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高耐候环境友好型大红外墙乳胶漆影响因素探讨
赵常永，张晓蔓，张旭涛，凌 芹，吴晨辉
(石家庄市油漆厂，石家庄 050051)
0 前 言
随着现代人们生活水平的不断提高，国家对绿色建材的要求不断提升，对外墙涂装的色彩和质量的要求也发生了较大的变化。近年流行的大红外墙乳胶漆，对其环境友好性、耐候性方面也提出了更高的要求。不断满足最高环保标准要求及市场客户需求是涂料制造商一贯的追求目标，为此，进行了环境友好性、耐候性兼具的性价比较高的大红外墙乳胶漆的研制。
大红色颜料粉作为一种有机颜料，在溶剂型涂料中直接分散制作成深色漆的技术已相当成熟，但在乳胶漆应用方面，可以借鉴的经验还是不多。大红色颜料粉相对大红有机色浆在外墙乳胶漆中应用具有如下特点：第一，大红色颜料粉纯度高，相对大红有机色浆45%～50%的固含量，大红色颜料粉使外墙乳胶漆上色快、用量少，并且现在无卤素大红色颜料粉更加环境友好。第二，大红色颜料粉制备的外墙乳胶漆涂膜性能稳定，不像大红有机色浆中含有大量的润湿分散剂，容易破坏外墙乳胶漆的贮存稳定性，降低涂膜的耐候性。第三，其具有成本优势。在提升产品性能及耐候性的情况下，使大红色外墙乳胶漆的成本还有所降低。大红色颜料粉在外墙乳胶漆中调色应用，可提升外墙深色漆的环境友好性及耐候性，并且降低成本，因此，受到涂料企业的广泛重视。
本文依据《绿色产品评价 涂料》(GB/T 35602—2017)、《建筑类涂料与胶粘剂挥发性有机化合物含量限值标准》(DB13/3005—2017)、《合成树脂乳液外墙涂料》(GB/T 9755—2014)、《环境标志产品技术要求 水性涂料》(HJ 2537—2014)的要求，开发了一种高耐候、环境友好型大红外墙乳胶漆，重点讨论了乳液、大红有机颜色料粉、助剂等对于外墙乳胶漆的耐候性、环境友好性的影响，为业内的科研人员提供一定参考。
1 实验部分
1.1 主要原材料
乳液XG-2606(A乳液)，衡水新光新材料；乳液BLJ-866(B乳液)，保立佳化工；乳液百历摩AC-261P(C乳液)，陶氏化学；乳液安固力296DS ap(D乳液)，巴斯夫。大红有机颜料粉均为DPP红：DPP大红(E红颜料)，杭州前进科技；有机颜料2030大红(254)(F红颜料)，东莞市和万化工；依乐加净DPP红BO KT-2030(G红颜料)，巴斯夫有机颜料；有机色粉大红254DPP RedGD130-CN(H红颜料)，科莱恩有机颜料。
润湿分散剂：7060(I助剂)，北京固正本；EH-9(J助剂)，科莱恩。
钛白粉R-258，攀钢集团；800目重质碳酸钙，北京国利超细粉体；水，等。
1.2 实验仪器
电子天平，TC3K，常熟市双杰测试仪器厂；QXD刮板细度计，上海魅宇仪器设备；高速搅拌机，SDF，上海维特电机；线棒涂布器，BGD-212，广州标格达实验室仪器用品；恒温热储箱BAO-250A，施都凯；气相色谱仪7820A，安捷伦；人工老化仪BGD856，广州标格达实验室仪器用品。
1.3 基础配方
根据外墙乳胶漆的性能要求，经过不断的小试摸索与调整，并结合产品模拟施工应用的效果，确定了高耐候环境友好型大红外墙乳胶漆的基础配方，具体如表1所示。
1.4 制备工艺
将水、纤维素、多功能助剂、分散剂、润湿剂、成膜助剂、消泡剂、防腐剂按配方顺序在搅拌下加入，分散均匀，然后在搅拌下将大红色颜料粉先于其他颜填料加入，并高速(1 200～1 400 r/min)分散10～15 min，再加入其他粉料进行分散，研磨细度≤70 μm，即得到高耐候环境友好型大红外墙乳胶漆。
1.5 有害物质检测
根据上述基础配方和制备工艺制备高耐候环境友好型大红外墙乳胶漆，制备的样品按《绿色产品评价 涂料》(GB/T 35602—2017)、《建筑类涂料与胶粘剂挥发性有机化合物含量限值标准》(DB13/3005—2017)、《合成树脂乳液外墙涂料》(GB/T 9755—2014)、《环境标志产品技术要求 水性涂料》(HJ 2537—2014)的要求，综合几个标准中最严限值，检测涂料中的有害物质含量，检测项目、检测指标、检测结果和检测方法如表2所示。
1.6 涂膜性能检测
涂料的涂膜性能检测样板根据GB/T 9755—2014《合成树脂乳液外墙涂料》中指标及检测方法制备，样板养护条件温度(23±2) ℃、相对湿度(50%±5%)，养护7 d后进行涂膜的性能检测。具体检测结果和检测指标如表3所示。
2 结果与讨论
2.1 原料选择
除研究中需选择确定的乳液、大红色颜料粉、助剂外，其他原材料均采用的是环保达标的材料，能够满足各项环保标准的要求。
2.2 乳液选择
乳液的性质对形成涂膜的硬度、柔韧性、耐擦洗性、耐水性、耐碱性、耐候性、颜料润湿性及其他物理化学性能起到决定性的作用，因此，乳液的选取是至关重要的一个实验部分。
在外墙乳胶漆中使用的乳液品种主要有纯丙乳液、苯丙乳液等，两个品种通加入量的调整，均能达到合成树脂乳液外墙涂料的标准要求，但在成本上会有不同，需通过成本测算及进行人工老化测试筛选。其中：A乳液为国产纯丙乳液，C乳液为进口纯丙乳液，B乳液为国产苯丙乳液，D乳液为进口苯丙乳液。本实验是采用环境友好性高的颜色非常鲜艳的大红颜料来制备高耐候性外墙乳胶漆，对乳液的耐候性提出了很高的要求，因此，分别测试4个型号的乳液在25%、30%、35%、40%添加量下对涂料的耐人工老化性的影响，来确定最终采用的乳液品种及添加量，具体测试结果如表4所示。
根据表4中实验结果可以看出，A乳液在25%、30%、35%添加量下均不能达到耐600 h人工老化性的要求，只有达到40%添加量时才能满足要求，但成本较高，因此，不采用这款乳液；B乳液在25%、30%、35%、40%添加量下均不能达到耐600 h人工老化性的要求，因此，不采用这款乳液；D乳液在25%、30%、35%添加量下均不能达到耐600 h人工老化性的要求，只有达到40%添加量下才能满足要求，但成本比C乳液在35%添加量时高，因此，不采用这款乳液；C乳液在25%、30%添加量下不能达到耐600 h人工老化性的要求，但在35%、40%添加量下均能达到要求，因35%添加量在成本上具有优势，所以采用C乳液(乳液百历摩AC-261P)添加量为35%作为本实验的最终乳液添加方案。
2.3 大红颜料的选择
由于大红色颜料内在质量不同会影响颜色色相、展色性、深浅、相溶性等，所以针对大红颜料从这4个方面进行筛选实验。
DPP红具有1,4-二酮吡咯并吡咯结构，其中颜料红254和颜料红255均能在乳胶漆中使用，其色光鲜艳，着色力高，具有优异的耐光、耐热和耐溶剂性。颜料红254耐热温度达到400～420 ℃，颜料红255耐热温度高于500 ℃，但颜料红254的综合性能优于颜料红255，因为芳环上的取代基是Cl，它们的结构如图1所示。
E、F、G、H分别是4个公司的DPP大红色颜料粉，通过采用表5中的添加比例进行实验对比。经刮湿膜指研及干膜颜色对比可以看出，E红颜料在4%、6%、8%、10%添加比例下展色性、相溶性差，色相偏蓝，因此不采用；F红颜料在4%、6%、8%、10%添加比例下展色性、相溶性差，色相偏黄，因此不采用；H红颜料在4%、6%、8%、10%添加比例下展色性、相溶性差，色相偏蓝，因此不采用；G红颜料在8%添加比例时色相最佳，深浅合适，相溶性好，因此采用G红颜料(依乐加净DPP红BO KT-2030)作为本实验的大红色颜料。
2.4 润湿分散剂的选择
润湿分散剂的主要作用是将细粒颜料和填料润湿并分散在基料中，其润湿机理与涂料对涂装基材表面的润湿完全相同，但润湿分散剂润湿的是无规则的粒子表面，润湿后表面活性剂长期吸附在粒子表面，并使粒子保持分散状态。这时表面活性剂的活性基团一端吸附在细小颜填料表面，另一端溶剂化进入基料形成吸附层，吸附基越多，链节越长，形成的吸附层越厚。被包围的颗粒在水性涂料中产生电荷斥力，使颜料粒子长期分散悬浮于基料中，避免再次絮凝，因而应保证制成的色漆体系的贮存稳定。颜料和填料粒子充分分散在涂料中的先决条件是要能被液体基料良好润湿。
亲水亲油平衡值(HLB)是在乳液聚合时为选择乳化剂而发展起来的。现在有人将其推广应用于颜料湿润分散剂的选择。为了达到满意的分散结果和展色性，必须使润湿分散剂的HLB值与被分散颜料的HLB值相匹配，润湿剂与颜料的HLB值越相近越易使颜料稳定分散，具有良好的展色性。
对照表6中的有机颜料HLB值，采用表7中选用2个不同HLB值的润湿剂按表1中的基础配方来进行对比实验。通过表8指研、热储、施工后测试结果可以看出，J助剂添加比例为0.2%、0.4%、0.6%时颜色均有絮凝，因此不采用；I助剂添加比例为0.2%时颜色略有絮凝，添加比例为0.6%时，虽无絮凝但黏度低，影响成品的最终黏度，而添加比例为0.4%时，颜色无絮凝、黏度合适。因此，采用产品颜色效果、稳定性均较好的添加比例为0.4%的HLB值为7～8的助剂(7060)来作为本实验的润湿分散剂。
3 结 语
根据《绿色产品评价 涂料》(GB/T 35602—2017)、《建筑类涂料与胶粘剂挥发性有机化合物含量限值标准》(DB13/3005—2017)、《合成树脂乳液外墙涂料》(GB/T 9755—2014)、《环境标志产品技术要求 水性涂料》(HJ 2537—2014)的要求，制备出一种高耐候环境友好型大红外墙乳胶漆，得出以下几点结论。
(1)选用保光保色性优异的纯丙乳液作为本实验的基准成膜物质，添加量为35%。
(2)颜料选择色相、展色性、相容性优异的依乐加净DPP红BO KT-2030作为本实验的颜料。
(3)分散剂选用亲水亲油平衡值与大红粉相匹配的7060分散剂，添加量为0.4%。
