弹性乳液制备水性裂纹漆的研究

赵永超1 魏新庭1 管 猛1 吴爱兵2 侯兴港3
（1. 聊城大学化学化工学院，山东聊城 252000 ；2. 唐山学院环境与化学工程系，河北唐山 063000 ；3. 聊城市金龙节能建材有限公司，山东聊城 252000）

0 引言
裂纹漆是一种美术涂料。初的裂纹漆是采用硝化棉为原料制备的溶剂型涂料。近年来，随着水性涂料的发展，已经有水性裂纹漆的报道［1-3］。在我们之前的工作中［4-5］，采用双组分环氧乳液为底漆，含氟丙烯酸乳液、硅丙乳液或丙烯酸乳液为面漆制备了水性裂纹漆。但环氧乳液和固化剂配制的双组分环氧乳液底漆，乳液和固化剂要按比例混合使用，而且添加固化剂后的底漆必须在5~8 h 内用完，使施工时间受到限制。在本实验中，我们对环氧底漆进行了替代，制备了一种由弹性乳液为底漆，丙烯酸乳液为面漆的水性裂纹漆。对影响裂纹图案的因素进行了研究，并将弹性乳液制备的裂纹图案与环氧乳液底漆和硝基漆制备的裂纹图案进行了对比。对涂料的综合性能，如附着力、耐水性、耐擦洗性等进行了检测，检测结果表明，该涂料能够满足实际应用的要求。

1 实验部分
1.1 原材料
钛白粉：R900，美国杜邦（DuPont）公司；水性色浆：昆山市世名科技开发有限公司；润湿/ 分散剂：P-01、消泡剂：SP-01、增稠剂：TT-936，山东聊城市鲁工涂料助剂有限公司；丙二醇：分析纯，天津福晨化学试剂厂；多功能助剂：AMP-95，陶氏化学；环氧乳液：EP-20、环氧乳液固化剂：AB-HGA，浙江安邦新材料有限公司；去离子水：聊城大学化学化工学院。
1.2 仪器与设备
实验室多功能分散机：KSL-4002L、刮板细度计：0~150 μm、线棒涂布器：QXD，天津精科材料试验机厂；涂膜制备器（分别为50 μm、100 μm、150 μm、200 μm）：SZQ、耐洗刷性测定仪：QFS，天津永利达材料试验机有限公司；数码相机：S5，佳能有限公司；电子天平：EBL200，日本岛津（Shimadzu）；托盘天平：ZYT2-500，北京中西远大科技有限公司。
1.3 裂纹漆的制备
水性裂纹漆分为底漆和面漆两部分，其中底漆采用弹性乳液制备，必要时添加少量色浆或增稠剂；按表1 配方将色浆和丙烯酸乳液、多功能助剂、增稠剂以400 r/min 转速，在分散机中混合均匀，即制得裂纹面漆。白色裂纹漆采用自制的白色色浆，其制备过程如下：将水、助溶剂于300 r/min 转速下，在分散机中预混合，然后加入分散剂和消泡剂，并持续搅拌约15 min。然后，在300 r/min 转速下缓缓加入钛白粉，搅拌速度提高到1 500 r/min，再分散30 min 左右。当用刮板细度计检验分散体混合物的细度<60 μm 时，即制得白色色浆。
表1 面漆的配方

1.4 裂纹漆的涂装方法
底漆采用刷涂或湿膜制备器涂装。涂膜厚度由湿膜制备器与底材间的缝隙精确控制。涂料涂装后，得到精确厚度的平整湿膜，然后在室温或烘烤下干燥成膜。根据所需的膜厚，选择不同型号的湿膜制备器进行涂装，涂装完毕后，底漆烘干至表干。之后，将面漆涂装到底漆上，并于室温下进行干燥。在面漆干燥过程中，就会形成裂纹图案。
2 结果与讨论
2.1 弹性底漆和环氧底漆的裂纹图案比较
裂纹是面漆干燥过程中产生收缩形成的。裂纹产生的影响因素包括收缩所产生拉应力的大小、面漆的拉伸强度和底漆的柔韧性。由于弹性乳液成膜后的柔韧性和环氧乳液成膜后的不同，使得两者形成的裂纹图案有一定差异。弹性乳液成膜后可一直保持良好的柔韧性，而环氧乳液涂膜的柔韧性仅能保持8 h 左右。这就使得弹性乳液制备的底漆施工时间长，基本不受限制，而采用环氧乳液制备的底漆在成膜后8 h 内可以形成合适的裂纹图案，8 h 后就很难形成合适的裂纹。实验中对相同的玻璃底板涂装环氧乳液底漆和弹性底漆，在底漆成膜后6 h、12 h、24 h、36 h、48 h5 个时间段同时涂装丙烯酸面漆。结果发现：在弹性底漆上各时间段均可以形成很好的裂纹图案，而且裂纹图案的纹理大小基本不随时间变化（图1a）。而在环氧乳液底漆上，随着时间的推移，裂纹图案的纹理逐渐变得密集，在48 h 后有时不形成裂纹，有时形成纹理特别密集的微小裂纹（图1b、c）。这是由于弹性底漆能在很长的时间内保持柔韧性，而环氧乳液底漆只能在较短的时间内保持柔韧性，在成膜48 h后柔韧性基本丧失。柔韧性好的底漆有利于开裂，而柔韧性差的底漆不利于开裂。由图1 可见：弹性底漆在各时间段形成的裂纹图案基本不变；环氧底漆在晚期形成的裂纹图案很密集，不如早期形成的裂纹图案清晰。



a—弹性底漆各时间段的裂纹图案；b—环氧底漆成膜6 h 后的裂纹图案；c—环氧底漆成膜48 h 后的裂纹图案
图1 弹性底漆和环氧底漆的裂纹图案比较