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涂料的基本知识(二)

2021-11-25 17:25:48

  涂料中不挥发物的含量,形成涂料的干涂膜,一般用不挥发物的质量百分比或体积百分比表示(体积含固量)。涂料体积含固量较高,涂料中水量少,增稠容易,需要较少的较高含固率的涂料,可获得较厚的、密实的涂层。同厚度的湿膜,较高不挥发体积分涂层,从湿膜中分离出进入大气中的物质少,涂膜中由于挥发分的挥发而遗留下来的空洞相对少,涂膜致密度较高,涂膜强度较强。涂料化学师使用一个叫做颜料体积浓度(PVC)的概念,以说明涂料配方中颜料对粘结剂的相对比例。涂料配方的设计中,最重要的一个内容就是根据性能要求,决定颜填料和基料的比例。颜料体积浓度(PVC)就是涂料配方中的一个重要参数。其定义为在涂料的干膜中颜料和体质颜料(填料)所占的体积比:这样,在设计平光涂料的配方时,颜料含量的选泽范围就很广。优质平光涂料,包括,其颜料体积浓度一般在38%--50%的范围内。因为这些平光涂料中,每颗颜料粒子周围都有更多的粘结剂,在其它特性持平的情况下,它们比PVC含量更高的平光涂料有更好的耐久性。这些其它特性包括涂料颜料体积浓度PV体分,其中涂膜中刚性颜填料粒子体积在整个涂膜中所占的体积百分数为涂料的PVC值,PVC决定着涂料的成本和也牵涉到涂膜性能,PVC高,涂膜中刚性成分多,涂膜脆,耐粘污性好,涂膜透气性好,致密程度低,PVC低,涂膜中软性的黏结料多,涂膜封闭性好,耐粘污性差。PVC计算式:其中,VP——颜填料体积 VB——黏结料体积。涂料配方中,当颜填料量很少,乳液量很多,涂膜中的基料能够充分润湿和包裹颜料粒子,这时颜料分散在基料中,处于不连续的分散状态,随着配方中颜填料量的增加,基料量的减少,当配方中恰巧有足够的黏结料或乳液润湿颜填料粒子,此时的颜料体积浓度PVC称之为临界颜料体积浓度CPVC。继续增加量,减少乳液用量,即PVC高于CPVC,此时,基料无法润湿所有的颜填料颗粒,松散地存在于涂膜中,从而使涂膜质量变差。随着涂料配方中PVC的变化,涂料施工后其涂膜在拉伸强度、涂膜密度、附着力等机械性能,渗透性、起泡性、抗锈蚀等渗透性,光泽、遮盖力、当PVC为某值时,基料刚好填满颜填料无规则堆积所形成的空隙,这时的PVC值被称为临界颜料体积浓度CPVC。CPVC是涂料配方中一个重要的参数。当涂料配方的PVC值超过CPVC值时,成膜物质不足以填充颜填料堆积所形成的空隙时,涂层的物理和化学性能将出现一个转折点。量怎样变化,其PVC值是可变化的,但CPVC值是个常数。在大多数情况下CPVC值只与颜填料的粒径分布及粒子的几何外形有关。对于球形颜料粒子,可以通过理论计算获得其CPVC值。来讲,它的基料――乳液并不是在溶剂中的溶液,而是分离的,球形的乳胶颗粒的悬浮液。它与颜料都是以粒子状态分散于水介质中。在成膜过程中,随着水分的挥发,基料的粒子和颜填料的粒子共同形成紧密堆积,基料粒子变形,分子链相互扩散粘合而形成紧密涂层。其CPVC值不仅与颜填料的粒径分布和粒子的几何外形有关,也与基料-乳液的粒径及粒径分布,粒子形变能力(玻璃化温度)及几何外形有关。即使在相同的颜填料品种和重量条件下,使用不同的乳液(包括不同PVC的乳胶漆其涂膜具有不同的性能。一般来讲当PVC<CPVC时,涂膜的附着力,会急剧下降,透气性上升。由于填料与基料的折光指数相近,在低PVC时填料没有遮盖力。当PVC>CPVC时,基料已不能完全包住颜填料,涂膜中形成颜填料,基料和空气三相共存,而填料和空气的折光指数有一定的差距,这时的填料会呈现一定的遮盖力。通常外墙用乳胶漆和高档内墙乳胶漆配方的PVC小于CPVC,而一般的内墙乳胶漆的PVC可以超过CPVC。为了降低成本,提高市场竞争力,研制高PVC的乳胶漆成为重要的课题之一。要使乳胶漆既有较高的PVC值,又保持较好的涂膜性能,关键是乳胶漆有较高的CPVC,并尽量缩小其PVC与CPVC之间的距离。乳胶漆成膜过程中,涂料的流动,乳胶粒子的形变能力等对成膜有很大的影响。粒径较小的乳胶颗粒容易运动,易进入颜料粒子之间,趋向于颜料粒子间的较紧密接触。为了理解包裹颜料粒子所需的乳液颗粒数和乳胶颗粒大小对PVC的影响,让我们用二维空间来试验观察。假设颜料颗粒(TiO2)是球形的,直径是一个单位。当乳胶粒径减小时,能接触到颜料球体的乳胶颗粒数就要增多。如果颜料粒径为1,乳胶粒径为2.41,则要4个乳胶颗粒可包裹1个颜料颗粒。PVC=1.7%。(a)如果乳胶粒径也为1,则要6个乳胶颗粒包裹1个颜料颗粒。PVC=14.3%。(b)如果乳胶的粒径缩小到0.349,则要12个乳胶颗粒包裹1个颜料颗粒。这时的PVC=66.2%。CPVC的定义是所有的颜料刚好被包裹,所有的空隙刚好被乳胶粒子填满。所以可以用这种二维方法来理解一种颜料粒子在CPVC时的排列。同样的方法对于三维空间的情况也是适用的。因此较细粒径的乳液有较高的CPVC。一些研究者指出,CPVC和乳液粒径之间的关系是线性的。但也有人认为它们的关系是对数性的。Gerardo del Rio等人试验结果认为CPVC值对于乳胶粒径的变化是接近线性而不是对数性的。而且在中等乳液粒径范围(0.3~0.7μm)它们的关系变化呈线性,当乳液粒径更小时则接近对数性。假设乳液粒子和颜填料粒子都是近似为球形颗粒,并把乳液粒子看成近似刚性球体,从堆积理论和实验,Bowell得到以下方程:X=4.25Y2.67。其中X为在CPVC时基料粒子数与颜填料粒子数之比,Y为颜填料粒径与乳液粒径之比。Gerardo del Rio等的试验证明这个公式中X和Y值之间的指数函数关系是正确的。由于一般情况下颜填料粒子的粒径比乳液中颗粒的粒径大,所以Y值大于1。从上面的公式可以推论,颜填料的粒径与乳液颗粒的粒径相差越大,CPVC值就越高。为了保证涂料的遮盖力,颜料的粒径在大于可见光半波长范围内越小越好。这样,只有采用更细的粒径的乳液,才能提高CPVC值。乳胶漆成膜过程中水挥发后,乳液粒子变形融合,包围整个颜料粒子而形成致密涂层。如果粒子不能相互融合,只能获得颜料颗粒和乳液颗粒的堆积体,而不能获得有一定机械性能的连续涂层。乳液粒子的形变受到成膜温度的影响。成膜温度越高,乳液粒子硬度越低,乳液粒子的形变能力也就越大,越有利于颜料粒子的相互接近,CPVC值也就越大。在乳液中或乳胶漆配方中往往加入一定量的成膜助剂,它是一类不与水共沸而与水相溶的高沸点有机溶剂,能软化乳胶粒子,尤其是Tg值较高的乳胶粒子,增加乳液粒子形变能力,帮助乳胶粒子形变成膜。在成膜过程中它后于水挥发。在成膜的后阶段可以看作是溶剂成膜的成膜过程。随着成膜助剂的加入,CPVC值也上升。需要指出的是试验发现过量的成膜助剂反而会使CPVC值下降。这很可能是因为成膜过程中,过于软化的乳胶粒子聚结得太快,立即形成阻止粒子均匀分布的聚集体,形成了一种多孔结构而不是密实的聚合物粒子的网状物。乳胶漆配方中使用量最大的颜料是钛白粉。不同品种的钛白粉有不同的吸油量,其表面处理有很大的不同。即使是用量相同,它们对乳胶漆的CPVC值也有不同的影响。KRONOS公司的实验证明,用不同表面处理的钛白粉(TiO2含量从82%~94%,吸油量从16~35),对CPVC值的影响约为7个PVC单位。也就是说尽管钛白粉的表面处理可以有很大的不同,但对CPVC值的影响仅在相对有限的范围内。颜填料粒径的大小,对配方的CPVC值有很大的影响。同一品种的颜填料,粒径越细则CPVC越低。例如以钛白粉:填料为10:90比例制作乳胶漆样品,填料的粒径分别为0.3μm,3μm和7μm,测得的CPVC值依次为50%,62%和65%。有人用粒径为0.035μm的超细硅酸铝来做试验,测得CPVC值约为40%。与使用粒径为7μm得填料时可相差25个PVC点。当然完全用超细填料的乳胶漆涂膜有很高的膜的张力,有很强的开裂趋向。这样的超细填料既不会被单独使用,也不会被大量的使用。这个实验仅仅是为了说明当较大范围的粒径的填料使用时,CPVC值会有很大的改变。不同品种的填料具有不同的外形和吸油量,对CPVC的影响是不一样的。例如使用相同粒径的碳酸钙和滑石粉,碳酸钙的CPVC比滑石粉的要低。经典理论认为,通过CPVC点,涂料,包括乳胶漆的涂膜性能,如附着力,起泡,底材生锈,抗湿摩擦性,抗沾污性,光泽,密度等会产生突变。配方设计时,CPVC值是个很有用的基准点。根据不同的最终需要,我们可以决定将配方设计为PVC<CPVC还是PVC>CPVC。例如需要涂膜有较高地致密性,起到一定的抗碱,抗碳化,抗渗透性,PVC必须设计得远小于CPVC。当涂料是涂刷于较粗糙表面,尤其是如浮雕图案等上罩面用时,为避免涂膜出现开裂现象,,涂膜的表面张力要低,PVC要离CPVC点一段距离。而在一些低成本乳胶漆中,为提高涂膜的干遮盖力,可适当提高PVC,使之接近甚至超过CPVC。总之,在配方设计时要综合考虑涂膜的最终需要的性能和所用原料,精心设计配方的PVC值和CPVC值之间的关系。但是人们经过研究发现,与溶剂型涂料不同,乳胶漆并不是所有的特性都在CPVC点出现突变。有的特性在CPVC有“突变”,如湿附着力,而有的一些特性,如耐沾污性,起泡,底材生锈等并不一定会在CPVC点出现“突变”,其中一些CPVC值比另一些高,有时甚至无突变。例如将乳胶漆涂于有底漆及二道底漆的松木片上,测得其最大的附着力在CPVC点上,或是高于CPVC 5~15个PVC点。镜面光泽是一种表面性质,而不是涂料的本体性质。因此它们只是偶然在CPVC点时对导入涂膜的空气有关。因此通过测定乳胶漆镜面光泽及掠角光泽得到的CPVC值是不精确的。溶剂型涂料的CPVC值可以根据使用的颜填料的吸油量和密度计算而得。由于乳胶漆干膜里里不含油(也不含水),常规的吸油量方法不能用于计算乳胶漆的CPVC。有研究者建议用“吸水量”代替“吸油量”,并套用溶剂型涂料的计算公式。但这样的计算也没有将基料乳液的因素考虑在内。而根据前面介绍的乳胶漆和溶剂型涂料不同的成膜机理,乳胶漆的CPVC总是低于溶剂型涂料的CPVC。我们可以用许多方法,如测定一系列PVC阶梯乳胶漆涂膜中光散射系数,对比率等,来测试乳胶漆的CPVC值。这里介绍二种乳胶漆的CPVC值测试方法。这个测试方法的原理是:GILSONITE溶液是一种10%的天然沥青在溶剂汽油里的溶液。当PVC<CPVC时,颜填料粒子所有的表面和粒子间的空隙都被基料包围和填充,涂膜致密无孔。而当PVC>CPVC时,基料不能将颜填料粒子间的空隙全部填满,涂膜里就有许多孔隙存在。GILSONITE溶液就会渗入这些孔隙,涂膜会明显变色。PVC超过CPVC越多,孔隙越多,吸收的溶液越多,涂膜的颜色就越深。通过测试一系列不同PVC值的乳胶漆涂膜的变色程度,可以测得该产品的CPVC值。在125mm×300mm的白色PVC塑料片上,用缝隙为300μm的涂布器制膜。制膜后立即将涂膜较厚和未涂到的边缘部分裁去,将样片裁成84×235mm大小。将此样片置于温度为23℃,湿度为50%的标准条件下养护48小时。然后将待测样片浸入GILSONITE溶液,浸入深度约为70mm。浸7分钟后取出,用溶剂汽油反复冲洗涂膜直至涂膜无GILSONITE溶液流出为止。用吸水的纸或布将涂膜上的溶剂吸干。涂膜晾干后目测其变色程度,或用反射率仪测试其浸入GILSONITE溶液前后的反射率之差,以△LR表示。△LR值有突变处即为CPVC点。由于这个测试方法是利用GILSONITE溶液渗入涂膜中孔隙的原理,所以存在一定的局限性。如果某种颜填料的几何外形不接近球形,如片状的滑石粉等改善了填料在涂膜中的堆积状态,使得GILSONITE溶液较难渗透入涂膜,或是粒径很细的颜填料和粒径相对较粗的填料配合使用时,细的颜填料会占据粗填料间的空隙,形成较紧密的堆积,阻碍GILSONITE溶液进入这些空隙,测得的CPVC值就会偏高。这个测试方法是利用在CPVC时乳胶漆干膜表面张力最大,涂膜会表现出最大的弯曲来 测定乳胶漆的CPVC值。据说这个方法的再现性可达±1个PVC单位。用自动涂布器将乳胶漆涂于一张200μm厚,125×300mm的白色PVC塑料片上。涂布器缝隙的大小取决于预计的膜的张力大小的趋势,一般在400~1000μm之间选择。预计膜的张力越低,则选择的膜的厚度越大。反之亦然。制膜后立即将涂膜较厚和未涂到的边缘部分裁去,将样片裁成84×235mm大小。修剪好的样片放入空调房间里平整光滑的地方,如一块玻璃板上。经过一段时间(时间的长短取决于涂膜厚度及膜的张力)样片开始弯曲。如果样片显示出围绕其纵轴方向弯曲,应用人工使其改变为围绕横向轴弯曲。一旦引向到后一种弯曲,样片就会继续按这个方式弯曲。当围绕横向轴弯曲足够强时将样片沿一条纵向边竖起。平整的玻璃底面可使它不受阻碍地进一步卷曲。试验表明偶然将其提起并重新放下,将样片翻向另一条纵向边竖立放置会加速其不间断地卷曲。干燥时间,即卷曲的终点,取决于涂膜的成膜时间。每一次样片至少要置于空调房间内24小时以上。样片最后的卷曲程度与涂膜的张力成正比。弯曲最大的样品的PVC就是CPVC值。乳胶漆的CPVC及其应用性一直存在较大的争议。一些人认为与溶剂性涂料的CPVC概念没有多大的差异。也有人认为在乳胶漆中不能应用这个概念。目前大多数人认为CPVC概念在乳胶漆中是有用的,但与溶剂性涂料相比,乳胶漆中的CPVC必须用不同的方式来认识。关于乳液对乳胶漆CPVC点的影响,如乳液粒径,乳液颗粒絮凝对CPVC的影响,乳胶漆在CPVC点的性能突变,乳胶漆的CPVC值的测试方法等,都还有大量的研究需要我们进行进一步的探索。当今涂料的发展力求符合”4E’’原则,即经济、效率、生态、能源,在此原则的基础上,为了配合这种发展趋势,我们国家陆续出台了相关的法律法规,其中有关VOC控制的法规是强制性国标GB 18582-2001和环境标志认证标准HBCl2-2002,具体内容见表1。从表中直观地看,TVOC就比VOC少一半,但实际这两个关于VOC的限量标准差异是否就只差一半呢?答案是否定的,我们将从以下两者的定义和公式来分析.VOC是指”1升涂料中含有有机挥发物的重量”,而TVOC是指”1升涂料中除去水的物质当中含有机挥发物的重量”,涂料中有机挥发分主要来源二醇类助溶剂、改性乳液促使成膜的成膜助剂,以及乳液带进来的有机挥发分,还有极少量随助剂带进涂料的有机挥发分,涂料中有机挥发分计算式有不扣除水和扣除水两种计算方法。因为”除水外所有挥发份混合比重≈1”,所以:目前大部分内墙涂料的体积固含量大约在35%~40%左右,当TVOC限量为lOOg/L时,所对应的VOC大约是(39~44)g/L。因此;环标中TVOC的限量标准远远比国标中VOC的限量标准严格。其实即使是100%的固含,VOC仍然大于TVOC。由此可见,控制配方中的TVOC比控制VOC更为直接。那么,为了满足TVOC的限量标准,应该在配方上如何调整,调整后会给涂料性能带来什么变化,在下面进行论述。实际上,要满足国标GBl8582-2001对VOC的限量非常容易,但是满足环标就很困难。按公式推导,满足国标时可以添加挥发性有机溶剂大约是配方含量的12.5%~15%,而要满足环标却只能添加到3%~3.5%左右。那么,为什么说环标很难满足呢?是因为把VOC降低到限制范围后,会对内墙涂料产品的成膜性能和防冻性能产生较大的影响,所以必须采取必要的方法才有可能适应。通过实验,我们归纳出以下几种方法。3.2.1 保证在挥发性溶剂含量不变的情况下,适当提高产品的体积固含量无论是从定义来分析还是由公式推算,在保证挥发性溶剂含量不变的前提下,提高产品的体积固含量能降低体系的TVOC,但是会略微提高VOC,因为涂料的比重增大了。提高体积固含量有效的途径是用部分粉料替代配方当中的水,或者整体提高配方当中的固体含量.、醇醚、溶剂汽油及苯甲醇等溶剂,这些溶剂要么助成膜效率一般,要么本身气味较大,都很难圆满地解决问题。为此,国内外溶剂厂商陆续推出了一些高效的成膜助剂,能够保证成膜效率的基础上降低TVOC。我们做的一些实验结果见表2。由此可见,通过选择适当的成膜助剂,至少可降低15%的挥发性有机溶剂添加量,对TVOC和VOC的降低大有帮助。3.2.3 直接降低抗冻剂的用量,或利用保护性助剂提高乳液的抗冻能力,降低抗冻溶剂的添加量目前乳胶漆的抗冻性能主要还是有乙二醇或丙二醇等抗冻剂来提供,这些都属于VOC范畴。降低它们的添加量就可以降低TVOC和VOC,但会对体系的抗冻性能产生影响。因此,选择保护性助剂能够解决这个矛盾。这些助剂包括低分子量的纤维素和乳化剂等。作为内墙涂料品种,降低VOC是提高产品环保性能的主要课题。国内低VOC或零VOC内墙乳胶漆尚处于研发阶段,目前还没有关于低VOC内墙乳胶漆的标准或概念,而且在零售市场上还没有注明属于低VOC的产品。而国外在这一领域已经比较成熟,特别是国外低VOC乳胶漆在零售市场上处于重要地位,并在产品包装标志上注明VOC的含量。实际上,这些低VOC或零VOC的产品就是选择了成膜温度界于(0~3)℃,而且具有一定的低温稳定性的乳液。这样一来,在配方当中就可以不添加或少量添加成膜助剂和抗冻剂,真正地实现低VOC或零VOC,但产品性能多少受到一些限制。如果在这种体系中重新添加适量的成膜助剂和抗冻剂,既满足了TVOC的限量要求,又能保证涂料的性能.虽然我们提出了控制TVOC的方法,但毕竟TVOC的限量标准太严格,而且在这一领域还属于摸索阶段,这些方法的采用会存在一些不足和问题,下面就碰到的情况进行初步分析。目前使用的这些溶剂都属于干速较慢的溶剂,如果降低其含量,会导致漆膜的干燥速度加快,直接影响漆膜的外观(例如流平效果).可以通过调整保水性的增稠剂来改善这个情况。降低成膜助剂的含量,实际上就是降低了乳液在低温下的粘结性能,直接导致产品在低温施工时容易发生开裂问题。实验结果表明,目前PVC界于55~70左右的普通产品,如果必须满足TVOC的限量要求,在温度低于813,湿度在50%的环境下,湿膜厚度大于500μm时都有不同程度的开裂情况。但如果施工方式只是刷涂和辊涂,湿膜厚度只有100μn左右,还不会有太大的问题。如果采用降低抗冻剂来满足TVOC的限量,直接影响到的是产品在低温时的贮存稳定性。这时可以通过添加保护性助剂提高产品的抗冻能力.降低VOC是涂料的发展方向,为此国家在制定标准方面花了不少功夫,但就这两个标准而言,差异如此之大确实给建筑涂料厂家造成很大的压力。如果只满足国标,则配方几乎不需要做任何调整,对VOC起不到控制作用;而环保标志的限量又非常严格,配方调整的幅度较大,造成产品的施工宽容度下降或成本上升。所以,如何取得平衡需要同仁们共同关注和探讨。无论您选择哪一类涂料,您都将发现存在多种价位,以及高低不同的质量。您为每升劣质涂料花费的成本较低,但不要受低价格的蒙骗。您多花一些钱购买优质涂料,通常是物有所值的。良好的遮盖力和流动性意味着涂料经过涂刷后,不会在漆膜上留下刷痕,不需要反复涂刷、修补等。您可能只需要很少的几道涂层就可以获得良好的遮盖力和赏心悦目的一致性外观。对于外墙涂装工作,使用优质涂料每年花费的成本较低。如果对表面做了正确的预处理,而且使用了合适的涂装工具,您就不需要经常重新涂装,也不需要进行更多的维护。您不用清除霉斑,也无需担心出现粉化、开裂等问题。对于内墙涂装工作,您希望优质涂料更经久耐用,并为您带来更高的价值。优质涂料拥有更好的耐沾污性,而且,经济型涂料更经得起反复擦洗。许多优质外墙用乳胶漆是基于100%纯丙粘结剂形成的,以使下列特性最大化:液体液体是颜料和粘结剂的载体。油性涂料和醇酸漆中的液体是涂料稀释剂。乳胶漆中的液体是水。对于内墙涂料来说,几乎没有什么能和良好的遮盖力一样重要--遮盖力是指涂料遮盖或隐藏被涂装表面的能力。良好的遮盖力有助于增强涂装工程最终的外观效果。此外,具有更强遮盖力的涂料有时可以少涂一道涂层,节约了宝贵的时间、降低了额外的工作量和费用。如何找到具有良好遮盖力的涂料? 专家建议您选择优质涂料,而不是普通涂料。质量更高的涂料含有许多可以增强遮盖力的成分,其中包括:用这些成分制造的涂料成本较高,这就是优质涂料的价格高于普通涂料的原因。即便如此,无论您是自己动手进行涂装的用户,还是专业涂装人员,专家认为优质涂料明显地提供了最优的性能价格比。使用优质涂料是使您的涂装工程获得良好遮盖效果的最重要一步--但其它一些因素也会起作用。以下是一些实例,以及一些从涂料中获得最大遮盖力的技巧:(通常在涂料罐上以平方米每升的形式标明)是制造商对每罐涂料可以覆盖的涂布面积的建议。请勿超出涂布率,否则您涂装的漆膜将过薄,从而削弱涂料的遮盖力。颜色的选择 某些颜色本身比其它颜色具有更强的遮盖力。矿物色,如棕色、铁锈色和橄榄色的遮盖力要强于有机颜色,如大红色和黄色。颜色的对比 当在深色表面上涂装浅色涂料时,很难获得良好的遮盖力。为了得到较好的遮盖效果,选择与您正在涂装的表面颜影响霉菌生长的一些因素--如潮湿的气候和空气污染的程度--超出了人们控制的范围,但有一些成功的策略可以用来解决这个令人厌烦的问题。为了防止霉菌毁坏您房屋的外观,您可以采取的最有效的措施就是选择正确的涂料。研究表明,由于高光涂料形成的漆膜不如平光涂料多孔,因而能够更好的防止霉菌的生长。平光面漆上的孔隙会聚积包含有机养料的灰尘;多孔性还可以使表面的霉菌更容易接触到被涂装表面上的有机养料。缎光或低光涂料的多孔性在一定程度上不如平光涂料;半光涂料的孔隙则更少,而高光乳胶漆是孔隙最少且防霉性最佳的涂料.由于乳胶漆中供霉菌生长的营养物质的含量通常较少,它比油性或醇酸树脂涂料有更好的防霉性。优质外墙涂料通常含有更多的专门设计用来抑制霉菌生长的防霉剂。在高档乳胶漆中,供霉菌生长的增稠剂的含量也较小。有时在室外漆膜上出现的类似污迹,不美观的黑色、灰色或深褐色的区域或斑点,但那可能是霉菌--一种需要营养物质才能存活的真菌。霉菌可以很多东西为生,包括:霉菌可能是一个顽固的敌人。因而使用优质纯丙乳胶外墙涂料的保护层来保护您的房屋免受霉菌的侵害,就显得尤为重要了。

  多数水性涂料都是乳胶漆。乳胶漆中的粘结剂是一种以微粒的形式分散在水中的固态、塑胶状物质。这种分散体是一种乳白色的液体,在涂料工业中被称为乳胶,这会让人回想起橡胶树的天然乳胶。乳胶也被称为

  ,在有些国家,如英国,乳胶漆即指乳化漆。注意:除了外观之外,涂料中所用的乳胶与一些橡胶手套中所用的天然乳胶毫无关系。

  根据生产涂料所用成分的种类和品质,不同类型和等级的涂料提供不同的应用性能和防护特性。反过来,涂料的特性又决定涂层的总体质量。受涂料成分影响的众多涂料性能是:

  液 体--(或载体)提供所需的浓度,使颜料和粘结剂可以附着在被涂装的表面上。

  添加剂--用量较低,可提供特殊涂料特性的成分,如防霉性,消泡性和良好的流动性和流平性。

  涂料生产商制成颜料分散体,将它们加入涂料中,并添加乳胶粘结剂。这样,涂料便由分散的颜料和粘结剂,连同一些添加剂和液体,主要是水构成(参见下面的部分)。

  当涂料经过涂刷,而且其中的水分蒸发以后,就形成乳胶漆的漆膜。在这一过程中,颜料和粘结剂的粒子紧密地聚合到一起。作为液体蒸发的最后残留部分,毛细作用以极大的力量将粘结剂粒子聚结到一起,使它们融为一体,并与颜料粘结成连续的漆膜。这个过程叫做聚结,参见下面的图解,这个成膜过程使水对乳胶漆进行稀释和净化,同时在涂装后很快就能形成防水、防风化的漆膜。

  乳胶漆的漆膜会保留一些微小的孔,使涂层能够呼吸;即,让潮气透过漆膜渗出。因此,乳胶漆的漆膜比油性涂料或醇酸漆能更有效地透出来自建筑物内部的潮气,因为油性涂料或醇酸漆形成的漆膜更紧密,如果涂层下面有潮气,漆膜容易出现起泡的现象。例如,将油性涂料或醇酸漆涂刷在潮湿的木器或水泥石材表面。

  另一方面,在以下情况下乳胶漆会因为雨水、露水或其它来自涂层以外的水源而起泡:

  在上述任何一种情况下,若涂料中着色颜料的含量较高,则更容易出现起泡的现象。

  乳胶漆的成膜过程也有一定的局限性。因为粘结剂粒子是热塑性的物质(在较高的温度下容易变软,反之则容易变硬),在温度过低的情况下涂装时,它们会因为太硬而不能形成连续、耐久的漆膜。正因如此,涂料制造商们才会规定使用乳胶漆产品的最低温度(一般为10oC)。而如果涂层干燥得过快,成膜性和耐久性也会受到影响,因为非常快的干燥速度在漆膜完全形成之前会减弱粒子的移动性。导致

  干燥过快的情况是气温过高、有风、湿度低、在阳光直射的情况下涂装,以及涂装在非常多孔的表面上。

  的70%以上。合成聚合物乳液是采用可以游离基聚合的乙烯基单体为主要原料经过乳液聚合制造而成的。

  乳液是主要成膜物质,其性质对制漆和涂膜性质影响甚大,乳液粒径,疏水性,相容性(或稳定性)对乳胶漆的制备影响很大,乳液的粒径,玻璃化温度,耐水,耐碱性,耐紫外降解等性能对涂膜的性能影响很大。

  化学稳定性是指乳液对添加的化学药品的稳定性。对分散液具有很大破坏力的化学药品大都是水溶性的,可分为电解质和非电解质两类,前者一般是无机盐类,后者一般是极性有机化合物。在实用上多数是指添加电解质的稳定性问题,因此从狭义上来说是指电解质稳定性。

  机械稳定性是指乳液在经受机械操作时的稳定性。因为在制备涂料过程中,要经泵送、搅拌及涂装时的喷涂等操作,因此乳液及其涂料要经受得住机械操作。

  由于乳液体系主要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发剂等基本组分组成,其中有一半组成是水,乳液及由其配制的涂料在很多情况下要被暴露于冻结的条件下,当聚合物乳液遇到低温条件时会发生冻结。冻结和融化会影响乳液的稳定性,轻则造成乳液表观粘度上升,重则造成乳液的凝聚。冻融稳定性即是指乳液经受冻结和融化交替变化时的稳定性。

  乳液的颜料混合稳定性是指对于添加颜料的稳定性。颜料的选择及混合方法均影响乳液的稳定性。

  贮存稳定性是指贮存期间乳液发生变质的难易程度。包括因受重力影响粒子沉降或上浮形成浓缩层以及浓缩层是否凝集的稳定性、聚合物粒子对水解和脱盐酸反应等化学变化的稳定性.

  建筑涂料用各类乳液尚无国家标准,目前所使用的乳液均是以各生产厂自订的企业标准为准。在某些性能指标上有些差异,用户可根据配制涂料的要求来选择乳液。因而对乳液的技术要求应有所了解。

  对于常用的苯丙乳液、纯丙乳液等,除了外观、黏度、固体含量等一般常规性能检验外,还应对乳液的稀释稳定性、钙离子稳定性、机械稳定性、冻融稳定性等进行测试.

  (2)黏度 由于聚合物乳液大多属于非牛顿型流体,故用于测定乳液黏度的仪器应能在较宽的剪切速率范围内测定剪切应力随剪切速率而变化的关系。通常使用旋转黏度计来测定乳液的黏度,一般不使用涂-4杯。

  (3)固体分测定 将大约2 g聚合物乳液试样放入直径为4cm的铝盘(或玻璃盘)中,盖上铝盖(或玻璃盖)称重,然后将其置于设有通风装置的烘箱中,在115 ℃下干燥20 min称重,即可计算出固体含量。

  上述方法对于像丙烯酸酯类容易起皮的聚合物来说,应采取较高干燥温度(如120℃)。对于增塑聚合物乳液来说,由于增塑剂具有挥发性,应采用较低的温度(如105 ℃)和较长的干燥时间(如2h)。

  在10 ml带有刻度的试管中,用漏管加入2 ml乳液,然后用滴管加入8ml无离子水,充分摇匀后放置在试管架上,分别于24 h、48h后观察有无分层、

  、沉淀发生,不发生上述现象即为通过。也可参照上述比例,在适当的容器中称重,搅拌均匀后置于试管内观察。

  在1000ml搪瓷杯中加入200g用120目筛网过滤后的乳液,将搪瓷杯放置在搅拌机上,用夹子固定,开动搅拌,调转速达4000r/min,搅拌0.5h后观察乳液是否破坏或絮凝,如无明显的絮凝物,再用120目筛网过滤,如没有或仅有极少量絮凝即认为通过。

  首先配制5%氯化钙水溶液:用1%天平称取50 g无水氯化钙,加入950 ml水摇匀,备用。

  在10 ml带有刻度的试管中,用滴管加入5 ml乳液,然后加入1ml5%氯化钙溶液。应注意缓慢加入,充分摇匀后放置试管架上,分别于1 h、24 h、48h后观察,如发生分层,沉淀、絮凝等现象,即认为不合格。

  由于在试管中先加入乳液,再加入氯化钙溶液,在两液接触面会有局部过高现象,因此可参照上述比例进行称重,搅拌均匀后置于试管内。

  有些乳液生产厂将钙离子稳定性中氯化钙的浓度定为0.5%。由于建筑涂料用乳液无国家标准,只能以各厂企业标准为执行标准。

  由于乳液组成中一半为水,因此乳液最怕受冻。乳液受冻后,使介质水变成冰,产生强大的冰压,使保护层与双电层破坏而造成破乳。乳液冻融稳定性的一般标准是能经受5次冻融循环。典型的冻融条件是在恒温-15℃的低温冰箱中连续冷冻16 h,常温解冻8h,如此循环5次,如不破乳即为通过.

  乳液的最低成膜温度要在最低成膜温度测定仪上进行测定。测定原理是在能形成低温至高温的温度梯度的金属板上涂敷试样,在温度条件合适时,随水分蒸发聚合物乳液粒子充分融结形成连续透明薄膜,否则有龟裂或白垩化产生,其分界处的温度即为试样的最低成膜温度。最低成膜温度测定仪主要由温度梯度板、温度测量装置及涂膜器组成。

  温度梯度板可由不锈钢等金属矩形板制成。其表面含有几个深度0.2 mm或0.3 mm、宽20mm的条形槽。矩形板一端是热源,另一端是冷源,能形成均匀的温度梯度。

  温度测量装置是一组玻璃温度计或一组热电偶,精度可达0.1℃,测量温度范围为0~50℃。

  测试方法 根据试验试样最低成膜温度的范围,利用涂膜器将试样涂布在梯度板上,通过干燥空气加快成膜速度,当连续透明薄膜和白垩化部分明显形成时,测量分界处温度即为最低成膜温度。其结果取整数,测量精度可达±1℃。

  由于各类乳液所含单体的亲水性和疏水性不同,所用乳化剂的品种和数量也不同,使得聚合乳液的性能有所差异。如玻璃化温度(Tg),耐水抗碱性,保光保色性,耐久性以及粒子极性等都不一样;乳液配方,工艺的差异使得乳胶粒子表面的疏水情况,乳胶粒子的粒径大小及粒径分布不一样。

  商品乳液在粒度与粒度分布上有着广泛的差异,乳液粒径小,粒子容易运动,易进入颜填料粒子的间隙,趋向于同颜料粒子紧密接触,因此,较细粒度乳液有较高的临界颜料体积浓度(

  ),能使涂膜产生较高的光泽,提高涂膜的附着黏结能力。此外小粒度乳液有较好的渗透性,适合于多孔的底材涂饰。

  有较强的吸附,通常能更加有效地提高乳液或乳胶漆的低剪,中剪黏度;商品乳液在表面疏水性上也存在差异,因为它们的组成不同,制备过程中所用表面活性剂和稳定剂不同,如果乳液合成所用乳化剂量大,则在选用聚胺脂类

  增稠时,低剪黏度的提高受到一定的限制;使用表面活性剂做乳液保护剂者与选用HEC做乳液保护剂者,两者乳液黏度将不一样,后者一般高于前者;乳液聚合物组成上的差异也会造成性能上的差异,醋酸乙烯均聚物比醋酸乙烯与丙烯酸酯的共聚物更为亲水,而纯丙或苯丙一般最为疏水,但在乳液制备中常有丙烯酸或甲基丙烯酸参与共聚,则增强了乳液粒子的表面亲水性,将部分抵消了粒子内部的疏水本质。因此乳胶漆在制备与应用中,许多性能对乳液种类与用量是很敏感的,应根据乳胶漆性能选择乳液,根据所用乳液性特征选择适宜助剂。例如:高PVC乳胶漆,乳液量少,填料量多,需要更多,黏结力更强的乳液粒子,因而选用粒径细小,玻璃化温度较低的乳液人作为黏结料;外墙乳胶漆涂膜之中,还要抗高温回粘性,抗沾污等,乳液要求有较高的玻璃化温度,耐紫外光降解等性能。

  发花等。强疏水性的假塑性增稠剂对粒径细小的乳液粒子吸附作用较强;选择不同性质的乳液,对涂料的

  发花,涂料的储存稳定影响很大。透彻了解乳液性能,分析病因,最终采用适当的手段,解决由乳液特性带来的漆病。例如乳胶粒子表面的性质导致

  -黏结料絮凝,可选用适当的表面活性剂改性色浆或乳液粒子的表面性质,从而调整粒子的运动特性,最终改善由色浆-黏结料絮凝引起的浮色发花(助剂有COGNIS公司Hydropalat100,Hydropalat188A,DisponilO5,HyonicPE-100,Hydropalat306等)。

  ,防霉剂等,如这些材料与乳液不能相容或相容不佳时,它们一旦与乳液相混,严重的会引起破乳,轻则会影响成膜后的各项性质。乳液稳定性差(如大多数纯丙乳液),配置的涂料储存黏度不稳定,可选用表面活性剂如COGNIS公司的Hydropalat306解决,提高涂料储存稳定性。

  建筑涂料用乳液应向超耐久及多功能性方向发展。如积极研究开发含氟乳液、丙烯酸有机硅乳液、醋酸乙烯-叔碳酸酯共聚乳液、室温交联乳液、有机-无机互穿网络乳液等,以满足人们对建筑涂料不断提出的更新、更高的要求。

  颜料在乳胶漆中主要提供遮盖力和装饰性,填料可提高涂膜的机械性能和降低涂料成本。颜填料在

  的质量比多在 1.5:1甚至6:1以上,有光乳胶漆中的颜填料与基料比,多为0.4~0.7:1,颜填料在乳胶漆中的作用应给予重视。

  (1) 给涂料提供合适的颜色,使涂层能够遮盖底材,使颜色看上去赏心悦目;

  (4) 使涂膜的耐候性、耐光、耐水、抗酸碱、抗腐蚀、耐损伤等性能有所改善;

  (6) 改善涂料的流动性和施工性能。满足以上要求的颜填料,要从其色相、鲜艳度、遮盖力、折光指数、粒径及其分布、吸油值、密度、耐光性、耐热性、化学反应性、抗渗性、防腐蚀性、易分散性等性能指标方面衡量。

  着色颜料的主要功能是赋予涂层所要求的各种颜色。一般配置乳胶漆时,要首先制成

  中,虽然有机颜料和无机颜料都能使用,但因有机颜料稳定性和耐光性较差,易退色或变色,故室外应用时一般应选择无机颜料。立德粉、钛白粉和氧化锌是最常用的无机颜料,经常使用的无机彩色颜料有铁红、铁黄、铁黑、铁棕等。具体颜料在配色章节详细介绍。

  、良好的遮盖力和抗碱性。影响颜料的性能的主要因素有:颜料粒子的大小,粒子形状等。粒子形状越小,分散度越大,反射光的面积越多,因而遮盖力越好,

  越好,当颜料的粒径为可见光波长(400—700nm)的一半时,遮盖力最大。粒子形状主要影响涂料的流动性,贮存性和耐久性。在目前的常用颜料中,白色颜料主要在使用钛白粉、锌白和立德粉等。其中钛白粉质量最好,它的折射率为2.72(金红石型)和2.55(锐钛型),抗弱酸碱,耐热,抗紫外线,但是硬度较好。锌钡白的遮盖力只有钛白的20%~25%,而且不耐酸,遇酸分解产生硫化氢(H2S),在阳光下易变黄,不适用于室外,但是非常便宜。1996年,德国一家公司把厂移到广州,标志着发达国家停止生产锌钡白。中国是世界上最大的锌钡白生产消费国,中国的钡含量丰富,要取代钛白粉,不是短期的事。而杜朗的白色颜料采用的是金红石型钛白粉,因此品质超凡。

  有机颜料着色力高,亮度高,但是遮盖力低,主要起着色作用;无机颜料的颜色范围要窄一些,而且不如有机颜料鲜艳,但相比有机颜料来说,无机颜料在耐久性上要强一些,因为有机颜料的耐UV(紫外光)性差。杜朗采用的是世界著名的三大调色系统之一:迪固里拉,对现有的1000多种颜色均经过严格的老化实验,从多个配方中选出最佳配方。

  所有的白色颜料都是无机的,用得最多的是二氧化钛。自二战以来在白色颜料中占据了统治地位。

  来进行比较。即用标准量的彩色颜料后,使用白色颜料去遮盖其颜色,用获得同样的颜色深度所需的白色颜料用量为对比。不同的颜料白:二氧化钛、铅白、氧化锌、硫化锌、锌钡白、氧化锑

  有两种不同方法生产金红石颜料:硫酸盐法(老式法)和氯化物法(新方法)。 硫酸盐法生产的颜料会被铁盐轻微污染,颜色微黄。

  二氧化钛是一种理想的白色颜料,如颜色透明,能抵抗多数的化学物质、有机溶剂,耐热,最重要是具有高折射率,遮盖力强。再者,二氧化钛耐久性好,不受工业大气的影响,但其光敏性降低了某些颜料和几乎全部有机彩色颜料的耐晒性。TiO2性能极佳,价格合适。目前有更加便宜或半透明体质颜料正试图取代或部分取代二氧化钛。

  遮盖力受折射率和粒度的影响。金红石折射率高,不透明性更强。 TiO2 遮盖力优于其它白色颜料。

  锐钛矿结构松软,白色较好。除蓝色被吸收外,二氧化钛对可见光的漫射能力强。该现象能明显区分金红石与锐钛矿。金红石比锐钛矿偏黄。

  金红石粉化趋势较小。可使用无机氧化物处理晶体表面的光敏基团,大大提高抗粉化能力,有氧化铝、氧化硅和氧化锌。

  对于特殊要求的产品,需要在分散性和耐久性两者之间进行平衡,比如水剂型涂料和溶剂型烘干面漆。TiO2的惰性使其具有良好的生理特性。适合于食品包装、玩具和其它敏感产品,能满足纯净标准要求。可用于建筑和工业涂料。

  乳胶漆所使用的白色颜料主要有钛白,立德粉,锌白等。钛白是最佳白色颜料,广泛应用于涂料,塑料,造纸,

  ,化学纤维和化妆品。钛白有三种结晶形态:金红石型(RuTile),锐钛型(Anatase),板钛型(Brookite)。板钛型不稳定,尚没有工业用途。金红石型和锐钛型都属于四方晶系,它们可由X射线衍射鉴别。金红石是最稳定而且含TiO2量最丰富的晶型。它比锐钛型具有更紧密的结构,这就导致了两种晶体在性质上的许多差异。金红石型TiO2有更高的折射率和比重,而且化学性质更稳定,其熔点为1825℃。锐钛型没有固定的熔点,因为它在熔化之前(700℃)就单向转化成金红石型了。纯TiO2性质非常稳定,不挥发,不溶于水。下面介绍钛白粉TiO2的性质:

  TiO2最重要的性质就是它有相当高的折射率,这就导致TiO2不透明性和遮盖力远远超过其他的白色颜料。遮盖力的光学本质是颜料和存在其周围介质折光率之差所造成的。高折射率颜料和粒子大小关系较大,低折射率颜料和颗粒大小关系比较小,在同样粒度下,高折射率的颜料要比低折射率的颜料遮盖力高,通过图1可知每条随粒度变化的遮盖力曲线都存在一个最高值。遮盖力是颜料对光线产生散射和吸收的结果,主要靠散射,对于白色颜料更是如此。遮盖力随粒径大小而变化,存在着体现该颜料最大遮盖力的最佳粒度(0.25毫米),在最佳粒径产生最大遮盖力的原因是由于光的衍射,则不能发挥最大的遮盖作用,随粒径的减小,透明性增强,遮盖力越差。当粒径超过最佳粒径(0.25毫米)继续增加,光的散射作用越弱,遮盖力差。

  钛白粉不仅有很高的遮盖力,而且有很高的着色力,对于白色颜料比较其着色力使用消色力去进行比较,用加一种蓝颜料去抵消的方法,比较出不同白颜料的着色力。着色力是颜料对光线吸收和散射的结果,主要取决于吸收,吸收能力大,其着色力就高,对于白色颜料,由于它们对光线的吸收作用很少,此时的着色力主要取决于散射,由于散射和颗粒大小关系大,因此白色颜料着色力随粒径变化较明显,而且折射率高变化显著。

  从光学上看,反射和吸收都能引起遮盖和消色,白色颜料在可见光的全范围内,几乎能等强度反射所有波长的可见光,因而散射能很大,吸收能很少。所以提高不透明,遮盖力和消色力的主攻方向是提高钛白的散射能力,其次是降低钛白的吸收能力。提高钛白的散射能力的主要手段是使钛白的粒度和粒度分布符合品种要求以及有良好的分散性。减少吸收要靠加工过程中尽可能去除能产生颜色的杂质,提高钛白的纯度来减少光吸收能。

  金红石型TiO2,锐钛型TiO2以及立德粉等是乳胶漆制造中最主要的白色颜料,由表1右知,在白色颜料中,金红石型TiO2具有最高折射率,故有最高遮盖力和消色力等光学性能,从表1数据分析,在遮盖方面,金红石TiO2是普通立德粉的5.56倍,锐钛型TiO2是普通立德粉的4.43倍;在颜色强度方面,金红石是TiO2是普通立德粉的6.25倍,锐钛型TiO2是普通立德粉的5.56倍;从使用寿命比较,有钛白TiO2作颜料的涂层比用普通立德粉作颜料的涂层高3倍。而金红石型TiO2晶体结构致密,锐钛型TiO2结构疏松,金红石型折射率高,其遮盖力和消色力比锐钛型约高20%-30%,耐久性也远远超过锐钛型TiO2.

  钛白粉对增强涂料,塑料,纸张,纤维,透明釉等的白度和亮度是非常有效的。这是由于它们有相当高的反射率。钛白粉的两种晶型都有非常好的白度,锐钛白略微带蓝色调,而金红石型略趋向米色。虽然金红石型对绝大部分可见光的反射与锐钛型类似,但它吸收了少许蓝光而略带米色。

  颜料的粒径和粒径分布:粒径及其分布对涂料涂膜光泽影响非常大。只有当颜料在最后的产品中分散均匀时,才可能得到最佳光泽。

  颜料的粒度分布和涂膜中颜料的分布,尽管绝对值不同,但两者呈现的趋向却是一致的。因此,我们只要测量钛白的粒度分布,就能以一定的准确度估计涂膜中钛白的粒度分布。换言之,粒度分布越窄的钛白制成的涂膜表面越光滑,光泽也越高。

  白色颜料其它性能:耐化学性,耐酸碱性,耐光性,抗粉化等,金红石钛白耐化学性,耐酸碱性,耐光性,抗粉化都很好。锐钛白不耐紫外降解。

  遮盖力方面的要求:乳胶漆使用白色颜料的主要目的是遮盖,能遮盖住基材的底色,使涂膜呈现均一的颜色。不同品种的颜料,不同晶型的颜料,甚至同一晶型不同厂家的白色颜料,因其生产方式,工艺控制的差异,颜料在粒分布,杂质含量等方面都不尽相同,而且颗粒表面处理不相同,分散性不同,使得各颜料在遮盖力方面差别明显。在原材料选择中遮盖力是重点参比项之一。

  颜色方面的要求:白色颜料顾名思义是白颜色的呈现体,影响颜色的因素与遮盖力的影响因素一样——颜料的粒径与粒径分布,以及杂质含量影响白色颜料的颜色。

  耐性方面的要求;涂料使用的场合不一,对白色颜料的耐性要求也不一样,金红石型TiO2多用在外墙,它有极高的遮盖力,着色力,耐久性方面都不如金红石型,多用在内墙。立德粉易粉化,用于内墙低档工程漆。

  分散性方面要求:供应商供应的任何颜料,在储存运输中,由于粒子附聚成次级粒子,因而所购买到的的颜料粒子都不是原始初级粒子。颜料越好分散,分散后的原始粒子越多,漆膜的遮盖力,着色力,光泽越高,涂膜也越光滑。不同牌号的白色颜料,因其粒子的形状,表面处理不一样,分散性不一样,导致同样数量的颜料,涂膜各项性能也不一样。

  体质颜料又叫填料,是乳胶漆的重要组成部分,最早用于在乳胶漆中是为了增加涂料体积(起填充作用)降低乳胶漆成本,随着

  深加工技术的发展,体质颜料经过改性和精制,就具有了许多其它性能,比如将其加入乳液涂料中增进涂料的流动性等。它是在着色颜料使涂膜具有一定的遮盖力和色彩之后补充的固体分,它的作用是对涂料起填充作用以增加涂膜的厚度,提高涂膜的耐久性,耐热性和表面硬度等,这些填料遮盖力低而且其它物化性能不佳,但是大量使用可以降低涂料成本。

  在配方设计过程中,通过填料的合理搭配可以改善乳胶漆很多性能。填料对乳胶漆主要影响性能有:

  填料从名称上看可能使人联想到:不具有大的重量要性,其价值仅是供肤浅的研究之用。但实际上,填料对大多数着色涂层的性能均有很大影响。因为填料类型多,性能差异极大,大多数涂料配方人员尚未彻底搞清其性能和最佳应用场合。这种情况提出了一个问题,就是利用专用型填料以提高涂料产品质量的可能性。

  白色填充颜料是折光指数相当低的矿物性物料,互相之间的区别在于组成、粒径和粒形,在有光和半光涂料中呈现出很低的遮盖性能,但在平光漆中却能在低成本的基础上赋予涂层一种“高干遮盖”效应(空气/颜料界面间)。因此,填料可用以调整涂料的光泽、质地、悬浮性、粘度等,填料的主要类型有碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和氧化物。

  实用填料的粒径范围是0.01~44μm,形态有球形、针状、纤维状和片状。填料粒子形态影响其包装、涂膜的柔韧性和龟裂性等。粒径和粒径分布影响遮盖力、粘度、涂膜孔隙度、介质和表面活性剂需求量、光泽和细度等。填料与涂料基料之间反应性是很重要的,它将影响涂膜的耐盐雾、起泡、锈蚀和龟裂性能。

  在用一种填料取代另一种以产生相当涂料性能方面已进行了大量工作,并发现当填料互相以 等重量或等体积进行替代时,会产生不同的涂料性能如:稠度、耐久性、渗透性、耐擦洗性、耐污染性、保光性等等。

  填料是通过研磨天然矿石,或通过化学沉淀后再加工精制和粒度分级而制得的,其分离过程 包括用湿法或干法筛分,浮选和离心分离。原料和加工工艺可能影响其颜料性能。

  乳胶漆中使用的填料品种很多,常用的有重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、绢云母粉(云母粉)、高岭土、沉淀硫酸钡、

  碳酸钙的生产是以天然方解石、石灰石、大理石、白垩等矿物为主要原料,采用物理加工方法和化学加工方法来制得碳酸钙颗粒产品。无论是内用或外用涂料中,这是一类最常用的填料,作用在于控制涂料的光泽、防霉、稠度和降低成本。碳酸钙有天然和人工合成(沉淀法生产)两种类型,粒径范围极广,0.05~44 μm都可适用。

  物理加工法是借助机械力将碳酸钙含量高的天然方解石、白垩粉碎到一定细度,产品称为重质碳酸钙(简称重钙),也叫研磨天然碳酸钙。重钙又称大白粉、双飞粉、方解石等。不溶于水、易溶于酸、密度大、易沉淀。产品成本低,同时在乳胶体系中使用可以改善保色性,具有少部分干遮盖力,易起白霜。

  天然碳酸钙用量很大,因其价格便宜,在有些用途中是相当合适的。粒径较粗的品种只限制用于

  、嵌缝浆、金属用底漆和其它高颜料份、要求流动和粗糙面的制品中。粗粒径碳酸钙消光能力很低。中等粒径品种主要用于内用平光和半光涂料以及房屋用涂料。细粒径品种大部份是通过沉淀法生产的,用于印刷油墨。通常是将两种粒径的碳酸钙配合使用以获得性能平衡。

  天然碳酸钙填料的原料有石灰石、大理石、英国碳酸钙。大多数品种CaCO3含量为95%~99 %。有些品种是干磨后再经浮选而制备的。较细的是用湿磨,随后再通过沉淀或离心法分级。许多品牌之间的粒形、平均粒径、粒径分布和纯度差别很大。

  天然碳酸钙填料也广泛地应用于户外房屋用涂料,可单独应用,也可与滑石粉配用。与滑石粉相比,天然碳酸钙能降低粉化速率,改进保色性,提高抗污染性能。上述用途提出了对粒径的特定要求。细粒径品种,尤其是称为“微细”级品种,能使涂层产生裂纹倾向。经过测试证明这类碳酸钙填料粒径应较大,介质需求量较低,活性也应较低。这类填料也适用于户外房屋用乳胶漆以提高保色性能。

  碳酸钙是碱性物质,在水基涂料中可起到缓冲剂作用,但不能与对碱敏感性彩色颜料一起共 用,如铁蓝和铬绿;也不能用于可能遇有水溶性铁盐或铜盐之场合。碳酸钙不能用于酸性催化的三聚氰胺聚酯烘漆,因为会与催化剂发生中和反应。

  化学加工法是对矿石进行煅烧、消化、碳化、分离、干燥、粉碎、筛分等过程处理,产品称为轻质碳酸钙(简称轻钙),也叫沉淀碳酸钙其特点是密度小、颗粒细。在乳胶漆中可改善保色性、悬浮性好,具有少部分干遮盖力,其缺点是易起白霜。

  作为一种类型,沉淀或合成碳酸钙填料的CaCO3含量为98%~99%,其粒径小,粒径分布狭窄,

  高,亮度高于天然产品。其中更好品牌的粒径范围为0.03~8μm,正属于胶体范围。有报道说,对于内用乳胶漆和纸张涂层遮盖力来看,其最佳粒径约为0.2μm。沉淀碳酸钙最适用于需要最高干遮盖力的场合。有些品种经过松香或脂肪酸表面处理,进一步改进了其湿润和分散性能,用于有光涂料中也无明显失光倾向。在有些配方中能降低表面孔隙的渗透性,因而提高了头道涂层的封闭作用。

  纳米碳酸钙材料是指颗粒尺寸大小在1~100nm之间的超细粉末碳酸钙,包括超细碳酸钙和超微细碳酸钙。由于纳米碳酸钙粒子的超细化,其晶体结构和表面电子结构发生变化,使纳米碳酸钙具有特殊的量子尺寸效应、小尺寸效应和表面效应等,使其与常规材料相比在补强性、透明性、分散性、触变性等方面存在明显的优势,从而改变制品的使用性和外观性,可以部分取代如白炭黑等昂贵的原材料,使产品成本下降,质量大幅度提高。也就是说,碳酸钙粒子的超细化,提高了碳酸钙产品的附加值,进一步拓宽了其应用领域。

  纳米碳酸钙在涂料中的应用研究表明,用纳米碳酸钙填充涂料可以提高涂料的柔韧性、硬度、流平性及光学性能。将其添加到胶乳中,能对涂料形成屏蔽作用,达到抗紫外线和防热老化的作用,增加涂料的隔热性。同时,纳米碳酸钙具有空间位阻效应,在制漆中,可以使配方中密度较大的立德粉悬浮,起防沉作用。制漆后,漆膜白度增加,光泽好,而且遮盖力不降低。粒径小于80nm的碳酸钙可用于汽车底盘防石击涂料及面漆。

  碳酸钙产品通常按平均粒径分为微粒碳酸钙(5μm),微粉碳酸钙(1~5μm),微细碳酸钙(0.1~1μm),超细碳酸钙(0.02~0.1μm)及超微细碳酸钙(0.02μm)用物理加工方法生产的重质碳酸钙的粒径通常较粗,而用沉淀法则能生产0.1μm以下的纳米碳酸钙产品。

  滑石粉是一种含水硅酸镁盐,是利用天然滑石矿粉碎制得,滑石粉属六方成菱形板状晶体片状结构,有滑腻感,用于乳胶漆中可改善涂料的施工性、流平性,缺点是易粉化。中国的滑石资源比较丰富,以东北、广西两个地区的滑石最优,使用滑石粉时注意关注产品原矿的产地,产品的化学指标。

  这是一类贮量丰富的矿物,世界各地多有开采,其晶型和相关物理特征随产地不同而有区别,通常是各种晶型的混合物。工业生产的滑石粉对涂料性能的影响受其结构类型或混合物类型、平均粒径和粒径分布的控制。因为大多数滑石粉产品基本是纤维状或片状,所以其分类也是以此为基础的。纤维状滑石粉户外耐久性最好,但在涂料中流动性较差,涂膜平整度也不足。片状滑石粉能赋予涂料优异的可刷性、流平性、涂膜平整度和保光性,也能赋予涂料或油墨一种“润滑”性能。粒状滑石粉数量很少,但具有最好的粘附性和可磨性,这就表明其适用于可打磨的封闭漆或表层涂料。

  许多品牌滑石粉是专为特殊用途或目的而设计和生产的,其粒径从相当粗、吸油量很低的大粒径到吸油量很高的“超细”级而变化,后者的Hegman细度值可高到7。市场上也有经过表面处理、吸油量很低、Hegman细度值只有6~7的滑石粉品种,这类品种适用于有光磁级。滑石粉的性能也随要求不同而有区别。滑石粉的干粉亮度高,在水性和油性系统中的色相均较好。滑石粉在所有液体涂料中都容易湿润和分散,如有机溶剂、清漆、醇酸和水性体系;分散过程中仅需要适度的搅拌。滑石粉在涂料中具有优异的悬浮性,也能有助于体系中其它颜料保持悬浮状态。

  粒径较粗的滑石粉适用于一些要求粗糙涂膜或“有齿纹”的涂膜,例如内墙用漆、底漆和绉纹漆。粒径中等的品种(Hegman细度值大约为4)适用于房屋用漆,也可作一般填料使用。Hegman细度值为5~7的超细级滑石粉适用于控制半光涂料的光泽、稠度和流挂性能。滑石粉在胶泥、裂缝填充剂和腻子中用量很大。特殊产品根据要求不同决定选用粗粒径或细粒径滑石粉。

  滑石粉可应用于多种工业涂料中,尤其是底漆。钢材结构用底漆可全部或部份用滑石粉,可改进涂料的沉淀性、涂膜的机械力以及再涂覆性。许多制品和闪烘底漆和运输工具用漆优先选用滑石粉。包括滑石在内的片状硅酸镁因其能提高打磨和抗水性能,所以适用于金属底漆,其中抗水性能可能源自片状粒子延伸了湿气通过涂膜的途径。

  瓷土(高岭土)类填料的组成基本是硅酸铝,产于美国卡罗来纳、佐治亚州以及英格兰等地。最初,瓷土作为一种廉价的填充料消费于造纸工业,目前仍在大量应用。近年来,生产商正使瓷土向适用于涂料工业发展。原先生产中只是简单地通过空气干燥和浮选,现在已被水洗、严格地粒度控制、煅烧和表面处理所代替,从而提高了产品的档次。在这些改革中,煅烧是最重要的工序,所以规模很大。

  瓷土粒子形态绝大部分是薄片状,或六角形片状物。用途最广的品种粒径大约10μm。所有品种的瓷土都具有不同程度的亲水性,化学上都是中性,非煅烧品种的吸油量为25~44,煅烧品种为48~58。亮度为80%~92%反射值。瓷土填料每加仑体积大约重21.6磅,比碳酸钙大约少1磅。由于其片状体能增强涂膜机械力,所以瓷土能赋予涂膜柔软性。如果用于房屋涂料,抗粉化性比滑石粉更强。瓷土已广泛地应用于金属底漆,以提高其打磨性能。煅烧瓷土在室内平光墙面漆和需要平整涂膜的涂料中用量不断增加。这类品种的粒径极细,用于彩色半光和有光涂料中能降低

  和漂浮倾向。在溶剂型涂料中,有些品种瓷土容易沉底结块,但经过煅烧和表面处理后的品种可克服上述弊端。

  由于瓷土亲水,所以是水性涂料用的良好的填料,它们在水性涂料中具有很好的悬浮性能,容易分散,且赋予涂膜良好的刷涂和流平性。瓷土通常与其它填料一起配用。

  这类填充颜料以两种基本形态存在:无水石膏和石膏(或石膏粉)。在涂料工业中广为应用的只有第一种形态。无水石膏可通过煅烧石膏而制得。无水石膏色泽明亮,在涂料中分散良好,可用于一些有光涂料以及要求其特殊性能的其它类型产品中。

  无水硫酸钙稍溶于水并形成石膏,所以在乳胶漆中应用贮存时会形成细长状结晶体。然而正是这种水溶性使其能与乳胶漆中某些组份反应,因而无水石膏粉的应用十分有限。

  实用的硫酸钡填充颜料有两种形态:研磨后的重晶石粉以及沉淀硫酸钡。在通过研磨和漂洗工艺生产重晶石粉过程中,近期的进展是改进色相和细度;而且有优异色相和更细粒径的沉淀法硫酸钡在涂料工业中尚未大量应用,因为前者已能满足要求,且成本更低。硫酸钡的主要用途是工业底漆,包括汽车底漆。因为吸油量低,密度大,粒状或球形结构,所以具有良好的填充性能,有助于光泽并具有良好的保光性。硫酸钡几乎都用于头道漆光泽很重要的这类涂料中。化学隋性使其在高酸性条件下应用的某引起需要抗化学性涂料中是大有价值的。

  实用的二氧化硅有三种不同类型:(1)将石英进行研磨和分级而制得的普通二氧化硅;(2)硅藻土;(3)合成二氧化硅;

  (1)石英型或结晶型二氧化硅:用途相当有限。这类填料分散困难,容易沉底结块。由于不耐磨,所以在辊磨或球磨中研磨时会严重变色。它是木器填充剂中所用的主要填料,为此,它具有良好的综合性能,吸油量低导致收缩性也低,与基料不起反应,涂膜粗糙度良好。

  (2)硅藻土或无定形二氧化硅:由于消光效果好,这类二氧化硅用途很广。其二氧化硅含量大约为83%~95%。大多数产品是白色,少数是浅灰、浅粉或米色。表观密度低,吸油量高,加上不规则的结构,这些综合因素使其产生很高的消光效应、增稠能力和良好的悬浮性能。硅藻土广泛地应用于内用平光墙面涂料。由于孔隙多,质地脆,所以对平光墙面涂料的去污和耐擦洗性能有负面影响,但比其它多数填料在磨擦和洗涤之后更能增亮光泽。这类二氧化硅也已用于户外房屋涂料消光,有报道说有助于综合耐久性,具体应用比例根据稠度、刷涂性和流动性结果而定。制漆中不用研磨只用高速搅拌或卵石磨进行简短分散是有利的,否则,这种二氧化硅的脆性粒子可能被破坏,从而大大降低其消光能力和在涂料中的悬浮性能。由于在涂料生产中二氧化硅粒径明显降低是不现实的,所以仔细选择硅藻土的品牌并用Hegman计测定细度是非常重要的。

  (3)合成二氧化硅:这也是一种无定形二氧化硅,通过合成法生产,消光能力很强,适用于硝基喷漆、清漆和磁漆以降低光泽。

  云母中包含有组成和性质各不相同的几种矿物,由上式表示的白云母是云母粉填料常用的原料。云母以象书本一样多层晶状薄片体形式存大于自然界。当矿石在压缩空气作用下剥离成碎片,再经过湿磨和干粉便制得云母填料。湿磨后品种用途最广,粒径相当大,约为325目( 43μm)。也有粒径仅为5~10μm的品种。

  云母具有独特的片状结构,这是其赋予涂膜特殊性能的根本原因,包括增强涂膜的机械力,增加水份或湿气渗透过涂膜所必须通过的路径的长度。在油性房屋用漆中加入少量云母粉可防止产生裂纹;在墙用乳胶漆中也具有防裂和改进洗刷性功能。云母粉在涂料中的用量比例一般很低,只有颜填料总量的5%。少量云母可作为一些美国联邦规格结构钢材底漆的一种特殊组分,能提高耐盐雾性和耐久性。在户外涂料中,云母通过反映光线而赋予涂膜亮光,这对于有些产品是很重要的。

  由硅灰石制得的硅酸钙具有针状结构,良好的亮度和很低的吸油量,适用于油性房屋涂料,平光或半光内用涂料和乳胶涂料。其pH约为9.9,在碱性条件下的乳胶漆中能起到缓冲作用。

  合成硅酸钙是一种水合硅酸硅酸钙,由硅藻土和石灰经水热反应制得。粒形可由“园形”到针状而变化。所有品种的平均粒径都为1.6~3.8μm,属于胶体范围。其较好的品种为白色。这类填料性能比硅藻土优越,其极高的吸油量意味着具有很强的消光能力和高干遮盖效应。在涂料中应用比例不大,只有填料总量的10%。其吸水量特高,生产商推荐用于乳胶漆。

  在乳胶涂料中合理选择填料的品种,填料的规格对涂料的质量可大幅度的提高,如果选择不当同样会带来不必要的麻烦。

  不同种类的填料,其比重,密度,吸油量,颗粒大小,颗粒分布以及填料粒子表面处理等都不同,不同种类填料耐用紫外光降解,酸雨侵蚀能力也不一样,因而在保光,保色性方面表现差异。重晶石,高岭土有良好的保光,保色性,而碳酸钙填料保光,保色性差,耐用酸雨性差。在胶体制备时,浆料的分散对漆膜性能造成影响。虽然同是碳酸钙,不同粒径分布的碳酸钙填料吸油量不同,影响到体系的

  =ρB+0.01×OA×ρP),从而影响到涂层的许多性能,超细粒子在干燥过程中运动性能大,易于浮在表面,并且超细粒子需要更多量的黏结料,从而使体系的CPVC下移。另外,填料粉末的水溶份多,给涂料的稳定性带来不利影响。

  选择填料时,既要考虑成本,又要考虑其质量,耐性要求。要求它的颜色白,杂质含量少,易于分散,并考虑它对乳胶漆在储存,施工性,调色和耐性方面的影响,对涂层光泽的影响等。在表2所列的常用填料中,轻质碳酸钙堆积密度小,吸油量大,在超CPVC涂料体系中能提高涂膜的遮盖力,但用量过高,吸水量大,分散困难,会影响涂膜的流平性;高岭土,滑石粉,云母粉等的片状结构形态填料能降低水分对涂膜的空透性;硅灰石粉纤维状结构增加涂膜的韧性;重晶石密度大,保光,保色性好,沉淀硫酸钡对丝光漆涂膜光泽影响最小。滑石粉,高岭土,硅灰石,气相二氧化硅等是具有结构黏度的填料,在涂膜干燥过程中减弱涂膜涡流运动,从而调节或改善涂料的涂膜浮色现象;高岭土,硫酸钡耐紫外光降解。

  中选择耐候性好,不易粉化的填料,建议使用绢云母、硫酸钡、硅灰石、煅烧高岭土等一般不用轻钙;

  中建议使用重钙、轻钙、滑石粉、高岭土等白度较高的产品,同时使用超细粉体。后附几种常 规填料的产品性能表供在配方选择时使用。

  重钙、硫酸钡、滑石粉、煅烧高岭土等填料在涂料中使用,一方面起到体质填充的作用,另一方面具有一定的干遮盖力,一般建议使用超细产品,因为填料对钛白粉遮盖力有协同作用,当粉体粒径达到微细化级,基本上与所配套应用的二氧化钛颜料的粒径接近时,可提高钛白的遮盖效果,同时提高漆膜的强度和耐水性能。

  使用硅灰石、绢云母的是为了提高漆膜强度、耐候性、抗水性等,一般建议使用800目左右的产品,如考虑漆膜效果时,可采用1250目左右的产品,一般不建议使用2000目以上的产品。

  CPVC即临界颜料体积浓度,是指基料正好覆盖颜料粒子表面,并充满颜料粒子堆积空间时的颜料体积浓度,填料的细度越高,其比表面积越大、吸油值高,CPVC就会越小。通常乳胶漆配方的PVC一般不超过CPVC,否则漆膜的许多物性将受到不利影响,随着乳胶漆市场竞争的日趋激烈,为了降低成本,增强竞争优势,研制高PVC乳胶漆已成为各乳胶漆厂重要的研究课题,两个PVC值相同的乳胶漆配方,因使用原料及比例的不同,产品的CPVC值并不相同。因此,要使乳胶漆具有高的PVC值,其质量又能符合国家标准要求,关键在于使乳胶漆具有高的CPVC,从而最大限度地缩小其PVC与CPV值间的差距。我们在设计涂料配方时,高性能的乳胶漆采用超细填料,低档乳胶漆选择粒度相对粗,吸油值低的填料,如:重钙、重晶石等。

  市场上填料品种、规格很多,比较混乱,选择优质稳定的产品对乳胶涂料的生产起到保障作用,由于目前市场比较混乱,有些填料产品的指标仍无国家标淮或行业标准,市场上以次充好、以假乱真的现象时有发生,会给乳胶漆厂家在选择原材料时带来很多麻烦同时会造成一定的损失。乳胶漆使用填料的正常指标为:产品纯度、白度、粒度、325目筛余物、PH值、吸油量。

  产品纯度是产品最重要的指标之一,功能填料尤为重要。优质滑石粉可改善乳胶漆的施工性能、流平性;高纯硅灰石可大大提高漆膜的强度;片状绢云母在涂膜中层层叠加,提高漆膜的强度、耐水性同时具有独特的紫外屏蔽功能,提高涂料的耐侯性等。对滑石粉、硅灰石填料以SiO2指标来核定,SiO2指标越高产品越纯,对绢云母、高岭土等硅酸铝盐填料,以SiO2、Al2O3指标来控制,对碳酸钙以CaCO3含量核定。

  白度是客户选择填料的依据之一,重钙、轻钙、高岭土等利用干遮盖力效果填料尤为重要;同时要考虑填料的色相,以青色相最佳。

  粒度:市场上一般以目数来核定,此种方法并不很科学,同时有很多厂家以低目数充高目数产品,一般建议客户在选择原材料产品时要求提供粒度分布图,以中位粒径来核定可能更科学有价值。

  对填料的主要指标得到有效控制,对产品质量稳定性有很大益处,对功能填料的选择还必须了解产品的生产工艺,如高岭土产品煤烧、电烧工艺所生产的产品性能差异很大,绢云母粉:干法、湿法工艺所生产的产品性能差异很大。客户在选择使用填料时,一定要加强指标控制对生产厂家的了解,控制原料的批次稳定性,同时建议不随意更换使用的产品规格及生产厂家。

  随着乳胶漆研发水平的不断提高,消费者对产品功能的要求更新,乳胶漆的高性能、多功能化,已成为涂料行业的发展趋势。如内墙乳胶漆环保无毒,抗菌防霉性;外墙涂料的耐老化性,自清洁功能等。

  传统的填料在涂层中起到骨架结构基料的作用,对改善涂料的功能作用不大;近几年来,国内外的部分乳胶漆厂家已开始着手研究某些填料的功能来改善或赋予涂料新的功能,并取得了一定的成果。功能性填料因其化学组成、晶体结构的差异,其加工技术和应用技术有所不同,通过加工技术的提高,填料的特异性改善或赋予乳胶漆新的功能,主要代表有片状的绢云母粉对涂膜耐候性的贡献;吸附类填料提高涂料的储存稳定性;纳米填料对涂料的抗菌、耐候等特性的提高以及一些新型功能填料的广泛应用等。

  片状的绢云母粉具有晶体偏光效应,和层间结晶水的光干涉效应,对紫外线有强烈的吸收、屏蔽作用,产品在乳胶漆中,除了改善涂层的机械性能,又能提高涂料的耐老化、抗紫外性能,防止龟裂,延迟粉化,同时可保持涂料颜色长久不褪色。

  纳米填料一般采用合成加工制备,或将具有纳米结构的非金属粉体化加工,如纳米碳酸钙、纳米ZnO等,在涂料体系中应用,使涂料具有抗菌、防霉作用同时会提高涂膜的耐候性能,大大提高涂料的综合品质。

  乳胶漆产品发展迅速,但竞争也日益激烈,如何在市场中立于不败之地,质量、成本为一永恒的主题。涂料的成本、质量与原材料的选择息息相关,我们不能仅注重乳液、钛白粉、助剂,同时也要加强填料的选择和控制。填料占乳胶漆成份的20-40%,优质、稳定的填料是生产优质产品的保证,随着涂料技术研究的继续深入,必将会将更多新型的功能材料应用于涂料体系中。

  其它一部分体质颜料具有独特的性质而在涂料中有小范围的应用,这些填料包括碳酸钡、铝水化物、亮白、缎白和丝白。

  “铝水化物”也叫作氢氧化铝,或“轻质氧化铝水化物”,通常是在硫酸铝溶液中加过量的碱沉淀制得。铝水化物的主要用途是作为基料,在其上沉淀印刷油墨生产中用到的染料和有机调色剂。铝水化物具有较高的吸油量,化学性质非常活泼,价格较贵,在纺织品和纸张的涂料、以及橡胶的填料中有一定程度的应用。

  亮白是25%铝水化物和75%硫酸钡粉的复合颜料,具有较细的组织和耐腐蚀性,主要用在印刷油墨中。缎白为铝水化物和硫酸钙的共沉淀物,主要用在纸的涂装。丝白是用氯化钙和钠氧化硅反应制得,主要用于印刷油墨。

  除上述各种体质颜料外,还有一种在特殊涂料(如交通标志涂料)中作为填料的玻璃珠,对入射光有相当程度的反射。当涂料表面磨蚀后,玻璃珠就曝露出来,成为微小的反光球,使夜晚交通标志线的能见度大为改善。通常的品级有100%过70号筛、85~ 100%过80号筛、15 ~ 55%过1440号筛和0 ~ 10%过230号筛,相对应的粒径分别为0.21、0.177、0.105和0.063 mm。玻璃珠还可以在广告板、邮箱、方向指针等的涂料中起填料的作用。

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