以S-482 为保护胶的水性多彩涂料的制备研究
叶云飞，李 萍，常学贵，张振海，张千峰（安徽工业大学分子工程与应用化学研究所，安徽马鞍山 243002）
水性多彩涂料是在水性基础漆中混入液体或胶化的两种以上不同颜色、大小和形状各异的带色微粒，形成的一种复合悬浮分散体涂料，又称液态花岗岩，具有绿色环保、装饰性强、施工成本低等优势，应用前景十分广阔。本研究以洛克伍德S-482 为保护胶，通过Zeta电位测试确定了保护胶溶液的佳浓度，重点探讨了影响基础漆外观形态和成品漆稳定性的诸多因素，如：保护胶溶液用量、纤维素醚种类及用量、填料组成及用量、成品漆初始黏度等。通过配方调整与优化，并对所制备水性多彩涂料进行检测与评价，终制得综合性能优异的水性多彩仿石涂料。
1 实验部分
1.1 原材料
弹性纯丙乳液（RS-733）、丙烯酸酯乳液（RS-320）、硅丙乳液（RS-996AD），上海巴德富实业有限公司；保护胶S-482，科耐欧贸易有限公司；金红石型钛白粉，江苏镇钛化工有限公司；煅烧高岭土、重钙、超细硅酸铝，广西桂林宏泰超微粉厂；羟乙基纤维素（HS-30000、EHMEXTRA、EBS451FQ），工业级，市售品；分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、丙二醇、AMP-95（2- 氨基-2- 甲基-1- 丙醇）、增稠剂、防腐剂，工业级，市售品；色浆（铁黄、铁红、铁黑等），苏州世名科技股份有限公司。
1.2 仪器设备
SDF-400 实验室多用高速分散机，上海微特电机有限公司；STM-Ⅲ斯托默黏度计，天津市中亚材料试验机厂；Nano-ZS90 Zeta 电位分析仪，英国马尔文仪器有限公司；Nicolet-6700 傅立叶红外光谱仪，美国热电科技仪器有限公司；W-77 水包水多彩涂料专用喷枪，上海岩田实业有限公司。
1.3 水性多彩涂料的制备
1.3.1 保护胶溶液的制备
保护胶溶液的组成见表1。
表1 保护胶溶液的组成
称取一定量的去离子水倒入搅拌罐中，将高速分散机的转速增大至1 000~1 500 r/min，再将称好的保护胶S-482 缓慢加入到搅拌罐中，以免发生结块，分散30~60 min 后，静置，即得保护胶溶液。
1.3.2 调色基础漆的制备
表1 保护胶溶液的组成
称取一定量的去离子水倒入搅拌罐中，将高速分散机的转速增大至1 000~1 500 r/min，再将称好的保护胶S-482 缓慢加入到搅拌罐中，以免发生结块，分散30~60 min 后，静置，即得保护胶溶液。
1.3.2 调色基础漆的制备
调色基础漆的配方见表2。
表2 调色基础漆的配方
由图1 可见：S-482 在3 446.56 cm-1 处有一个较宽的吸收带，为水分子的不对称伸缩振动峰；1 639.66 cm-1 处为水分子的弯曲振动峰，说明合成硅酸镁锂层间含有部分水分子；1 009.62 cm-1 处为Si—O—Si 的不对称伸缩振动峰；668.91 cm-1 处为Mg—OH 的弯曲振动峰；653.48 cm-1 处为Li—OH 的弯曲振动峰；463.53 cm-1 处为Si—O—Mg 的变形振动峰。
表2 调色基础漆的配方
按配比将羟乙基纤维素加入水中，滴加几滴AMP-95，在800~1 000 r/min 的转速下分散约0.5 h，依次加入分散剂、润湿剂和一半量的消泡剂，再加入颜填料，将转速增大至3 000~4 000 r/min，高速分散30~60 min，然后降低转速至1 000~1 500 r/min，依次加入乳液和除增稠剂以外的其余助剂，继续分散约10 min，随后加入保护胶溶液，后加入适量的增稠剂，调至适宜的黏稠度，即得调色基础漆。
1.3.3 包覆乳液的制备
彩粒之所以能够成膜是因为分散相中有作为成膜物质的乳液，而调色基础漆和保护胶溶液制得的彩粒外部没有成膜物质，干燥后只能各自成膜，无法形成连续的涂膜。因此，需要在制备好的彩粒悬浮液中添加一定量的包覆乳液，得到终的多彩成品漆。包覆乳液的组成见表3。
表3 包覆乳液的组成
表3 包覆乳液的组成
1.3.4 水性多彩涂料的制备
将基础漆按一定比例分为几份，分别调色，按质量比1.0~1.5∶1 的比例将调色基础漆加入到保护胶溶液中，低速分散后制得彩粒。将几种彩粒按一定比例混合，静置，待用。将一定量的包覆乳液加入到彩粒中，混合均匀，即制得终的水性多彩涂料成品漆。
2 结果与讨论
2.1 保护胶溶液对体系稳定性的影响
本研究选用洛克伍德的S-482 为保护胶，其主要成分为人工合成的硅酸镁锂。图1 为S-482 的红外光谱图。
本研究首先采用Nano-ZS90 Zeta 电位分析仪对制备好的不同浓度的保护胶溶液进行Zeta 电位测定来确定保护胶溶液的佳浓度，结果见图2。
保护胶溶液为胶体分散体系，可用Zeta 电位来评估其稳定性。Zeta 电位的值越大，胶粒抵抗聚集、胶结的能力越强，体系稳定性越好；反之，Zeta电位的值越小，胶粒抵抗聚集、胶结的能力越弱，体系稳定性越差。
由图2 可见：在一定浓度范围（3%~6%）内，随着保护胶溶液浓度的升高，Zeta 电位的值增大，体系稳定性增强；保护胶浓度在6%~8% 时，Zeta 电位的值相对较高，体系稳定性较好，并在保护胶浓度为8% 时达到大值（-59.6 mV）；当保护胶浓度达到9% 时，Zeta 电位的值急剧下降，这可能是因为浓度超过一定范围时，保护胶溶液中的胶粒非常容易聚集在一起。因此，建议S-482 保护胶溶液的浓度为6%~8%，本研究制备水性多彩涂料所用的保护胶溶液浓度为8%。
2.2 保护胶溶液用量对基础漆外观形态的影响
制成外观形态较佳的基础漆是制备性能优良、稳定性优异的水性多彩成品漆的关键。影响基础漆外观形态的因素众多，首先探究的影响因素是保护胶溶液的用量，结果见表4。
表4 保护胶溶液用量与基础漆外观形态的关系
由表4 可见：当基础漆中保护胶溶液用量低于4% 时，其流动性虽好，但柔韧性较差，不利于后序造粒，使得造粒时彩粒碎点多，易发生渗色、混色；当基础漆中保护胶溶液用量高于6% 时，基础漆虽然柔韧性好，但易发生后增稠现象；保护胶溶液用量在4%~6% 时，基础漆流动性适中、柔韧性好、稳定性强。
2.3 纤维素醚的种类和用量对体系的影响
本研究所用纤维素醚均为羟乙基纤维素，选用了信越HS-30000、阿克苏诺贝尔EHMEXTRA、EBS451FQ 三种羟乙基纤维素。其中，EHMEXTRA 是一种甲基乙基羟乙基纤维素，而EBS451FQ 是一种中高黏度的乙基羟乙基纤维素。基础漆中羟乙基纤维素的用量为0.7%~1.2%。
通过实验发现，在相同浓度（≤ 2%）下，体系黏度从高到低依次为EBS451FQ、HS-30000、EHMEXTRA，即羟乙基纤维素用量一定时，选用EBS451FQ 能更好地增加体系的黏稠度；若采用HS-30000 或EHMEXTRA，想达到与采用EBS451FQ 时相同的黏度，必须增加其用量，这样使得彩粒内羟乙基纤维素所形成的网络相对密集，内聚力较大，粒子偏韧且饱满，喷涂后凹凸感较强。但增大纤维素用量会增加成本，综合考虑，可选用其中的2~3 种搭配使用。
2.4 颜填料组成及用量对体系的影响
2.4 颜填料组成及用量对体系的影响
本研究选用金红石型钛白粉、煅烧高岭土、重钙与超细硅酸铝作为多彩基础漆的颜填料，探讨了其不同用量和配比对基础漆外观和稳定性的影响，结果见表5。
由表5 可见：在钛白粉和高岭土的含量固定时，添加重钙将会降低基础漆的光泽度，添加超细硅酸铝会增加基础漆的光泽度（1、2、3 号和4、5、6 号），且添加重钙比添加超细硅酸铝的样品柔韧性更好，更不易碎；从8 号样可知，在颜填料用量超过150 g时，体系稳定性较差。建议基础漆中颜填料用量为10%~15%。
2.5 成品漆初始黏度对体系稳定性的影响
成品漆初始黏度对其稳定性有一定的影响。几种初始黏度不同的成品漆在一周内的黏度变化情况见图3。
由图3 可见：A 试样的初始黏度为54 KU，在一周内黏度缓慢上升，终黏度稳定在63 KU 左右；B、C和D 试样的初始黏度分别为59 KU、62 KU 和65 KU，一周内黏度变化缓慢，终的稳定黏度分别为71 KU、72 KU 和76 KU，这四个试样的稳定性较好，但从喷涂效果而言，由于A 试样的终稳定黏度较小，导致流挂现象十分明显，而B、C 和D 试样的喷涂效果较好，涂膜干燥后平整光滑；从E 和F 试样可以看出，当成品漆初始黏度高于70 KU 时，一周后体系黏度的增长超过30 KU，稳定性非常不好，且初始黏度越高，稳定性越差，同时导致终成品漆无法喷涂。
综上所述，成品漆的初始黏度过高，体系稳定性较差；成品漆初始黏度过低时，影响喷涂效果。成品漆的初始黏度控制在59~65 KU 为宜。
综上所述，成品漆的初始黏度过高，体系稳定性较差；成品漆初始黏度过低时，影响喷涂效果。成品漆的初始黏度控制在59~65 KU 为宜。
2.6 水性多彩涂料的性能检测
本研究以S-482 为保护胶，RS-733 和RS-320 为基础漆乳液，RS-996AD 为包覆乳液，通过不断地调整与优化，终制成稳定性和综合性能优良的水性多彩仿石涂料。将其按照HG/T 4343-2012《水性多彩建筑涂料》中“外用水性多彩建筑涂料技术要求”进行检测与评价，结果见表6。
3 结语
（1） 研究表明：以S-482 作为保护胶时，保护胶溶液的佳浓度为6%~8%。
（2） 基础漆中保护胶溶液含量以4%~6% 为宜。
（3） 纤维素醚种类及用量、颜填料组成及用量对基础漆外观形态和成品漆性能有很大影响，可根据需求调整配方，建议基础漆中颜填料用量为10%~15%。
（4） 成品漆的初始黏度对其稳定性和喷涂效果有很大影响，将其黏度调至59~65 KU 为宜。
