0 引言

在我国，人们习惯上把以合成树脂乳液为基料，以水为分散介质，加入颜料、填料(亦称体质颜料)和助剂，经一定工艺过程制成的涂料，称为乳胶漆，也有称为乳胶涂料的。因其具有环保、施工及清理方便、干燥快、透气性好、耐水性等优点而被广泛使用。

1 乳胶漆的组成

通常，乳胶漆由合成树脂乳液、颜料、填料、助剂和水组成。

合成树脂乳液是乳胶漆的核心，它把乳胶漆的各组分粘结在一起，形成一层薄膜，并牢牢地附着在基层上。它也是涂膜组要的组分。
颜料主要赋予涂膜色彩、遮盖力，提高涂料的装饰性。颜料和填料在涂膜中起骨架作用，增加涂膜机械强度，提高耐光性和耐候性，改善涂料的物理和化学性能。
助剂，顾名思义就是在各个环节中帮助优化乳胶漆的性能。在生产时，它的加入使制漆过程容易进行，如润湿分散剂、消泡剂；在贮存时，由于它的存在，提高了稳定性，如湿润分散剂、增稠剂、pH 调节剂；在施工时，它帮助改善涂刷性，如流平剂、增稠剂；在成膜时，由于它的介入，能帮助成膜而得到优质涂膜，如成膜助剂。水是乳胶漆的分散介质，它为乳胶漆的生产、施工和成膜提供了适宜的条件。它参与成膜，而本身不是干膜的组分，只是一种载体。

各组分互相配合，优势互补，即构成了性能符合要求的乳胶漆。
 

2 乳胶漆的配方设计

2.1 性能目标确定

在进行配方设计前，首先要明确所需要设计的乳胶漆品种的应用目标和性能要求。无论所设计的是通用或专用品种，都应既定性又定量地列出要求达到的技术指标，并明确各项指标的检测方法。

需要注意的是，首先不要盲目地把指标定得过高，因为过高指标是要高成本来支撑的，以满足需要为宜；其次要兼顾性能的平衡，不要顾此失彼；后乳胶漆性能测试结果往往波动比较大，所以确定指标时，既要心中有数，又要留有余地。

2.2 原料选择

目标确定后，接着就是选择原料。

2.2.1 乳液选择

对于内墙乳胶漆，一般可选用苯丙乳液、醋丙乳液、醋叔乳液和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液。国内用的较多的是苯丙乳液和醋丙乳液，醋丙乳液价格适中，苯丙乳液粘结颜料能力高。外墙乳胶漆中常用的乳液有硅丙乳液、纯丙乳液、苯丙乳液和醋叔乳液等。目前国内用得较多的为苯丙乳液和纯丙乳液，苯丙乳液性价比易被接受，纯丙乳液涂膜的耐候性相对更好。

2.2.2 颜料、填料的选择

一般乳胶漆所用的颜料所起的作用不外乎提供遮盖力和装饰性。对这些颜料的首要要求是具有尽可能高的遮盖力和明亮美丽的颜色。但是，为了使颜料得以长期履行其遮盖和装饰的使命，还必须十分注意颜料的稳定性和易分散性。对光稳定，保色性好，耐久性佳；对热稳定，耐烘烤；物理化学性质稳定，保证乳胶漆粘结的稳定，耐候性好；分散状态稳定，包括不沉淀、不絮凝、不浮色、不发花等。良好的易分散性有助于控制工厂的投资，并有助于降低生产成本，提高产品质量。

常规颜色不外乎红、黄、蓝、绿、白、黑及金属色等，对乳胶漆来说，一般白色用的较多。在白色颜料中，钛白粉，尤其是金红石型钛白粉是好的白色颜料。乳胶漆对颜料的另一重要要求是遮盖力。金红石型钛白粉的遮盖力好，其他颜料也有其相应的遮盖力，它取决于颜料对光的散射和吸收能力。

在乳胶漆中使用填料(亦称体质颜料)有如下结果：降低成本；增加乳胶漆的稠度，防止颜料、填料的沉降；改善乳胶漆的流动性、流平性；调整涂膜的光泽；有助于涂膜染污的清除；增加涂膜的抗抛光性；改善涂膜的耐久性、粉化性和抗擦洗性；增加涂膜的整体性和屏蔽性等。乳胶漆中常用的填料主要有碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、高岭土等。碳酸钙分为天然的和人工合成的两类，天然产品称为重质碳酸钙，人工合成的称为轻质碳酸钙，其性能稳定，分解温度为800~900 ℃，可以用在耐高温漆中。重质碳酸钙吸油量低，对乳液需要量低，既降低乳胶漆的成本，又起骨架作用，提高涂膜厚度、硬度、耐磨性等。但由于它是碱性填料，在酸性环境可以溶解，不耐酸雨，不宜与不耐碱的颜料共用。硫酸钡是一种惰性物质，化学稳定性高，耐酸、碱、光、热，熔点可达1 580 ℃，性能较好，吸油量低、白度高、质地细腻、抗起霜，抗铁锈污染，常用于地面涂料中，它可提高漆膜硬度和耐磨性，是建筑涂料常用填料之一，其缺点是密度大，制漆容易沉淀。滑石粉热稳定性可达900 ℃，在涂料中不易下沉，并可帮助颜料悬浮，即使下沉也非常容易重新搅起，可以防止涂料流挂，在涂料中能吸取伸缩应力，免于发生裂缝和空隙等病态，因此适用于室外漆和耐洗耐磨漆中。但滑石粉易于粉化，因此应和其他颜料共同使用。高岭土质地松软，用于乳胶漆中可改进悬浮性，防止颜料沉降，提高钛白粉在涂料中的遮盖力，并提高涂膜硬度，但吸水性较大。

填料的品种非常多，选择起来比较复杂，价格低是首要的，但还要兼及其他目的。作为填料，在乳胶漆中加量越大，产品成本越低。但加量需视乳胶漆的性能要求、填料的细度等而定。

2.2.3 湿润分散剂的选择

颜填料在水中的润湿分散是乳胶漆生产的重要环节。一般认为，和溶剂型涂料一样，该环节有润湿、分散和稳定3 个过程，但水的高表面张力和高介电常数等特性使乳胶漆对颜填料的润湿分散不同于溶剂型涂料。另外，乳胶漆施工应用时，也存在对基面的润湿和铺展等问题，良好的润湿是高附着力的基础。

乳胶漆用润湿剂分为阴离子型和非离子型，典型的润湿剂有OP-10 等，其用量一般为总质量的千分之几，过多则会降低涂膜的耐水性。

分散剂分为无机和有机两大类。无机分散剂用得多的是聚磷酸盐，其优点是用量低，对无机颜填料分散效果好，缺点是易水解，导致涂料长期贮存稳定性不良，以及影响有光乳胶漆涂膜的光泽。有机分散剂主要为聚丙烯酸盐和聚羧酸盐类，其特点是在颜填料表面产生较强的吸附或锚固作用，具有较长的分子链以形成空间位阻，链端具有亲水性，有的还辅以静电斥力，达到稳定的结果。
根据经验，以配方总质量计(下同)，大约0.1%无机分散剂和0.3%有机分散剂拼用就能达到比较好的分散效果，具体可根据分散体系情况，参照流动点测定法，试验确定分散剂的种类和用量。

2.2.4 消泡剂的选择

(1) 泡沫产生的原因

泡沫是不溶性气体在外力作用下，进入到低表面张力的液体中，并被液体隔离而造成的。在生产过程中，可能会诱发产生泡沫的因素有：

①乳液中含有一定量的乳化剂，致使乳液体系表面张力下降，容易产生泡沫；

②为了使颜料、填料易于湿润分散和稳定，所加的湿润分散剂会产生泡沫；

③增稠剂会使泡沫膜壁增厚，增加泡沫弹性，从而使泡沫稳定，不易消除。

(2) 消泡机理

泡沫的本质是不稳定的，它的破除要经过3 个过程，即气泡的再分布，膜厚的减薄和膜的破裂。但是，一个比较稳定的泡沫体系，要经过这3 个过程达到自然消泡需要很长时间，故生产中大多需要使用消泡剂。

对乳胶漆来说，消泡剂总是以微粒的形式渗入到泡沫的体系之中，接触泡沫后即捕获泡沫表面的憎水链端，经过迅速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散侵入。由于低表面张力液体总是流向高表面张力的液体，消泡剂本身的低表面张力使泡沫的表面张力局部降低，膜壁逐渐变薄，而被周围表面张力大的膜层强力牵引，产生应力的不平衡，后导致气泡破裂。

(3) 选用所遵循的原则

乳胶漆中消泡剂的选用是个较为复杂的问题，既要消泡，又要和体系相容性好，不产生缩孔和厚边等漆膜缺陷。常规的消泡剂主要有有机硅类消泡剂和矿物油类消泡剂。在乳胶漆配方设计时一般遵循以下原则：

①矿物油类消泡剂比较适合于平光和丝光乳胶漆；

②有机硅类消泡剂消泡效果好，用量小，但使用不当易出现缩孔缩边现象；

③对于高黏度的乳胶漆，可采用矿物油类消泡剂和有机硅类消泡剂复配消泡；

④好分两次添加，即分别在研磨颜填料浆前和加入乳液调漆后加入，其用量在高黏度乳胶漆中为0.2%~0.8%，低黏度乳胶漆中为0.01%~0.2%。

2.2.5 增稠流平剂的选择

乳胶漆在生产、贮存、施工和成膜过程中，都要求有合适的流变性。因此，在生产时要加增稠剂调节流变性，以满足各种要求。

乳胶漆用增稠剂主要有纤维素醚类、碱溶胀类、聚氨酯类和无机类等，并具有各自的增稠特点。纤维素醚类增稠剂的特点是与乳胶漆中各组分相容性好，低剪增稠效果好，对pH 值变化容忍度大，保水性好，触变性高，但其流平性差，对漆膜光泽有影响，抗飞溅性差，涂膜丰满度差，易受细菌侵蚀降解、变质。碱溶胀型增稠剂的特点是增稠效率较高，在涂料中极易分散，且大多数品种有一定的触变性，同时有适度的流平性，抗菌性和抗飞溅性较好，对涂膜的光泽无不良影响，但对pH 值较为敏感。聚氨酯增稠剂特点是低剪黏度低，流平性较好，对涂膜光泽无影响，高剪黏度高，涂膜丰满度高，抗菌抗飞溅，但配方中的表面活性剂、乳液、溶剂等对其增稠效果有很大影响。无机增稠剂主要有膨润土、凹凸棒土和气相二氧化硅等，其共同特点是抗生物降解性好，低剪增稠效果较好，但抗飞溅性差。在乳胶漆的增稠体系中，如果只用一类增稠剂，很难达到长久的贮存稳定性、良好的施工效果和理想的涂膜外观，通常需使用两种类型以上的增稠剂才能达到较为理想的效果。

结合乳胶漆的PVC，可按如下方法选择增稠剂。(1)对于高PVC 乳胶漆，由于乳液含量低，而颜填料用量高，为了保证贮存稳定不分层，其低剪黏度和触变性应就高控制，因此可采用纤维素醚类和碱溶胀类增稠剂配合来调整黏度；(2)对于中低PVC 乳胶漆，由于乳液含量较高，可将黏度曲线不同的聚氨酯缔合型增稠剂配合使用，以达到贮存、施工和流平等方面较好的平衡。

2.2.6 成膜助剂的选择

溶剂型涂料以树脂溶液为成膜物，树脂溶液为均相体系，只要溶剂选择匹配恰当，涂料经涂布后，随着溶剂的挥发，容易形成较为致密的膜。作为非均相的聚合物乳液则不然，要靠水挥发后，聚合物粒子变形、融合而成膜。聚合物粒子越软，融合就越好，膜就越致密，但即使是很软的聚合物粒子，仅靠变形融合，膜的致密度也很难达到溶剂型涂料的水平。何况，乳胶漆的涂膜通常是热塑性的，不允许太软。实际上，希望乳液聚合物的玻璃化温度尽可能的高，这样涂膜的性能，尤其是硬度和耐沾污性就比较好。但较高的低成膜温度(MFT)会给较低温度下施工和成膜带来问题。因此，往往要求有成膜的辅助手段，降低MFT，这就是加入成膜助剂。成膜助剂实际上就是高沸点溶剂，它能改善成膜，成膜后挥发而不会影响涂膜，其用量主要取决于乳液聚合物的低成膜温度和成膜助剂的效能。成膜助剂和乳液的相容性是配方中必须考虑的问题。一般经验为：Texanol 醇酸与不同类型乳液的相容性都好，且添加方便；丙二醇苯醚与纯丙乳液产生絮凝的可能较大；苯甲醇一般只与苯丙乳液相容。

2.2.7 其他助剂的选择

乳胶漆配方设计中还会涉及到其他物料，如水和防腐防霉杀菌剂、防冻剂等。这方面的要求相对较少，对乳胶漆性能的影响不大。

总而言之，在乳胶漆配方设计中对助剂的选用一般要注意以下3 点：(1)任何助剂，使用得当时，就会发挥事半功倍的正面作用，但它们也必然会带来不利的影响。如润湿分散剂能降低水的表面张力，促进颜填料的润湿分散，提高其分散稳定性，同时有利于涂料对基面的湿润，但其在生产和施工中会产生气泡，且成膜后残留在涂膜中，成为渗透剂，提高涂膜的吸水性，降低耐水性和耐洗刷性；(2)任何助剂，其用量均以能解决问题为度，过量使用不但会提高成本，而且会降低涂膜的相关性能；(3)要注意助剂间的相互作用，要把助剂放在乳胶漆体系中考虑，如乳液的乳化剂、色浆的润湿分散剂和增稠剂等，都要统一考虑，要使其相互增益，防止相互抵消，甚至出现不相容。

2.3 确定配方

相关原材料选择好后，计算和确定乳胶漆的颜料体积浓度(PVC)和颜基比(P/B)，这样配方就基本确定了。颜料体积浓度是指涂膜中颜料和填料的体积占涂膜总体积的百分数。颜基比是指颜料和填料的质量分数与固体树脂质量分数之比。涂料中主要的固体组分是颜料、填料和基料聚合物，它们也是构成干涂膜的关键组分。从某种意义上说，颜填料在涂膜中起骨架作用，而乳液聚合物起粘结作用。PVC 就是反映这三者在涂膜中的体积关系。PVC 越高，说明粘结剂少，颜料、填料多。一般有光乳胶漆的PVC 为10%~18%，P/B 为0.4~0.6；半光乳胶漆的PVC 为18%~30%，P/B 为0.6~2.0。
 

3 总结与展望

综上所述，进行乳胶漆配方设计时应明确应用目标，满足性能需求，熟悉原料性能，同时还要具备丰富的相关经验，以满足市场需求。