液、中和剂、消泡剂、增稠剂。
工艺要求：低速投料与低速搅匀，最后慢速除泡。

3 结果与讨论
3.1 乳液
根据有关资料介绍和笔者的研究，当在乳液的聚合物结构中引进了一定数量的湿附着功能基团后，这些基团能与无机底材表面的水分结合成氢键或形成共价键，而这些氢键或共价键是远比范德华力强得多的界面作用力，故涂膜的附着力明显提高。同时，具有湿附着功能基团的乳液聚合物分子将附着在颜料表面的水分子挤走，使颜料更好地润湿，并使聚合物分子插入颜填料颗料之间，使之隔开，从而使分散更加稳定，提高了涂料质量。具有湿附着功能的基团还能降低颜填料与乳液聚合物之间的结构化作用，使乳胶漆的粘度下降，可提高乳液的临界颜填料体积浓度(CPVC）。

另外，如乳液中采用自乳化剂后，这类反应性乳化剂以共价键的形式与聚合物结合，而不再靠物理吸附结合。这样，乳化剂分子不再可能出现解吸现象，使乳液聚合物粒子在凝聚过程中受到静电斥力和更大的空间阻碍作用，从而使乳液的稳定性得到很大的改善，并且乳液聚合物的成膜不再受到乳化剂迁移的影响，从而使涂膜的耐水性和耐擦洗性得到相应的提高。改性苯丙乳液，正是用湿附着单体和反应性乳化剂对原有苯丙乳液进行了双重改性，并采用预乳化工艺和种子乳液聚合工艺，其耐水性、耐擦洗性较原有苯丙乳液有明显的提高，并且有更突出的钙离子稳定性、冻融稳定性和对颜填料的承载能力，所以特别适用于高PVC乳胶漆的配制。

3.2 颜填料
改性苯丙乳液的钙离于稳定性突出（5％ CaCl2 溶液：乳液=1：1通过），所以对轻钙、重钙、方解石粉、滑石粉等填料的适应性很强，但要注意乳胶漆的白度。另外，高岭土一定要用煅烧高岭土，其吸油量高，悬浮性能好，但要控制其用量。

3.3 分散
为使颜填料能在漆膜中充分发挥作用，必须尽可能地使颜填料分散成原级粒子，但颜填料的粒子越细，比表面积越大，粒于的凝聚倾向也越大，故稳定性越差。由于本试验中颜填料用量较高，所以如何使其分散稳定是关键。通常润湿剂能降低颜填料的表面张力，使粒子表面较快地润湿，并使分散剂容易吸附到粒子表面。分散剂通过电性吸附包覆在颜填料粒子周围，形成双电层。同时由于渗透压的作用形成水合层，使分散粒子在水介质中稳定。但由于各种颜填料粒子表面的电性不同，如本试验中所用的煅烧高岭土、轻钙、重钙等表面的等电点，使某些分散剂的吸附往往不稳定，具有吸附不牢或解吸的倾向，使分散粒子凝聚倾向增强，容易引起浆料发涨、沉降、结块等现象。在分散过程中，开始尽量稀一些,以充分润湿，然后加入HEC增大粘度，使分散更加稳定。

随着分散剂用量的增加，体系粘度往往下降。分散剂过量，则粘度又逐渐上升，所以通常把粘度最低点作为分散剂的最佳用量。但分散剂的分散曲线有V型和L型两种，其中L型最好，使用安全方便，过量也无关紧要。分散剂是典型的L型分散剂，理论用量为0.4％－0.6％，而实际由于吸附程度及粒子表面性质等问题，其用量应稍过量，才能使颜填料粒子表面得到充分的吸附，否则在粒子表面留有空隙而吸附增稠剂或其他物质，引起不稳定的现象。为此，确定分散剂用量为0.8％，涂料经60℃贮存一周，变化很小，基本上达到了试验目的。

3.4 增稠
3.4.1 高剪切粘度
乳胶漆施工时的涂刷粘度称为高剪切粘度（ICI粘度）。高剪切粘度太小，致使遮盖力及丰满度差，而且颜填料颗粒裸露在表面，涂膜手感不好；但粘度过高则引起刷涂困难。高剪切粘度一般控制在0.8－1.2，但由于当前缺乏仪器检测，只能凭经验而定。

高剪切粘度与缔合型增稠剂有关，其增稠原理是通过吸附在乳胶粒子上形成网络或自身形成胶束网络。但这些网络吸附在乳胶粒子上，容易引起乳胶粒子的絮凝，严重时会导致破乳，而且这种絮凝破乳不可逆，使用时必须用丙二醇充分稀释。

3.4.2 低剪切粘度
贮存、搬运时乳胶漆的粘度属低剪切粘度，低剪切粘度太小，施工时流挂，且开罐性能不好，形成上稀下稠。分层等现象；粘度过高则流动性不好，影响施工流平性，所以一定的低剪切粘度可以保证贮存稳定性和均匀流平性能。低剪切粘度与碱溶性增稠剂有关，由于其增稠原理是通过分子长链的相互缠绕，把自由流动的水相固定，并且这种分子长链缠绕不易被剪切力分开，所以体系的流动性会变差。另外，碱溶性增稠剂与阴离于分散剂属同一类型物质，容易相互干扰，造成颜填料粒子絮凝，引起乳胶漆发涨、结块、发硬等问题。在使用时，体系pH值要控制在8以上，pH值低于8时，造成乳胶漆在贮存中较快出现胶凝现象，pH值低于7则不起增稠作用。

增稠效果较好的碱溶性增稠剂。羟乙基纤维素也是解决低剪切粘度较好的一种非离子型增稠剂。其增稠原理是通过吸水膨胀并水化而限制自由水流动，并通过分子长链缠绕形成网络来限制自由水流动。但这种网络较弱，影响体系流动性较小，一般可单独使用，然而不太理想，应与其他增稠剂配合使用，才能配制成比较理想的乳胶漆。值得注意的是，羟乙基纤维素必须在充分溶解的情况下，才能发挥有效的作用，通常在溶解过程中加几滴氨水，可加快水化。

3.4.3 中剪切粘度
乳胶漆在生产、调制、运输以及施工时的粘度属中剪切粘度，一般粘度控制在75－100KU，其粘度过高或过低，同样会影响乳胶漆的贮存稳定性及施工性。本试验采用羟乙基纤维素、碱溶性增稠剂，以及缔合型增稠剂，都兼有中剪切粘度，并且由此组成一个较好的增稠流变系统。试验表明，这种组合的成本低，效果好，具有较好的贮存稳定性、施工性、流平性以及较好的漆膜丰满度。

3.5 消泡
速效消泡剂与长效消泡剂，两者配合使用，效果很好，而且不易生成缩边、鱼眼等涂膜缺陷。长效消泡剂可在研磨阶段加人，速效消泡剂可在配漆时加入。

为了更好地消泡，建议配漆后期进行慢速搅拌除泡，通过缓慢搅拌，使不易消除的泡沫加速上浮到表面消泡。

3.6 成膜
为帮助乳液成膜，加入成膜助剂必不可少。但成膜助剂的加入，使乳化剂形成成膜助剂的乳化油滴，因此，成膜助剂局部浓度过高时，容易使乳液凝聚。成膜助剂可采用直接加入、稀释后加入和先乳化后加入三种方法，本试验在研磨阶段加入，即用浆料稀释比较安全。

成膜助剂加量太小，乳胶漆不能很好成膜，引起涂膜开裂、脱粉，性能受到不同程度的影响；而成膜助剂加量太大，乳胶漆早期涂膜太软，且不易干。一般成膜助剂加量为乳液量的3％－ 4％，而本试验的加量为乳液量的5％，效果较好。这是因为在高PVC乳胶漆中的乳液加量少，成膜助剂碰到乳液的机会大为减少，所以必须考虑成膜助剂在乳胶漆中的有效浓度，才能保证很好的成膜性能。