（材料物理与化学专业论文）水性多彩涂料的研究与制备.pdf

摘要 水性多彩涂料的研究与制备 摘要 多彩涂料是涂料中含有和漆料不相容的色彩不同、大小与形状 各异的颗粒状物质，组成的一种复合的悬浮分散体涂料。它通常包 含有两种或两种以上的颜色颗粒，形成的色彩图案多样。一次施工 即能得到深浅层次不同的多彩花纹，并能适应砂浆、灰浆、混凝土、 石膏板、木材等多种建筑材料，使用后能收到显著的装饰效果。 本文通过保护胶体和增粘剂复合成粒体系制备的水性多彩涂 料。分别就增粘剂、多聚磷酸钠、保护胶体、颜填料等主要组分对 分散介质( 连续相) 和分散相( 颜色颗粒) 的影响进行了研究，并 对多彩涂料组份的配比、性能等问题进行了探讨。结论表明： 1 在分散介质中，钠基增粘剂有好的成粒效果。选用焦磷酸钠，作 为无机分散剂，通过降低增粘剂的粒径，从而降低分散介质粘度。 焦磷酸钠用量范围大，有助于在制备中准确调节色粒的大小。 2 在分散相中，非离子保护胶体有利于颜料组份的稳定和粘度的提 高。颜填料的选用需要根据种类的不同，选择其在分散相中的不 同用量，以达到最佳效果。其中有机颜料对多彩涂料的增稠效果 明显高于无机颜料。 3 为了便于生产工艺的控制，规定了多彩涂料制备过程中各组份的 粘度范围如下：颜料组份为k u 1 2 0 ，1 3 0 1 ，分散相为k u 9 0 ， l 0 0 1 ，分散介质为k u t i m e ( d a y ) 图4 7 存放时间对分散相粘度的影响 f i g4 - 7i n f l u e n c eo fs t o r a g et i m eo i ld i s p e r s e dp h a s ev i s c o s i t y 从上表可以看出，颜料红分散相随着时间的变化粘度从k u = 9 5 迅速下降到 k u = 6 5 ，二十天以后粘度基本趋于平稳。这说明分散相是多彩涂料体系中粘度变化最 迅速的部分。它的使用时间需要严格控制，才能保证多彩涂料的有效成粒和整个体系 的稳定。是多彩涂料制备中最重要的一环，因为它直接关系着多彩涂料中最重要的色 粒的状态和性能。 4 3 对多彩涂料各组份粘度的要求 根据前面对于多彩涂料各组份粘度的研究，为了在以下的实验中有更明确的标 准，对其粘度进行准确的控制，对制备过程中使用的各组份规定了下面的粘度要求。 ( 使用q n z 型斯托默粘度计，测量范围k u 5 3 ，1 4 1 。) 为保持分散相与分散介质之间有较大的粘度差，以便于色粒的形成；又由于颜料 北京化工人学硕i ：学位论义 组份的粘度直接影响分散相的粘度，为使分散相达到较高的粘度必须控制颜料组份达 到更高的粘度；规定粘度范围如下： 颜料组份k u 1 2 0 ，1 3 0 分散相k u e 9 0 ，l o o 分散介质k u 6 0 通过图4 - 3 的数据分析，又考虑到斯托默粘度计的工作原理是在2 0 0 r m i n 的条件 下测得的粘度，每次测量都对颜料组份有搅拌再分散的作用，为了保证颜料组份严格 在规定的粘度下被使用，因此保守的把颜料组份的储存期限规定为两周。 由于图4 - 5 中反映出分散相粘度随时间迅速降低的趋势，和为了满足粘度梯度对 分散相的粘度要求k u 9 0 ，1 0 0 ，所以分散相仅前三天的粘度为可用范围。又由于 分散相基本为一个涂料组份，而涂料一般制备出来放置2 4 小时后达到比较稳定的状 态，因此规定分散相制备出来放置一天后使用，以保持其最佳的成粒效果。 从图3 - 1 可以看出，虽然分散介质的粘度波动较大，但其粘度都远远低于k u = 6 0 ( 负荷为9 5 9 ) 时的粘度，甚至低于此粘度计的测量范围k u = 5 3 ，说明这两种分散介 质都能满足对它们的粘度要求。 北京化工大学硕士学位论文 第五章其它因素对多彩涂料的影响 5 1 助翔对多彩涂料的影响 水性涂料体系需要加入一些必要的助剂，以提高其流变性、分散性、抗菌性 等各种性能。其中，消泡剂和增塑剂对色粒形状和稳定性均有影响。 51 消泡剂对多彩涂料的影响 乳液在搅拌过程中容易产生气泡，而分散相的粘度又较高使气泡形成后不容易消 失，因此需要在分散相的制各过程中添加一定量的消泡剂。 本文比较了两种常用的消泡剂n 和磷酸三丁酯实验表明：加入磷酸三丁酯会使 多彩涂料体系的粘度迅速增加。涂料中的色粒的第二天即产生粘结，第三天涂料已不 能流动，并且分层色粒在上面。消泡剂n 没有这样迅速增稠的表现，所以选用n 为 此多彩涂料体系消泡。 通过对消泡荆n 不同加入量( 在分散相的质量分数分别为0 5 、1 0 、2 o 、 35 和5 ) 的比较发现：消泡剂n 能够消泡但并不完全，而且随着消泡剂用量的增 加消泡的效果也彻底的改善。考虑到消泡剂添加较多时，对涂料的成膜也有不利的影 响，因此本实验把消泡剂n 的用量确定在1 o 。再通过比如剪切速率的控制，尽量 消除色粒中可能存在的气泡缺陷，多彩涂料达到良好的消泡状态。 ( a ) ( b ) 圈5 _ 1 消泡剂对多彩涂料的影响；( a ) 不添加消泡剂；( b ) 添加适量消泡剂 f i 9 5 - 1 i n f l u e n c e o f 矗抽锄盱o o m u l f i c o l o r a t i l l 萨：( a ) w i t h o u t d e f o a m t z , , f b ) w i i h d 翻m 苜 5 1 2 增塑剂对多彩涂料的影晌 北京化t 人学硕i ：学位论文 增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子之间的次价健，即范德华力，从而增加 了聚合物分子链的移动性，降低了聚合物分子链的结晶性，即增加了聚合物的 塑性，表现为聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降，而伸长率、曲 挠性和柔韧性提高。因此，加入增塑剂可以提高色粒的弹性，使色粒在分散介 质中容易变形，有利于多彩涂料的施工和成膜。 5 2 清漆的加入对多彩涂料的影响 多彩涂料的基本配方中，也就是分散介质部分是没有成膜物质的。为了制备出多 彩涂料的成品，需要在色粒制各后，在基本配方中加入一定量的清漆或色漆作为分散 相的成膜物质，而且可以为多彩涂料提供需要的底色。为了方便研究，在此以清漆为 例进行讨论。 5 2 1 清漆的种类对多彩涂料的影响 清漆是由乳液和少量的成膜助剂、消泡剂组成的。由于它的主要组份是乳液，所 以下主要对乳液进行讨论。 纯丙乳液与自制的聚丙烯酸酯一硅溶胶复合乳液的对比实验如下： 表5 - 1 乳液对成粒的影响 t a b l e5 - 1i n f l u e n c eo fe m u l s i o no i lg r a n u l ef o r m i n g 从上表可以看出，由于不同种类的乳液密度很可能是不同的，所以在使用时应根 据所选择的不同乳液，来调节颜料组份中颜填料的用量，以期使色粒在体系中达到均 匀分布的状态，从而得到更好的开罐效应。而且不同种类的乳液对体系粘度的影响也 可能是不同的，下面以纯丙乳液为例研究解决这一问题的办法。 5 2 2 清漆的用量对多彩涂料的影响 乳液如果直接与色粒组份相混，体系粘度会迅速增加，在加水也很难完全稀释开， 甚至会破坏色粒。因此，需要先把乳液加入助剂混合均匀制备成清漆，再取适量清漆 3 2 北京化t 大学硕学位论文 用一定量的水稀释后，才能与色粒组份混合。下面足按不同比例作的一组实验 衰5 - 2 乳液对牯度的影响 t a b l e 5 - 2i n i l u c e o f e m u l s i o n o n v i s c o s i t y 从上表可以很容易的看出，髓着水加入量的增加体系的粘结速度越来越慢。但乳 渡关系到涂料成膜的性能，色粒的用量关系到多彩涂料喷涂后的直观效果，需要根据 具体的要求，权衡备组份的影响，才能确定最后的配方。 率实验选用的是水性涂料中常用的纯丙烯酸乳液，由于它优异而全面的性能能够 满足本实验的要求。它耐水性好，遇碱不易水解，具有高的原始光泽，优良的保光、 保色性及户外耐久性，良好的抗污性、耐碱性及耐擦洗性。 5 3 工艺条件对多彩涂料的影响 5 3 1 剪切速率对多彩涂料的影响 依靠搅拌器的剪切力，把各种颜色的分散相在分散介质中剪切成各种颜色粒子， 因此随着剪切速率的提高，色粒会被分散的越来越小。因此对剪切速率的控制是非常 重要的，它直接影响色粒的大小。而且不同的搅拌桨形状会产生不同的剪切方式，由 此形成的色粒形状也发生改变。 ( a ) 北京化t 大学碗士学位论文 圄5 _ 2 剪切速率对多彩涂料的影响；( a ) 是高剪切速率下的色粒；( b ) 是低剪切速率下的色粒 n 1 5 - 2l n f l u e l n c e o f s h e a r r a t e o n m u t i c o l o r c o a t i n g ：( a ) t h e g r s m d e w i t h h i g h m 口r 峨( b ) t h e 目a 山e w i t h l o w 穹h e 缸r a m ( a )( b ) 圈5 _ 3 剪切方式对多彩涂料的影响：( a ) 是用分散机制备的色粒；( b ) 使用搅拌嚣制备的色粒 心5 - 3i n f l u e m * o f s h e q r m o d e o u m u l f i c o l w c o a a n g ( a ) t h e g n m u l e w i t h d i s p e m e m a c t l i u 0 3 ) t h e g r a n u l e w i t h s t i n w 5 3 2 搅拌时问对色粒的影响 搅拌的时间过长会使一些色粒分散的太小，逐渐溶于分散介质中而出现渗色现象。 一般在实验室条件下，一公斤之内的样品，乳液全部加入后分散五分钟即可。效果类 似于剪切速率的影响。 5 4 多彩涂料的性能的检测 表5 _ 3 多彩涂料的性能指标 t a b l e 5 - 3p d 自m i n d i c 嚣o f m u l 6 c o l o r c e a s e s 序号项目技术要求 容器中状态 冻膜外观 颜色稳定性 耐木性 耐碱性 耐撂洗 经搅拌后，均匀，无结块 与样品相比，颜色、花纹无明显差别 和样晶大致一样 9 a 无变化 4 a 无变化 ) 3 0 0 次 7 8 9 北京化工大学顿i 学位论文 耐紫外优等品 热储存 体系失去流动性，色粒有破碎现雾 常温储存犬于六个月 下面是本研究中制各出来的一些多彩涂料的效果照片 i t 京化t 人学顿i 。学位论立 囊黧 北京化- j 学删i 。学位论卫 北京化工人学硕上学位论文 第六章结论 通过以上对影响多彩涂料性能的各种因素的分析，得到如下结论： 1 本研究利用保护胶体和增粘剂复配使用，提高了多彩涂料中色粒的清晰度和稳定 性，对色粒的大小、形状、强度等性能都能够进行有效的调控。因此，增加了多 彩涂料的涂刷效果，扩大了多彩涂料的使用范围。 2 在分散介质中，选用钠基增粘剂能起到好的成粒效果。选用焦磷酸钠能最有效的 降低分散介质的粘度；它作为无机分散剂，是通过降低增粘剂在水中的粒径，从 而起到降低分散介质粘度的作用。焦磷酸钠用量可改变的范围也是最宽的，这更 有助于在制备中准确调节色粒的大小等性能。 3 在分散相中，非离子保护胶体有利于颜料组份的稳定和对其粘度的提高。颜填料 的选用需要根据种类的不同，选择其在分散相中的不同用量，以达到最佳效果。 其中有机颜料对多彩涂料的增稠效果明显高于无机颜料。 4 为了便于生产工艺的控制，规定了多彩涂料制备过程中各组份的粘度范围如下： 颜料组份为k u e 1 2 0 ，1 3 0 ，分散相为k u 9 0 ，1 0 0 ，分散介质为k u 6 0 。 以上各组份在制备后至使用前均需满足规定的粘度范围。 5 剪切速率高、搅拌时间长会使色粒减小，反之产生可大色粒；由搅拌器的不同而 引起剪切方式的改变，可改变色粒的形状。助剂对多彩涂料体系也有影响：增塑 剂可色粒的弹性，消泡剂种类的不同对体系的粘度也有显著的影响。 6 多彩涂料的最佳配比：分散相占3 5 ，分散介质占3 5 ，清漆色漆占3 0 。其中 分散相的用量可在0 - 4 0 之间调节，分散介质和漆料做出相应调节。 7 本课题研究的水性多彩涂料，经工厂的放大试生产效果较好。文中的结果可用于 含保护胶体、增粘剂或无机盐分散的多彩涂料体系，也可用于其它非成胶体系多 彩涂料的研究。 3 9 北京化t 人学硕i ：学位论文 【l 】 【2 】 3 】 【9 】 1 0 】 【1 1 】 【1 2 1 【1 3 【1 4 】 【1 5 】 【1 6 】 【1 7 】 【1 8 】 【1 9 】 2 0 【2 1 2 2 】 【2 3 】 参考文献 郭晓站 我国内墙建筑涂料的进展【j 】 河南化工，1 9 9 5 ，( 8 ) ：2 - 3 徐峰 多彩涂料的发展评述【j 】 化学建材，1 9 9 4 ，( 2 ) ：5 2 5 4 屠美，李铃，汤顺清，等 甲壳糖基水性多彩涂料的研究 j 】 材料导报，2 0 0 0 ， 1 4 ( 7 ) ：6 6 6 7 b u s hr e d w a r d s t a i n sa n dr e l a t e dc o m p o s i t i o n s p u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s 2 1 6 1 5 0 3 1 9 3 9 6 6 p a a s c h ea j e n s m u l t i c o l o rs p r a yg u n p 】u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s2 5 5 9 5 4 4 1 9 5 1 7 3 l e s s e rkd a v i d c o a t i n gc o m p o s i t i o nf o rm e t a l s p 】 u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s 2 7 9 8 0 1 5 1 9 5 7 - 7 2 z o l ac j o h n c o a t i n gc o m p o s i t i o n sa n dp r e p a r a t i o nt h e r e o f p 】u n i t e ds t a t e sp a t e n t ， u s2 5 9 1 9 0 4 1 9 5 2 - 4 8 z o l ac j o h n a q u e o u sm u l t i c o l o rc o a t i n gc o m p o s i t i o n sa n dp r e p a r a t i o nt h e r e o f p 】 u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s3 4 5 8 3 2 8 19 6 9 7 - 2 9 吴国忠，张志成 多彩涂料研究进展 j 】 涂料工业，1 9 9 3 ，( 5 ) ：3 0 3 4 阎于元 建筑涂料的近展叨 内蒙古石油化工，1 9 9 4 ，( 3 ) ：2 5 2 6 夏维华，武清泉，武清娟内墙用多彩涂料简介 j 】 河南化工，1 9 9 4 ，( 1 2 ) ：2 8 2 9 赵石林，顾宝生 新型多彩涂料的研制与生产 j 】 新型建筑材料，1 9 9 4 ，( 3 ) ：1 2 1 4 张惠娣，王亚际 水包水多彩花纹涂料 j 】 河北化工，1 9 9 5 ，( 2 ) ：4 - 8 冯延昌，王国建 新型水包水多彩涂料【j 】 化学建材，1 9 9 5 ，( 4 ) ：1 5 2 1 5 4 张惠娣，王亚际，李荣慧，等 水包油型多彩涂料的生产及施q - j 河北化工， 1 9 9 4 ，( 2 ) ：6 - 9 徐峰水包又多彩涂料改进研究 j 】 化学建材，1 9 9 6 ，( 5 ) ：2 0 2 2 0 3 郭延秀 新型多彩涂料的研制【j 】 涂料工业，1 9 9 8 ，( 2 ) ：2 3 2 5 胡涌东，顾丽娅 w w 型多彩涂料【j 】 涂料技术，1 9 9 3 ，( 2 ) ：9 1 2 吴英君，于亚东 j d 多彩涂料的研制【j 】 北京建材，1 9 9 2 ， ( 3 ) ：9 ，1 3 1 5 季永新，胡明 松香树脂对多彩涂料性能的影响阴 林业科技开发，1 9 9 4 ( 4 ) ： 2 7 庄稼，迟燕华，刘继光 掺入废聚苯乙烯的低成本多彩涂料研制【j 】 涂料工业， 1 9 9 6 ( 6 ) ：3 1 - 3 4 徐峰 水包油多彩涂料改进研究【j 】 化学建材，1 9 9 6 ，( 5 ) ：2 0 2 2 0 3 张海良，邓孝平，王霞瑜 聚苯乙烯泡沫塑料回收制水包油多彩涂料 j 】 湖南化 4 】9 9 8 ，2 8 ( 】) ：】9 2 2 北京化工大学硕十学位论文 邱侃 改性硅灰石粉在多彩花纹涂料生产中的应用【j 】适用技术市场，1 9 9 5 ，( 5 ) ： 2 0 2 1 e d w a r dw l e w a n d o w s k i ，f r a n kk o e b e r t m u l t i c o l o rc o a t i n gc o m p o s i t i o n s 【p 】u n i t e d s t a t e sp a t e n t ，u s4 0 0 9 13 6 19 7 7 - 2 2 2 孙幼红，李小华，李建，王朋水包水型多彩涂料的研制 j 】化工时刊，2 0 0 4 ， 1 8 ( 1 ) ：5 5 - 5 6 甘文君，李肇强 水包水型多彩涂料的研制【j 】 上海工程技术人学学报，2 0 0 0 ， 1 4 ( 7 ) ：6 6 - 6 7 顾志峰，季金华 水性多彩涂料的制备丁艺研究 j 】 江苏地质，1 9 9 9 ，2 3 ( 2 ) ： 1 0 1 1 0 3 何声太，罗作球 w w 型水性多彩涂料【j 】 化学建材，1 9 9 7 ，1 3 ( 1 ) ：1 6 1 7 李振玉 水包水型多彩涂料的制备【j 】 宁夏化工，1 9 9 6 ，( 1 ) ：6 - 9 汤小平 甲壳糖作为水性多彩涂料成膜剂可行性研究 j 】 广州建筑，2 0 0 5 ，( 1 ) ： 3 7 - 3 9 a n t y o n yb r a i nj a m e s m u l t i c o l o ra s p h a l te m u l s i o nc o a t i n g 【p 】u n i t e ds t a t e s p a t e n t ，u s6 3 0 9 4 5 6 2 0 0 1 - 1 0 3 0 k a n t i l a ld p a t e l a q u e o u sm u l t i c o l o rp a i n t 【p 】 u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s5 6 1 6 6 3 5 19 9 7 - 4 - 1 b r e m e r - m a s s e u s ，v a l ld e rk o l kc o m e l i s ，w e b e rm r c e l ，e t e a q u e o u sm u l t i p h a s e d i s p e r s i o n sf o rm u l t i c o l o rc o a t i n g s 【p 】u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s6 0 0 5 0 3 1 1 9 9 9 1 2 2 1 l y n c hej a m e s ，p r e d k e l i sj o h n p o l y u r e t h a n e - b a s e da q u e o u sm u l t i c o l o rp a i n t p 】 u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s5 4 3 7 719 19 9 5 8 一 陈忠祥，古绪鹏 仿瓷多彩涂料的研制【j 】 新型建筑材料，1 9 9 4 ， ( 4 ) ：9 - 1 0 张惠娣，王亚际 新型装饰材料彩星涂料的研制【j 】 河北化工，1 9 9 6 ，( 4 ) ：9 1 0 卢荣明，吕兆荣，张军 鳄鱼新多彩花纹内墙漆【j 】 上海建材，2 0 0 3 ( 5 ) ：2 5 2 6 李慧扬，梵芷芸 膨胀型水包水多彩防火涂料闭 化学建材，1 9 9 6 ， ( 6 ) ：2 7 4 胡涌东，邓利君，卞明哲 水性多彩绒面涂料【j 】 江苏建材，1 9 9 5 ，( 1 ) ：1 3 1 5 r a y m o n da v i n c e n t m u l t i c o l o rp a i n td i s p e n s i n gs y s t e mh a v i n gap r e s s u r er e s p o n s i v e c o l o r p 】u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，u s4 1 6 3 5 2 3 1 9 7 9 8 7 李慧扬，樊芷芸，贾雨 我国多彩涂料的现状与发展趋势 j 】 广州化工1 9 9 6 ， 2 4 ( 4 ) ：1 1 - 1 3 李双运 多彩花纹涂料的内墙喷涂施上工艺 j 】 河北煤炭2 0 0 0 ，( 3 ) ：5 9 6 0 滕雅娣，舒燕 多彩涂料配制的研究【j 】 辽宁化工1 9 9 7 ，2 6 ( 6 ) ：3 4 7 3 4 8 顾丽娅 多彩涂料的配套产品及施工方法【j 】 新型建筑材料 1 9 9 2 ，( 4 ) ：2 8 3 1 4 l q 习 卅 刀 研 明伽q 纠 卅 习 叼刀跚卿伽u 刁 习卅习 口 口 口 眨 口 口p p p p p p p p p p h h h h 降h 北京化- t 人学硕i ：学位论义 5 4 1 5 5 】 【5 6 】 【5 7 】 5 8 1 顾丽娅 多彩涂料的标准与检验方法【j 】 新型建筑材料1 9 9 2 ，( 9 ) ：2 8 2 9 赵玲玲，袁大伟多彩涂料在居室的应用 j 】 新型建筑材料1 9 9 2 ，( 6 ) ：3 6 3 7 吴英君 j d 多彩涂料的研制【j 】 新型建筑材料1 9 9 2 ，( 6 ) ：2 1 2 4 刘同保，陶明镜 多彩涂料 j 】 杭州化工1 9 9 3 ，( 4 ) ：卜4 谭玉春 多彩涂料的生产与应用 j 】 适应技术市场1 9 9 3 ，( 4 ) ：1 2 1 3 徐峰多彩涂料现状分析 新型建筑涂料【j 】 1 9 9 3 ，