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      水性多彩彈性外墻涂料的制備研究

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      水性多彩彈性外墻涂料的制備研究
      蔡青青,孔志元,史立平,殷武,何慶迪( 中海油常州涂料化工研究院,江蘇常州213016)

      水包水型全水性多彩涂料是近年來出現在建筑內外墻裝飾領域的熱點產品,因其裝飾效果突出正逐漸被市場了解和接受。該產品通過一次性噴涂于乳膠色漆或石英彩砂漆表面,干燥后可同時呈現多種色彩花紋,形象效果逼真,類似于花崗巖石材的外觀裝飾效果,與天然花崗巖石材相比,具有很大的價格優勢,節省裝飾成本,性價比高。同時該涂料層薄質輕,施工工藝簡單,環保安全,非常適合應用于高檔建筑物如賓館酒店、寫字樓、辦公樓、醫院、別墅等外立面的裝飾,提升建筑物形象和檔次。
      本研究重點考察了制備多彩涂料用凝膠粒子穩定性的主要影響因素,通過選擇合適的凝膠材料、無機保護膠、水性顏料漿以及硅丙彈性乳液,制得綜合性能優異的水性多彩彈性外墻涂料。該涂料具有花崗巖石材豐富多彩的外觀裝飾性,抗裂防水,耐久性優異,貯存穩定,施工簡單,具有高裝飾性和高性價比,非常適合作為飾面涂料應用于目前正在大量推廣的外墻外保溫系統中。
       
      1 實驗部分
      1. 1 主要原料
      硅丙彈性乳液( CTD - 6833) 、丙烯酸乳液( CTD - 6819) 、各色水性顏料漿: 中海油常州環保涂料有限公司; 成膜助劑、分散劑、消泡劑、增稠劑、殺菌劑等: 工業級,市售; 各類天然高分子纖維素類衍生物: 進口,工業品,市售; 各類凝聚劑: 試劑級; 無機保護膠: 市售。
      1. 2 水性多彩涂料的制備
      ( 1) 將預先配制的濃度為3% 的天然纖維素類衍生物的水溶液、去離子水和丙烯酸乳液一起加入到合適容積的容器中,高速攪拌混勻,然后依次加入成膜助劑、殺菌劑、消泡劑等助劑,攪拌均勻后制得基礎分散相備用。
      ( 2) 將預先配制的濃度為4% 的無機保護膠水溶液和去離子水、硅丙彈性乳液一起加入到合適容積的容器中,高速攪拌混勻,然后在攪拌下依次加入成膜助劑、殺菌劑、消泡劑及凝聚劑等助劑,混合均勻后制得連續相備用。
      ( 3) 往適量基礎分散相中加入一定量的水性顏料漿,高速攪拌均勻,然后加入與分散相等量的連續相,采用專用設備進行攪拌分散造粒,控制轉速和時間直至得到大小合適的著色凝膠粒子為止,依次制得不同色彩的凝膠粒子。
      ( 4) 將不同色彩的凝膠粒子混合在一起,采用框式或錨式攪拌器攪拌混合均勻,加入增稠劑調整至合適的施工黏度,采用專用噴槍噴涂制板,進行性能評價和測試。
      1. 3 性能測試
      常溫貯存穩定性: 將200 g 左右的樣品裝入透明塑料瓶中,密封于常溫下靜置,定時觀察樣品中的凝膠顆粒有無滲色、聚結、發糊、融合等現象。
      熱貯存穩定性: 將500 g 樣品裝入密封良好的塑料容器中,容器內留有約10%的空間,密封后放入( 50 ± 2) ℃恒溫干燥箱中,7d 后取出在( 23 ± 2) ℃下放置3 h,觀察樣品中水性著色凝膠顆粒有無滲色、聚結、發糊、融合等現象。

      2 結果與討論
      2. 1 凝膠材料的選擇
      水性多彩涂料是由幾種不同色彩的著色凝膠粒子穩定懸浮分散于由乳液、水及助劑等組成的連續相中而形成的一種水包水( W/W) 型的結構體系。由于著色凝膠粒子分散相主要是可溶于水的纖維素類物質,因此在制備凝膠粒子時,當含有著色顏料漿的分散相混合至連續相中時,不能發生兩相互溶,否則會出現分散相聚結成團及色漿滲出進入連續相中等情形。要制得這種穩定的凝膠粒子,就必須在分散相進入連續相的瞬間,在分散相液滴的表面發生凝膠反應而形成一層不溶于水的柔性膜保護層,這層柔性膜除了能夠阻止膜內分散相各組分及膜外的連續相各組分互相擴散外,還能防止各膠粒之間發生聚結、溶合。水性多彩涂料成功制備的關鍵在于選擇合適的凝膠反應材料,使含有色漿的分散相能穩定懸浮分散于連續相介質中。
      通過查閱文獻及前期探索實驗,本研究選擇了3 種從天然植物中提取的高分子纖維素類衍生物A1、A2、A3分別與3 種多價離子鹽類凝聚劑B1、B2、B3進行反應,生成凝膠這一路線來制備凝膠粒子,通過比較,篩選出合適的凝膠反應材料。試驗結果如表1 所示。
      凝膠反應材料的選擇評價試驗
      注: ◎—生成的凝膠粒子界面分明,不聚結不滲色,噴涂施工后粒子形狀保持性好; ○—生成的凝膠粒子界面分明,不聚結不滲色,但噴涂施工時粒子易碎小化; △—生成的凝膠粒子不太穩定,發生聚結融合、滲色現象,噴涂施工時粒子被打碎; ×—無法生成凝膠粒子或兩相完全混溶。
      水性多彩涂料最關鍵的性能是穩定性( 貯存和施工穩定性) 。與水包油型多彩涂料相比,水包水型多彩涂料的膠體分散相是由各類親水性或水溶性物質組成,在貯存期間其內部水溶性組分有向連續相介質發生遷移滲透的趨勢,從而發生滲色、聚結、溶合等不穩定現象,導致形態發生變化而失去其仿花崗巖石材的裝飾效果,因此需要對粒子的穩定性進行長期追蹤考察。由表1 可以看出,在粒子生成初期,凝膠組合1 制備的凝膠粒子較穩定,粒子界面分明不滲色,凝膠強度大,抗施工剪切性強,常溫貯存和熱貯存穩定性最好,可滿足多彩涂料制備及實際應用的穩定性要求。凝膠組合2 盡管在粒子制備初期的穩定性尚可,但其貯存穩定性特別是熱貯存穩定性不能滿足實際使用要求。凝膠組合3 凝膠能力弱,無法生成穩定凝膠粒子。本研究選擇A1 + B1凝膠材料組合來制備多彩凝膠粒子。
      2. 2 分散相中天然纖維素衍生物A1用量的影響
      為了便于觀察和比較,本試驗僅以含有凝聚劑B1的水溶液作為連續相,保持連續相中B1的用量和濃度不變,考察了分散相中天然纖維素類衍生物A1的用量( 占分散相的質量分數) 對凝膠粒子的生成及貯存穩定性的影響,在制備當時及靜置24 h 后分別觀察凝膠粒子的狀態,試驗結果見表2。
      分散相中A1 的用量對凝膠粒子生成的影響
      由表2 可知,隨著分散相中A1用量的提高,分散相的黏度增高,生成凝膠粒子的尺寸逐漸變大,凝膠強度增大,抗滲色性隨之提高。但A1用量過大易導致分散相黏度過高,使分散造粒難度增大,操作性變差; 同時生成的凝膠粒子尺寸過大過厚,干燥后涂膜平整度降低。綜合考慮,選擇A1的用量在0. 35% ~ 0. 46%比較合適。
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