金属光泽外墙涂料的研制

   日期:2022-02-07     浏览:138    
核心提示:1 引言近年来, 外墙涂料的应用受到高度重视, 并相应出现了一些新型外墙涂料品种, 如弹性外墙涂料、拉毛效果的外墙涂料等。近来一
1 引言
近年来, 外墙涂料的应用受到高度重视, 并相应出现了一些新型外墙涂料品种, 如弹性外墙涂料、拉毛效果的外墙涂料等。近来一种装饰效果新颖的外墙涂料-- 具有金属光泽效果的外墙涂料,在一些地方开始应用并见诸于报道。实际上, 金属光泽涂料在汽车涂料中早已得到广泛应用, 并成为高档汽车涂料的主导涂料品种。作为外墙面使用的金属光泽涂料, 与汽车涂装使用的金属光泽漆至少在三个方面的要求存在着明显差别: 一是涂装过程中对基层的要求和处理不同; 二是对涂膜表面装饰效果的要求不同; 三是用于外墙涂装时成本受到制约, 因为汽车金属漆是昂贵的。因而, 配制外墙金属光泽涂料时, 应考虑到这些具体情况, 这也是不能把汽车金属漆直接用于外墙面涂装的原因。所以, 应根据外墙面的要求调整配方和相应的配制程序, 配制新用途的涂料。以下介绍金属光泽外墙涂料的研制过程。

2 原材料的选择
211 基料
外墙涂料基料的主要品种有氟树脂、有机硅-丙烯酸复合树脂、含羟基丙烯酸树脂和聚氨酯复合的双组分树脂以及丙烯酸树脂等。由于金属光泽外墙涂料目前还很少大量使用, 而往往只是在外墙面的涂装过程中对某些特殊部位的点缀, 因而选用基料时其档次应和主要涂料的性能相协调。考虑到这一点, 在研制过程中选用了美国罗门哈斯公司的B66 粉末状固体丙烯酸树脂。
212 金属颜料和着色颜料
金属颜料主要是铝粉和铜粉, 试制时选用的是铝粉。铝粉金属颜料过去在建筑涂料中很少使用,铝颜料对可见光和紫外线有高度的反射性。从物理性能来说, 铝粉颜料分为漂浮性铝粉和非漂浮性铝
粉两类。漂浮性铝粉主要用于银粉漆, 其在涂膜中总是漂浮在涂膜的外面一层, 如图1 所示。

配制金属光泽涂料时应选择非漂浮性铝粉。非漂浮性铝粉则是均匀、平行于基层地分布于整个涂膜中。如图2 所示。

作为一种金属颜料, 铝粉颜料具有一些不同于一般涂料颜料性能的特征。
( 1) 遮盖力: 铝颜料遮盖力的大小主要取决于颜料中薄片表面积的大小, 亦即薄片的径厚比, 薄片薄而大时组成的颜料其遮盖力较高, 反之亦然;
( 2) 屏蔽性能: 铝颜料鳞片在涂膜中定向地平行与基层排列, 形成的是一层连续的金属膜层, 对光、水、气等均具有极好的屏蔽性能, 能够阻隔这些物质向涂膜中的侵入。这种性能能够有效地增强涂膜的保护功能和延长涂膜自身的寿命;
( 3) 色衰减性能: 当涂料需要配制彩色而加入其它颜料时, 会导致涂料体系的色彩明度、饱和度产生较大幅度的衰减。因而当涂料中除还需要使用其它着色颜料时, 其用量应尽可能降低;
( 4) 金属光泽效果: 铝颜料的金属光泽效果与其颗粒( 薄片) 的大小有关, 铝薄片越大, 金属光泽效果越充分, 金属感越强; 反之亦然。因而, 配制金属光泽外墙涂料应选择颗粒较粗的铝颜料。但是, 颗粒也不宜过分粗大, 因颗粒越粗大, 遮盖力越差, 涂料储存时越易沉淀。
除铝颜料外, 有的情况下还需要使用着色颜料。此时应考虑两个问题: 一是颜料的耐候性必须很好; 二是对涂料的光泽影响不能太大。因而, 应选择诸如透明氧化铁系颜料、透明酞菁蓝、酞菁绿等颜料, 并且在满足颜色要求的情况下应尽量减少其用量, 以免对涂料的金属光泽产生太大的影响。
213 助剂
(1) 防沉剂: 铝颜料密度较大, 颗粒相对较粗, 因而在储存过程中较易沉淀, 在配制时必须采取良好的防沉淀措施, 可以从两个方面解决问题。一是保持涂料有较高的粘度; 二是使用防沉剂。试验过程中选用一种高分子蜡系防沉剂。该防沉剂除具有防沉淀功能外, 在涂料成膜时还能够帮助铝鳞片定位整齐, 促进铝颜料的分散。在这里,促进铝鳞片整齐定位对于保证涂膜有很好的金属光泽效果是至关重要的。如果铝鳞片在成膜过程中不能平行于基层整齐地定位排列, 其金属光泽效果将会大为削弱。
( 2) 流平剂: 铝鳞片颗粒粗大且呈薄片状, 必须选用适当的助剂促进涂料在成膜过程中的流平和帮助铝鳞片整齐定位。选用一种聚醚改性聚硅氧烷系流平剂能够起到这些作用。此外, 还选用一种醋
酸丁酸纤维素流平剂, 它除了能够促进涂料的流动和流平外, 还具有很好的促进涂膜中溶剂挥发的功能, 使涂料具有很好的干燥性能。
214 分散介质( 溶剂)
由于金属光泽外墙涂料是溶剂型的, 因而只能选用溶剂作为分散介质。选用的溶剂以醋酸丁酯为主溶剂, 具有适当的溶解力和挥发速度, 且毒性较小。为了平衡其它涂料性能, 除醋酸丁酯外还选用了其它溶剂复合使用。

3 金属光泽涂料试验结果及其配制
311 试验结果
通过系列试验, 初步掌握了所选用的原材料对金属光泽涂料性能影响的规律和铝颜料在涂料中的性能特征, 可以总结出以下几点:
( 1) 铝颜料的用量。金属光泽涂料中铝颜料应有适当的用量。试验发现: 当铝颜料用量太少时,除涂料的金属光泽不够充分外, 涂料的遮盖力也很差; 当铝颜料的用量太多时, 涂料的金属光泽并不会因为铝颜料用量的增大而显著增大。分析其原因认为, 可能是由于铝颜料用量太多时, 铝颜料在涂膜中不能很好地平行于基层整齐地定向排列, 而是出现堆积、堆叠的情况。这样, 除了影响涂膜的某
些性能外, 还会浪费昂贵的铝颜料, 增大涂料的成本。因而, 必须保持适当的铝颜料用量;
( 2) 防沉剂的用量。防沉剂能够有效地防止涂料中铝颜料的沉淀, 但是, 防沉剂会影响涂膜的光泽。所以, 并不能完全依靠增大防沉剂的用量来防止涂料沉淀, 可采取其它辅助措施, 例如增大涂料的粘度与之结合使用;
( 3) 醋酸丁酸纤维素具有很好的流平性和促进溶剂挥发能力。但是, 当其用量超过一定数量时,涂膜的柔韧性明显变差, 因而, 醋酸丁酸纤维素作为流平剂使用时, 其用量也不能过大, 保持适当的用量, 以求得涂料性能之间的平衡;
( 4) 为了防止涂料沉淀, 涂料粘度调整得很高。这种高粘度的涂料涂装时, 很难得到好的涂膜效果, 必须配套相应的稀释剂, 将涂料稀释后再施工。此外, 对于同一个涂料, 经稀释后, 采取刷涂和喷涂施工时, 涂膜的金属光泽效果明显不同, 后者的效果要好得多。这是因为, 刷涂施工时铝颜料颗粒不能很好地平行于基层而整齐地定向排列, 因而, 为了取得更好的金属光泽效果, 这类涂料应采取喷涂的方法施工。
312 配方
经过多次试验和对配方的改进, 所确定的配方如表1 所示。

313 配制程序
31311 固体丙烯酸树脂的溶解
在溶解容器中置入混合溶剂, 在搅拌状态下,缓慢地加入B66 粉状丙烯酸树脂, 加完后, 再充分搅拌, 直至它完全溶解, 制得B66 丙烯酸树脂的50% 溶液, 待用。
31312 醋酸丁酸纤维素溶液( 15%醋酸丁酯溶液)的制备
将适量的醋酸丁酯溶剂置于容器中, 在搅拌状态下缓慢地加入粉状醋酸丁酸纤维素, 加完后充分搅拌, 直至醋酸丁酸纤维素完全溶解, 制得醋酸丁酸纤维素的15% 醋酸丁酯溶液, 待用。
31313 铝粉浆的浸润
在适当容器中先用混合溶剂浸润铝粉浆, 然后以中到高速搅拌, 使铝粉浆中的颜料粒子充分分散, 没有分散不开的粒团, 制得铝粉颜料浆, 待用。特别应注意的是, 为了保持铝颜料的薄片结构, 使之充分显现金属光泽, 铝颜料不能研磨, 而只能以中到高的搅拌速度分散。
31314 涂料的调制
将已充分分散的铝粉浆置于适当容器中, 在保持搅拌的情况下, 将少量的B66 丙烯酸树脂溶液缓慢地投入铝粉浆中, 并搅拌均匀。然后, 再将其混合料浆和B66 丙烯酸树脂溶液一起混合均匀。在操作过程中, B66 丙烯酸树脂溶液应保持搅拌, 铝粉混合料浆投料要慢, 以防止铝粉料浆凝集。将流平剂和醋酸丁酸纤维素溶液加入上述混合料浆中, 搅拌均匀后再投入防沉剂和其它助剂搅拌均匀, 制得成品金属光泽外墙涂料。

4 技术性能
金属光泽涂料的技术性能见表2 所示。

5 结论
通过系列的实验室试验, 发现在配制涂料时所选用的几种原材料对涂料性能的影响, 初步掌握了铝颜料浆在涂料中的一些性能特征, 并得到了以丙烯酸树脂为基料的金属光泽外墙涂料的配方。但是, 用于实际生产时这还只是一个可供参考的基本配方。在生产中, 特别是涉及到彩色涂料的配制时, 尚需要根据具体样板要求, 选择颜料包括颜料品种和颜料形态( 颜料粉或颜料浆) 用量和加入方法等。此外, 要提高涂料的耐候性, 将丙烯酸树脂换成有机硅- 丙烯酸复合树脂即可, 以聚氨酯- 丙烯酸复合基料取代丙烯酸树脂时情况亦如此。金属光泽外墙涂料在我国的应用只是刚刚开始, 还有许多工作要做, 包括涂料的调色、沉淀的防免、生产中的质量控制、施工中的配套腻子和对基层的处理以及涂料技术等。
* 本研究得到合肥凯瑞制漆厂何祥智先生的大力支持与帮助, 特此致谢!
 









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