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廣州榮東化工有限公司
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| 低溫環(huán)境下水性外墻涂料的抗泛色性研究 |
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0 前 言
對(duì)于水性外墻涂料來(lái)說(shuō)，要求其必須具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，以確保在不同的氣候環(huán)境下都能夠達(dá)到相同的保護(hù)和裝飾效果。但由于水性外墻涂料主要是以水為分散介質(zhì)（有機(jī)溶劑添加量一般不超過(guò)5%），而不像溶劑型外墻涂料那樣可以通過(guò)大量加入不同性能的有機(jī)溶劑來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以適應(yīng)性極易受到水的限制，如:在過(guò)高的溫度下會(huì)因水的快速揮發(fā)而造成涂膜流平不好、成膜質(zhì)量差以及色彩鮮艷度差等現(xiàn)象的產(chǎn)生;而在低溫狀態(tài)時(shí)，會(huì)因水趨向于凝固而導(dǎo)致體系各組分出現(xiàn)相容性問(wèn)題，使得本已均勻分散的顏料發(fā)生絮凝，而若此時(shí)再以剪切力分布極度不均衡的滾涂來(lái)進(jìn)行施工，則會(huì)導(dǎo)致涂料（非白色或透明色）在施工時(shí)出現(xiàn)泛色現(xiàn)象，從而帶來(lái)重大損失。而據(jù)筆者近幾年走訪的上千個(gè)工地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，其水性外墻涂料的施工70%以上都還是以滾涂為主，為此，有必要就低溫環(huán)境下引起水性外墻涂料出現(xiàn)泛色的各項(xiàng)因素進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方案，以杜絕涂膜在此環(huán)境下出現(xiàn)泛色性問(wèn)題。
1
影響涂膜出現(xiàn)泛色問(wèn)題的因素
1.1
涂膜出現(xiàn)泛色問(wèn)題的主要因素
在多種顏料分散體系中，若其中某種顏料過(guò)度絮凝或沉降，造成顏料分散體系的分離，則會(huì)導(dǎo)致涂膜出現(xiàn)泛色現(xiàn)象[1]。引起顏料絮凝的主要因素是來(lái)自于顏料粒子間過(guò)強(qiáng)的吸附力，而貝納德漩渦的出現(xiàn)以及各種顏料間較大的密度差則是導(dǎo)致顏料出現(xiàn)沉降的主要原因。
1.2
低溫環(huán)境下涂膜出現(xiàn)泛色問(wèn)題的主要原因
由于各顏料粒子間均衡的吸附及解吸附能力是影響顏料穩(wěn)定的最主要因素，而其中解吸附的動(dòng)力又主要來(lái)源于分子間的布朗運(yùn)動(dòng)，由下面的布朗運(yùn)動(dòng)公式可知，涂料分子的位移與溫度成正比，與介質(zhì)黏度及粒子半徑成反比，即溫度越低，介質(zhì)黏度越高，粒子半徑越大，則體系的布朗運(yùn)動(dòng)就越緩慢。
也就是說(shuō)，在水性外墻涂料中，隨著溫度的降低，體系黏度的增加，各顏料粒子間的布朗運(yùn)動(dòng)將逐漸變慢，其解吸附能力也隨之減弱，當(dāng)體系的解吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸附能力時(shí)，體系的分散平衡狀態(tài)就會(huì)因各組分的互相吸附而遭到破壞，使得本已均勻分散的顏料發(fā)生絮凝，進(jìn)而導(dǎo)致涂膜出現(xiàn)泛色。所以在低溫環(huán)境下，顏料間均衡的吸附及解吸附能力是決定涂膜是否出現(xiàn)泛色的最主要因素。
2
低溫環(huán)境下涂膜出現(xiàn)泛色問(wèn)題的解決方案
2.1 合適的潤(rùn)濕分散體系
與涂料的其他組分相比，由于潤(rùn)濕分散劑往往具有高價(jià)格及高親水性的特點(diǎn)，所以為了平衡配方成本及保證涂膜具有足夠的耐水性能，在實(shí)際應(yīng)用中水性外墻涂料里潤(rùn)濕分散劑的實(shí)際用量一般都會(huì)低于顏料達(dá)到理想分散的最小需求量，從而使得涂料往往出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的一切測(cè)試性能均良好，而在實(shí)際應(yīng)用中卻出現(xiàn)泛色的現(xiàn)象，其緣由主要是現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境出現(xiàn)了巨大變化，從而導(dǎo)致涂料中的顏料發(fā)生了絮凝。由1.2可知，顏料間均衡的吸附及解吸附能力是決定涂膜是否出現(xiàn)泛色的最主要因素。所以如何保證體系的潤(rùn)濕分散劑在不同的溫度下都具有同等功效將是解決涂膜泛色的首要任務(wù)。而表1則是在同一配方體系中，分別對(duì)比了不同溫度下各種潤(rùn)濕分散劑對(duì)水性外墻涂料的抗泛色性影響。
注:樣品
A#～D#為只改變體系的潤(rùn)濕劑種類(lèi)，其他不變;樣品
E#～H#為只改變體系的分散劑種類(lèi)，其他不變。
由表1所示數(shù)據(jù)可知:使用低分子量離子型潤(rùn)濕劑、無(wú)機(jī)分散劑以及親水性有機(jī)分散劑都可以有效改善涂料在低溫環(huán)境中的抗泛色性能。其主要原因是由于在低溫環(huán)境中，與其他類(lèi)型潤(rùn)濕劑相比，小分子量離子型潤(rùn)濕劑可以直接溶解于水中并形成游離離子，從而具有極強(qiáng)的滲透能力及強(qiáng)烈的布朗運(yùn)動(dòng)（由1.2可知，粒子半徑與布朗運(yùn)動(dòng)成反比），即具有更強(qiáng)的解吸附能力。相對(duì)于有機(jī)分散劑來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)分散劑的分散作用主要是通過(guò)氫鍵及化學(xué)吸附來(lái)得以表現(xiàn)[2]，而由于氫鍵的作用力與溫度成反比（原因是溫度越高，分子間布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，則粒子間的距離就越遠(yuǎn)，從而造成分子間的氫鍵作用力變?nèi)酰?，所以無(wú)機(jī)分散劑對(duì)顏料的分散性不會(huì)隨著溫度的降低而減弱，反而會(huì)隨著溫度的下降而逐漸加強(qiáng)。
在干燥過(guò)程中隨著水的揮發(fā)，涂料中的親水性物質(zhì)也會(huì)隨之被夾帶至涂膜表面，造成涂料中本已均勻分散的親水性顏料與疏水性顏料發(fā)生相分離，而由于水在低溫環(huán)境下的揮發(fā)性極慢，所以容易使得親水性顏料及疏水性顏料具有足夠長(zhǎng)的時(shí)間去分離并導(dǎo)致涂膜最終出現(xiàn)泛色現(xiàn)象，而由于親水性分散劑可以改善顏料表面的親水性能，所以可以極大地避免體系因各顏料的親水疏水性偏差太遠(yuǎn)而出現(xiàn)泛色現(xiàn)象。
2.2
較低的顏料體積濃度（PVC）
在一定程度上，乳液對(duì)于涂料來(lái)說(shuō)也就是一個(gè)潛在的分散劑，所以當(dāng)涂料PVC過(guò)高時(shí)，由于包裹顏料粒子的乳液太少，就容易導(dǎo)致部分顏料表面因出現(xiàn)裸露而沒(méi)有足夠的斥力來(lái)保持穩(wěn)定。并且由于體系的黏度會(huì)隨著溫度的降低而增加，從而使得各顏料粒子間的距離進(jìn)一步的靠近，這樣就間接增加了那些沒(méi)有足夠斥力的顏料在低溫環(huán)境下發(fā)生團(tuán)聚絮凝的可能。而由表2的數(shù)據(jù)也可看出，相同原料在不同PVC的體系中，其PVC越低，就越有利于解決低溫泛色性問(wèn)題。
表2
低溫下不同PVC對(duì)水性外墻涂料的抗泛色性影響
注:樣品 I#～L#為只改變體系PVC，而實(shí)際所使用的原料不變。
2.3
良好的防凍性能
由于水的凝固點(diǎn)在0 ℃，所以當(dāng)溫度接近0
℃時(shí)，涂料就會(huì)因水趨于結(jié)冰而出現(xiàn)絮凝，從而導(dǎo)致涂料出現(xiàn)泛色現(xiàn)象，但若是涂料的凝固點(diǎn)能夠下降到0℃以下，甚至更低，則引起體系顏料出現(xiàn)絮凝的溫度也就同樣會(huì)更低，由表3中所列數(shù)據(jù)可看出，在相同的配方體系中，良好的防凍性能將有助于改善水性外墻涂料的低溫泛色性問(wèn)題。
表3
低溫下不同防凍性對(duì)水性外墻涂料的抗泛色性影響
注:樣品 M#～P#為只改變配方體系的防凍劑添加量，其他不變。
2.4
其他各組分的良好搭配
（1）乳液粒徑及填料吸油量的影響。乳液粒徑越小，則滲透性就越強(qiáng)，對(duì)顏料的潤(rùn)濕性能也就越好，所以在低溫時(shí)對(duì)顏料的包裹能力也就越強(qiáng)，低溫抗泛色性也會(huì)越好;而填料吸油量的影響則正相反，當(dāng)填料的吸油量越大時(shí)，其表面能就越高，相互間的吸附力也就越大，從而使得低溫時(shí)各顏料相互間出現(xiàn)絮凝的可能性也就越高。
（2）消泡劑相容性的影響。消泡劑的可溶解性會(huì)隨著溫度的下降而變差，其中相容性越差的消泡劑表現(xiàn)則越明顯，這樣就很容易造成低溫時(shí)體系因此而出現(xiàn)表面張力不均衡的現(xiàn)象，并形成貝納德漩渦，使得顏料粒子出現(xiàn)不同程度的沉降而導(dǎo)致涂膜出現(xiàn)泛色。
（3）體系觸變性的影響。由2.1中可知，在低溫時(shí)，由于水揮發(fā)速度的減慢，極易造成親水性顏料及疏水性顏料出現(xiàn)分離而導(dǎo)致涂膜泛色，但若體系有足夠的觸變性以形成一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，則可一定程度上阻止顏料的分離，從而改善泛色性問(wèn)題。
也就是說(shuō)使用小粒徑的乳液、低吸油量的填料、相容性比較好的消泡劑以及保證體系足夠的觸變性都將有助于改善水性外墻涂料在低溫時(shí)的抗泛色性。
3
結(jié)
語(yǔ)
由于水性外墻涂料的特殊性，在對(duì)其配方進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意體系在低溫環(huán)境中的適應(yīng)性能，盡量選擇對(duì)溫度影響不敏感的原料進(jìn)行搭配，并通過(guò)選擇合適的潤(rùn)濕分散劑、盡量低的顏料體積濃度，小粒徑的乳液、低吸油量的填料以及確保體系具有足夠好的防凍性能及觸變性等方式來(lái)保證涂料在低溫環(huán)境中不出現(xiàn)泛色性問(wèn)題。
| | | 來(lái)源： 時(shí)間：2014-09-19 |  |
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