
日期:2022-02-14
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核心提示:1 前 言高 PVC 乳胶涂料因其低廉的价格已成为市场上颇受欢迎的内墙涂料品种之一,据统计,可占市场份额的60% ~ 70% 。原材料价
1 前 言
高 PVC 乳胶涂料因其低廉的价格已成为市场上颇受欢迎的内墙涂料品种之一,据统计,可占市场份额的60% ~ 70% 。原材料价格上涨,造成了产品成本不断攀升,使生产企业的利润空间缩小,所以降低乳胶涂料配方的材料成本、提高其市场竞争力是摆在每个涂料配方工程师面前不可回避的问题。提高产品配方的 PVC ,减少价格不断上升的乳液用量是降低成本的有效途径。但降低成本不能以降低产品性能为代价,本文对高 PVC 乳胶涂料中各组分对产品性能的影响进行探讨,总结了高 PVC 乳胶涂料的配方设计方案。众所周知,颜料体积浓度( PVC )和临界颜料体积浓度( LCPVC )是乳胶涂料配方设计中两个重要的概念,可以说是配方设计的基础。配方体系的临界颜料体积浓度( LCPVC )是 PVC 的临界点,在这点的两侧涂膜性能会发生显著变化。现在市场上的高 PVC 体系乳胶涂料,配方的 PVC 通常都高于 LCPVC 。当 PVC 高于 LCPVC 越多,对降低产品的成本方面就越有利,但涂膜性能如耐擦洗性、耐水性、耐碱性等都会下降。这样就产生一个新的概念:就是对比颜料体积浓度,即 PVC 对 LCPVC 之比,是配方的关键参数。 PVC 和LCPVC 两者之间差距越小,涂膜的性能越好,所以使 LCPVC 大化是理想的。乳胶涂料的 LCPVC 的影响因素众多:乳液、颜填料的种类、粒径分布、助剂等均有影响。
2 涂料配方的基本构成和涂料性能
2.1 配方的基本构成 ( 见表 1)
表 1 涂料配方基本构成
2.2 性能检测
产品性能检测按照 GB/T9756-2001 的标准及 GB/T18581 的标准,其结果见表 2 。
表 2 涂料技术指标
3 主要原材料的选择及使用
3.1 乳液的选择
3.1.1 不同类型乳液的对比
乳液的正确选择和合理搭配对产品质量和性能,特别是耐洗擦性和遮盖力及涂层的耐水、耐碱性都有重要的影响。不同品种乳液的颜料承载能力和价格都不相同,常用内用乳液的性能和价格见表 3 。
综合考虑,以苯丙乳液性价比为佳,所以选择苯丙乳液作为成膜物质。
3.1.2 乳液特性对乳胶涂料 LCPVC 的影响
由于各厂家乳液合成工艺及配方不尽相同,乳液的物理特性如粒径的大小、玻璃化温度的高低也有所不同,乳液性能直接影响到产品的临界颜料体积浓度,乳液特性与 LCPVC 的关系见图 1 、图 2 。
从图 1 、图 2 可见,具有较小的乳胶粒子和相对较低的玻璃化温度的乳液,在选择乳液时可以使产品配方具有较高的 LCPVC 。因为当乳液粒子较小时,它在干燥成膜过程中容易运动,具有较好的渗透能力,可以更好地渗透到颜料粒子之间,同时乳胶粒子可以靠的更紧密,更接近连续介质,所以形成的涂膜更致密,具有更高的临界颜料体积浓度。较低的玻璃化温度可以使乳胶粒子的弹性形变能 力更强,有利于形成致密的涂膜,提高配方的临界颜料体积浓度。所以比较乳液的颜料承载能力时先了解其这两个主要特征值作为参考,以减少试验的盲目性;同时综合其它因素,通过实验确定合适的乳液。
3.2 颜填料的选择
在高 PVC 的乳胶涂料配方体系中颜填料的比例较大,所以它们的搭配组合非常重要,不仅对涂膜的性能作用非常大,而且对产品的材料成本影响也很明显,如果搭配的科学合理就有可能制造出质优价廉的产品。常用的颜填料性能及价格见表 4 。
表 4 颜填料性能及价格
由于受到产品成本的制约,所以在高 PVC 乳胶涂料配方体系中不可能使用大量的钛白粉,虽然性能优异但价格非常昂贵。在高 PVC 底衬颜色乳胶涂料其配方的 PVC 一般高于 LCPVC ,所以当涂膜干燥后由于空气遮盖力的作用,其干燥遮盖力会明显高于湿膜的遮盖力。在高 PVC 体系中遮盖力的对比也是以干遮盖力为主。所以在选择颜填料组合时应以能提高干遮盖力的颜料为主,由于轻质碳酸钙、高岭土的吸水性强,所以其干燥后由于水的挥发会留下许多气室,这样可以显著增加涂膜的干遮盖力,但是由于其吸油量大由前所述,使用大量轻质碳酸钙和高岭土会使配方体系的 LCPVC 降低,不利于涂膜性能的提高,所以选择组合颜填料体系时,要综合考虑产品的对比率同耐洗擦等性能的平衡来确定合适的用量。一般高岭土用量为 3% ~ 6% ,轻质碳酸钙的用量为10% ~ 20% 。
颜填料的组合除去要考虑种类外,更要考虑到填料粒径的大小分布。颜填料的粒径分布会影响到它们在涂膜中的堆积状况。当颜填料的粒径过于集中则颜填料的堆积就会留下许多空隙,这就需用基料去填充,从而使包覆在颜填料表面的基料减少,使配方的 LCPVC 降低,不利于产品配方 PVC 的提高。所以应控制颜填料的粒径分布,采用多种惰性颜填料使粒径分布大化,提高 LCPVC 从而使配方在相同的对比颜料体积浓度下,具有较高的颜填料添加量,以降低产品配方的材料成本。
3.3 分散剂的选择
在高 PVC 乳胶涂料配方体系中,由于钛白粉的价格昂贵,所以经常用大量的填料来提高涂膜的对比率,并且会使用干遮盖力较强的轻质碳酸钙及高岭土这类吸油量大的填料。由于这一填料是因其吸水量大,从而干后形成孔隙和气室提供较强的干遮盖力,所以其需要的分散剂的量也大,如果没有足够分散剂来使体系处于稳定状态,就会出现颜填料的沉降、凝结而造成产品质量事故;但是如果分散剂添加过量又会对涂膜的耐水性产生不利的影响,同时分散程度对配方体系的 LCPVC 也有很大影响。确定分散剂的用量,通常采用测定颜填料分散程度曲线法以确定颜填料的组合。采用适量的水混合成浆状滴加分散剂,测定不同分散剂用量时的粘度做图,以粘度降到低点时用量为合适的用量,同时乘以保险系数,一般为测定用量的 (0.5 ~ 1.5) 倍。在高 PVC 体系中,要注意的是由于使用了轻质碳酸钙,所以不能同时使用聚磷酸盐类分散剂,如六偏磷酸钠,因为轻质碳酸钙中含有游离的 Ca 2+ ,它含有同聚磷酸盐生成结晶的磷酸钙盐 , 致使产品在储存的过程中生成类似石类砂一样的粒子,并立即过滤仍会再生成造成产品不能使用。
3.4 增稠剂的选择
常用的增稠剂有:羟乙纤维素类( HEC )增稠剂、碱溶涨丙烯酸类( ASE )增稠剂、疏水改性碱溶胀丙烯酸类( HASE )增稠剂、聚氨酯类( PU )增稠剂。其中 HEC 类和 ASE 类是通过对水相增稠来达到增稠的目的。而缔合型增稠剂是通过分子链上的疏水基团同乳胶粒子缔合形成网状结构起到增稠的作用。由于增稠机理的不同,所以它们具有不同的特点。
在高 PVC 配方体系中,由于乳液用量相对较低,所以 PU 缔合型增稠剂不太适合。以 HEC 类增稠剂增稠的乳胶涂料用水稀释具有良好的保持粘度的能力,容许高 PVC 的乳胶涂料冲释 2 倍以上水时保持适当的粘度。但单纯用 HEC 类增稠剂增稠的乳胶涂料流平性及滚涂抗飞溅性差;而 HASE 类疏水改性碱溶胀类增稠类具有水合型增稠剂及缔合型增稠剂的双重优点,可同时对乳液、颜填料及水增稠,既可以提高低剪切粘度,也可以提高中剪粘度,能够改善一道涂刷的遮盖力、流平性、抗飞溅等。因此,可以用 HEC类增稠剂同 HAS 类增稠剂配合使用平衡产品各方面的性能。
3.5 成膜助剂对产品配方 LCPVC 的影响
在高 PVC 的配方体系中成膜助剂的合理使用可以使乳胶涂料的 LCPVC 达到理想值,成膜助剂对产品LCPVC 的影响,见图 3 。
由图 3 可见,产品的 LCPVC 随着成膜助剂加入量的升高而升高,但到了一定的程度后又下降。因为成膜助剂实质就是一种溶剂型的增塑剂,可以促进乳液粒子的塑性流动和弹性形变能力,加强对颜填料的包覆,所以可以提高配方的 LCPVC 。但当成膜助剂过量时,因为过量的成膜助剂使乳胶涂料过于软化,导致其聚结太快,立即形成阻止乳液均匀分布的聚集体,结果得到一种多孔结构而不是密实的涂膜,所以造成体系的 LCPVC 下降,因而成膜助剂的用量一定要在合理的范畴,一般用量为乳液固含量的 5 % ~ 12% 。
3.6 其它助剂的选择
在乳胶涂料中还有其它一些助剂也是必不可少的,消泡剂、防冻剂、防霉杀菌剂。它们的使用也很重要,使用不当也会造成涂膜缺陷,如消泡剂使用不当就会造成鱼眼、针孔等涂膜缺陷,所以这类助剂也要认真对待同时综合考虑成本及性能的平衡。
4 结 语
(1) 在高 PVC 体系中,提高产品 PVC 增大填料用量可以降低成本,但必须在同时提高 LCPVC 的前提下,保持 PVC/LCPVC 值不变,才能不会降低产品性能。
(2) 乳液、颜填料、成膜助剂的组合影响 LCPVC ,所以必须在相关理论的指导下,精心实验找出佳组合。
(3) 增稠剂及分散剂选用不影响产品稳定性及施工性的,非常重要。