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0 引 言
多彩涂料是指经一次性施工即可获得多种颜色粒子混合于一体的外观装饰效果的涂料，该种涂料由互不混溶的两相组成，其中一相为分散相，另一相为连续相(分散介质) 。分散相含有2种或多种不同颜色及不同形状的彩粒，这些彩粒互不相溶，稳定地悬浮分散于连续相中，经施工后展示出丰富多彩和多层次的装饰效果 。目前，建筑内外墙涂料装饰工程已普遍采用不同色彩的单色乳胶涂料进行色块搭配来提高装饰性，但装饰效果仍显单调，随着我国建筑业的迅猛发展和生活水平的逐步提高，人们对建筑物的装饰要求越来越高，审美不断求新求变，因此越来越多的涂料生产厂家及科研单位开始关注多彩涂料，希望利用该涂料丰富典雅的装饰效果来模仿天然花岗岩或大理石材，获得安令环保、外观优美、性能优良、成本低的新型装饰涂料，从而呈现出建筑涂料装饰效果的新面貌。
1 多彩涂料的特点及类型
多彩涂料除具有特殊的丰富多彩的装饰性外，还具有许多重要的技术特点，主要体现在以下几个方面 ：
(1)仿真效果好。多彩涂料经施工后得到的涂层色彩丰富鲜艳，富贵典雅，类似壁纸或花岗岩和大理石的装饰效果。
(2)装饰效果多样，可以随意选择搭配。通过将不同颜色与不同形状的彩粒搭配，或者将多彩涂料与不同颜色的底色漆搭配；通过改变施工工具和施工方案，可以设计得到多样不同的装饰效果。
(3)涂层自身质量轻。多彩涂料具有仿大理石或花岗岩的效果，同时能够克服天然石材由于自身较重带来的施工复杂、影响建筑物承重以及安全隐患等问题。
(4)性价比高。同样的装饰效果，造价却远远低于花岗岩、大理石等天然 材，称得上是价廉物美。
多彩涂料通常由分散相和连续相(分散介质)组成，其中连续相浓度和黏度较低，干燥后呈透明状，而分散相中含有着色颜料，浓度和黏度较高。在搅拌作用下，不同色彩的分散相分别被分散入连续相中形成肉眼可见的细小条粒或珠粒，然后按比例混合形成多彩涂料。也可一次性将不同颜色的分散相分散到连续相中形成多彩涂料。根据两相的组成特性不同，多彩涂料可以分为4类：
(1)水包油型(O／W)。连续相为水相，系合成树脂乳液，甲基纤维素水溶液等；分散相为油相，成膜物质为硝基纤维素、改性醇酸树脂等，加入颜填料及助剂，含较多有机溶剂。
(2)油包水珏l』(W／O)。连续相为油相，为耐碱性的氯乙烯树脂漆、丙烯酸树脂漆等；分散相为水相，由高黏度的各种合成树脂漆制成。
(3)油包油型(O／0)。连续相和分散相均为油相，但溶剂互不相溶，主要适用于金属的涂装，具有溶剂型涂料不安全、不环保等缺点。
(4)水包水型(W／w)。即全水性多彩涂料，是在水性乳胶漆中加入可凝胶化的水溶性涂料分散而成。通常把两相简称为分散相和连续相，两相混合时即在粒子的接触表面产生凝胶化。其中水包油(O／W)及油包水(W／O)型多彩涂料中2O世纪8O年代曾风靡一时，但由于使用较多有机溶剂而存在环保及安全隐患问题，并且还存在凝胶粒子只能为球状、粒子尺寸小(直径不会超过2 mn1)以及贮存稳定性差等问题，市场逐渐萎缩。目前，研制开发具有长期稳定性、抗渗色好且更经济环保的水包水型多彩涂料是多彩涂料研究发展的主流 。
2 国内外多彩涂料研究进展
多彩涂料的设想最早由Bush P提出，并于1939年获得专利，但其实用性受到限制。这个时期的多彩涂料主要使用硝基纤维素作为成膜物质。20世纪6O年代，多彩涂料发展较快，这应归功于Zola J c的工作，他对多彩涂料制备方法及原理进行了深入的研究，并申请了多项专利。7O年代以后，日本在这方面研究较多，发表了许多专利，出现了不含溶剂的水性多彩涂料。迄今为止，世界各国有关多彩涂料的专利已达50多个，制造方法和所用原料各异。而日本SK四国化研公司开发的全水性多彩涂料，摒弃了以往多彩粒子靠有机溶剂来制备的方法，制成将反应固化型乳液在水中分散的涂料，即W／w型多彩涂料。它是将经疏水化处理的着色颜料分散于高反应控制的交联剂，通过调节交联密度形成交联着色凝胶，从而使着色颜料不会在水中析出，各种着色粒子色相保持不变，其整个水性涂料体系总挥发性有机化合物含量未到1％。
我国在20世纪8O年代末，由上海汇丽化学建材总厂和中国建筑科学研究院等单位联合从日本关西涂料公司引进多彩内墙涂料的生产设备和技术，在较短的时间形成了l 000 t／a的生产能力，全部原材料立足于国内，建成了我国第一条多彩涂料生产线。此生产线投产后，产品在各地的宾馆、高级住宅、工程建筑上使用，销路甚好。但因产品是水包油型(O／w)，油性粒子均采用硝基浆，使用较多量的苯类等易挥发性强溶剂，影响人类身体健康和周围环境，同时给原材料的贮运均带来一定危害性；而且该类多彩涂料的生产工艺复杂，生产设备均为防爆设备，与一般涂料的生产设备不能通用，使其应用受到限制。
从20世纪90年代开始，涂料生产厂家及科研院校开始着手研制水包水型多彩涂料，目的是克服水包油型多彩涂料的缺点，使涂料更加环保。但是该类多彩涂料的彩色凝胶胶粒子必须独立存在，且应均匀地分散于连续相中，故生产工艺要求高，给规模化生产带来了一定的困难。近年来，国内外不少涂料企业都推出了水性多彩涂料，其中有自主研发也有技术引进的，产品各具特色，并在市场上得到推广和应用，尤其在一些高档建筑及对装饰性要求较高的场所获得了用户认可。目前国内水包水型环保多彩涂料产品正在逐步走向市场，并目趋成熟。
3 水包水型多彩涂料研究进展
水包水型多彩涂料实际上是一种以水性乳胶涂料的小液滴作为分散相，以保护胶水溶液为连续相的多相悬浮体。要得到均匀稳定的悬浮体，就必须使乳胶涂料在加入保护胶水溶液的过程中，不发生保护胶对乳胶涂料的稀释、涂料的凝结及颜料向保护胶水溶液中渗透等情形。要实现这种“水包水”的悬浮体，就必须在把水性乳胶涂料分散于保护胶水溶液中的瞬间，在涂料液滴的表面形成一层不溶于水的柔性膜，这层柔性膜除了能够阻止膜内各涂料组分及膜外的保护胶液组分互相扩散外，还能防止各胶滴之间发生聚集、凝结 。有关水性多彩涂料如何获得该层柔性膜的报道很多，在早期的配方中一般都引用少量高沸点有机溶剂。后来有的采用硼砂使粒子表面凝胶化，但不容易得到小的分散粒子。也有采用完全由带不同电荷的A、B两组分构成。一种组分为阴离子型乳液，另一组分为阳离子型，阳离子的引人主要通过加入水溶性阳离子高分子物质，如阳离子淀粉、阳离子型纤维素、阳离子型胍胶、特殊改性聚酰亚胺、阳离子化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮等，或者使用阳离子乳化剂稳定的乳液 。
苏州市建筑科学研究所的王惠明等-o 发现水性多彩涂料成功的关键在于寻找一对物质，它们能使含有颜料、成膜物质等的水性分散相与相应的水性分散介质互不混溶，即这一对物质构成所谓的不溶体系。这个不溶体系中，在分散相中的物质通常称之为“亲水凝胶”，在连续相中的物质称为“不溶剂”。
从收集到的国内外专利及资料看，水性多彩涂料采用的不溶体系主要有：(1)聚乙烯醇、淀粉、半乳甘露聚糖／硼酸盐体系；(2)纤维素醚／特制粘土分散体系；(3)纤维素醚／无机盐体系(4)阳离子乳胶漆／阴离子分散体系，或阴离子乳胶漆／N离子分散体系。通过试验发现，采用上述任何一个不溶体系都可以制得水性多彩涂料，若同时采用数个不溶体系，得到的彩色粒子更稳定，更不易渗色，同时彩粒更规则、大小更均匀。这是因为不同的不溶体系生成不同的亲水凝胶，它们之间能够取长补短，这样构成的网状弹性膜更致密，因而彩粒稳定性更好。
吴自强 采用2种带不同电荷的水性组成物相混合制备凝胶粒子，其中在带阳离子的水性组成物中加入颜料调配不同的颜色，再将其加入到带阴离子的水性组成物中，制得多彩涂料。
何声太等 阐述了多彩涂料中交联剂和分散剂的选择和使用调整，保证涂料色粒均匀稳定。其中交联剂选用铝盐，分散剂用六偏磷酸钠和多聚磷酸钠等。马利等 要求所选择的保护膜物要与水介质中涂料液滴(彩粒)表面的电性相反，使其能吸附在彩粒表面，形成极性基朝向彩粒表面，非极性基朝向分散介质(连续相)的定向排列保护膜。
顾志峰等 制备水性多彩花纹涂料所采用的生产工艺为：将色浆加入到经水稀释的分散剂中，经造粒机分散造粒成均匀、柔软、稍有粘性的彩色粒子，再将成膜剂与制成的彩色粒子混合搅拌，即成“水包水”型多彩花纹涂料。
李毅 认为，如何能保持分散后的多彩涂料(即多相分散体系)能够较长期地处于一种稳定状态是多彩涂料的技术关键。稳定剂可选用水溶性合成高分子化合物、水溶性蛋白质、水溶性纤维素衍生物、膨润土等。稳定剂的作用是防止涂料粒子问的凝聚，其添加量的多少与分散相保护膜的大小有关，关键在于能防止分散相的分散粒子相互凝聚。而且还必须要少于完全乳化时的需要量，加入具有触变性的稳定剂，使体系形成一个微触变体系，以达到使粒子稳定的目的。当体系中的水分蒸发之后，就形成了连续的涂膜。
Sellars等 ” 开发了2种制备水包水型多彩涂料的方法。一种是利用羟乙基纤维素和粘土(蒙脱土)分散液之间的不溶反应来制备凝胶粒子；另一种则利用聚乙烯醇和硼砂之间的反应来制备粒子，能够提高贮存稳定性及粒子的清晰度，但所得粒子膜强度的自身局限性决定了涂料不适合刷涂和辊涂施工。
Zola 开发了一种制备多彩水性涂料的方法，利用胶状的离子反应物来生成粒子，最好是靠2种带相反电荷的高分子电解质反应制得彩色凝胶粒子，粒子具有较好的弹性，能够耐剪切力不破碎。例如将含有阴离子的胶状反应物的分散相分散到含有阳离子胶状反应物的连续相中，利用胶体和离子型2种反应获得更牢固的凝胶粒子。但这种方法存在着反应难以控制等缺点。
Ynch等开发了2种技术，一种是分散相中主要含有水性自交联聚氨酯树脂、阳离子纤维素醚以及水溶胀型粘土，将其分散到含有水性自交联聚氨酯树脂和水溶胀型粘土的连续相中生成凝胶粒子；另一种是在前者方法的基础上，为了使多彩涂料适合刷涂和辊涂，并能够更好地从施工工具表面转移到底材表面上，因此在连续相中添加了一种水性可交联的压敏型粘接成膜物，施工反复拖拉工具也不会造成粒子破裂。
Bolliai 为了提高涂料贮存稳定性及耐刷涂和辊涂性，粒子采用2种以上材料反应制得。包括亲水性阴离子胶体如羧甲基纤维素钠盐、聚多糖胶[黄原胶KELIAN(Kelco．CO公司)]、丙烯酸树脂和至少2种金属阳离子反应，如F ” 、Ar1、ca 、Mg“，涂料的粒子构造明显、遮盖力更好；并且能够刷涂和辊涂施工。
Calvo等 制备的多彩涂料能够采用常用的喷涂设备施工而不会造成混色。之前水性多彩涂料施工的一大缺点就是需要特殊昂贵的喷涂设备，即“高容积低压力(HVLP)”设备，因为常规设备喷涂时的压力带来的剪切力会破坏多彩涂料的效果，将粒子破碎成小粒子并融合成一种颜色。若能采取常规喷涂设备会更加方便和低成本．此时要求涂料能够抵抗更高的剪切力。通过在涂料中加入疏水填料气相法白炭黑能够提高耐剪切力。
Benner—Masseus等 通过三重反应机理制备出粒子尺寸规则、具有足够强度的水包水型多彩涂料，亲水粘土和线性胶体之间的反应机理，保证粒子的结构骨架牢固；连续相中的亲水粘土和分散相中的粘土互相作用的机理，有效固定颜色并分隔粒子；线性胶体和离子之间的反应机理，保证粒子足够结实能够耐喷涂施工。
Nishimura和Kawakami等 ¨开发的水包水多彩涂料制备方法中提到，在其研制的凝胶配方组合(如表l所示)中选择不同的“胶体组成材料”和组合，均可以制备出理想的多彩凝胶粒子。
近年来中国专利中关于w／w型多彩涂料的申请越来越多，其中包括不少外国公司在中国申请的专利，如日本SK化研株式会社石田芳一等 申请的专利，将含有水性树脂、颜料和水的水性涂料混合在水存在下可反应的反应性化合物而使水性涂料凝胶化，该凝胶物分散在透明涂料中制得扁平的着色粒子。
中国专利中更多的是国内涂料企业和科研机构申请的相关专利，如上海市涂料研究所申请的2项专利 ，分别采用不同的方法制得全水性多彩内外墙涂料，如采用带不同电荷的两组分与亲水胶体一起形成多彩凝胶粒子，或者在涂料中引入多糖衍生物，通过与表面活性剂发生亲油缔合和电荷相互作用，从而形成花纹大小不一、色彩各异的多彩涂料，制得产品贮存稳定可达3 a，性能优良。
_l 水包水型多彩涂料常见问题与预防措施由于水包水型多彩涂料为多相共混体系，制备方法精细复杂，周期长，容易出现很多问题，难以保证批次之间的稳定性，影响施工效果的重复性，因此产品的稳定性至关重要。其中常见问题 及解决办法有：
(I)多彩粒子渗色。多彩粒子的渗色造成分散相中颜料越过保护膜进入到连续相中，连续相变混浊，施工后不同颜色粒子之间边缘不再清晰，底色颜色改变，多彩装饰效果大受影响。造成这种现象的原因一般在于粒子保护膜太柔软，强度不够，或者保护膜制备的方法不合适，颜料易于从中渗出。解决该问题改变制备方法，或者提高制备保护膜的不溶剂的浓度，从而提高保护膜的强度，但是也不能将不溶剂的浓度提的过高，否则粒子表面过硬，喷涂成膜明显凹凸不平，手感粗燥，应该选择适中的浓度，克服渗色与混浊现象。
(2)分散相粒子胶连成团，不再呈分散状态。分散相粒子不稳定，自身有相互聚合的趋势，贮存一段时间后就会聚结成团，粒子相互分离互不相溶的状态改变。出现这个问题的原因同样与保护膜的制备方法及膜强度有关系，解决方法同多彩粒子渗色问题。试验过程中可以采用升温贮存的方法来加速粒子溶合的过程，可以更快考察粒子常温贮存是否稳定。邱侃等 在实验中摸索出一些规律(见表2)。
(3)多彩粒子浮层或沉底。分散相与连续相的密度、黏度相差太大，若分散相密度过大，粒子容易下沉，若分散相密度过小，粒子容易上浮，形成分散相与连续相分层现象。应根据分散相与连续相的密度及之间的差值进行控制，同时也可以在连续相中添加无机或有机的增稠剂，提高连续相对多彩粒子的承载能力 。
(4)多彩粒子变小，被挤压破碎。粒子在贮存运输过程中互相挤压，首先使粒子发生变形，变形到一定程度后突破粒子的表面张力，粒子就会破碎变成细散末状小点，或者因为粒子之间的挤压力加速了粒子之问相互渗透，造成粒子的边缘逐渐模糊，粒子之间串浆。这种问题与粒子的强度有关系，分散相内部各元素如果能够较强地交联在一起，就不会轻易被外力打散开或打碎。出现这种问题时应该找出分散相中交联比较弱的因素并加以改进。
(5)多彩粒子过大，影响施工及涂膜外观。粒子交联凝胶度过大，缺乏黏弹性，无法喷涂施工，且施工成膜后表面过分凸起，粗糙不平。解决方法在于控制粒子的交联度及粒子强度。
