建筑乳胶漆用色浆及配色

建筑乳胶漆用色浆及配色

叶亮,黄莹,农云军,杨卓如
(华南理工大学化工所,广东广州510641)

1 概述
颜料作为乳胶漆的重要组成部分,主要起着遮盖、装饰和保护的作用,并对涂膜的耐候、耐水、耐碱、耐洗刷及抗污染等有着重要的影响。要得到相对性能稳定的乳胶漆,颜料的良好分散是生产的首要问题。
传统的磨浆法,在制漆过程中,尤其是复色漆的配制时,要把所用的颜料分散在基料中,在剪切力的作用下均匀地分散成原始或接近原始大小的粒径。但颜料分散难易程度不同,难分散的颜料影响易分散的颜料分散,势必造成工时延长、能耗增加、色漆质量不稳定、颜料的相容性差等问题。而且有机颜料的疏水性给乳胶漆着色造成极大不便,实际上,在乳液中不可能直接加入颜料。乳液中加入的颜料不能充分润湿或根本不润湿,乳液的平衡极易遭到破坏,致使部分水分析出,最终导致聚合物粒子共沉淀而破乳。从工艺上讲,要获得优异的颜料相容性,最适合的方法是将有机或无机颜料充分分散、润湿,制成色浆后,加入基料中。颜料以液态存在,使涂料生产变得简单和易操作。“现场配置,自配自用”已成为发展的趋势。

2 乳胶漆用色浆基本概况
乳胶漆用色浆在建筑涂料中起装饰作用,要求有优异的分散稳定性、耐光性、耐候性及与涂料的配合性等,国外乳胶漆用色浆由专门公司生产,如德国的巴斯夫、赫斯特,芬兰的迪古里拉和瑞士的汽巴精化等。我国在这方面也进行了卓有成效的探索,如化工部常州涂料化工研究所开发并生产的外墙乳胶漆专用系列颜料浆[1 ]等。也有一些公司提供优质的色粉,并提供基本的技术让国内厂家生产色浆。根据色浆的耐晒、耐候性可以将乳胶漆色浆分为内用和外用。通常外用可作内用,但内用色浆绝对不能外用。内用乳胶漆色浅,色浆用量少;外用色浆主要从耐光性、耐候性、耐碱性、着色力、贮存稳定性以及和乳胶漆的配合性等方面考虑。色浆与乳胶漆的配合性主要指色浆在乳胶漆中的展色性、色浆对乳胶漆粘度和贮存性的影响。乳胶漆用色浆必须容易分散,且分散稳定。

如果色浆在乳胶漆中不稳定,会出现分层、浮色等现象。外墙乳胶漆主要用耐候性优异的铁系颜料和高级有机颜料,常用的有酞菁、缩合型偶氮类,喹吖啶酮类等。美国还开发了适用于水性涂料的含钼酸盐颜料的抑制型金属粉颜料浆[2 ] 。无机颜料常包膜以提高其分散性,如用SiO2 再用TiO2 包覆羰基铁粉制得分散性好的紫红色颜料;铁铝复合氧化物氢氧化物包覆氧化铁氢氧化物核粒子生产的氧化铁黄氢氧化物粒子等。目前,色浆用润湿分散剂主要是高分子分散剂,使用量越小越好,主要有聚氨酯和丙烯酸聚合物[3 ] ,如意大利开发的以聚氨酯型或带胺官能团的聚丙烯酸酯型共聚物为分散剂的通用型着色高分子化合物[4 ] ,丙烯酸—苯乙烯共聚物并加碱中和可制得粒度分布窄,稳定性好的颜料分散体,用乙烯醚和丙烯酸酯及无定型二氧化硅可制得阳离子体系用消光色浆等,分散碳黑也可用碱金属盐分散剂。

色浆中颜料的平均粒径在0. 1～0. 2μm 左右性能较好。乳胶漆中色浆有最大添加量的问题:有机颜料色浆最大添加量为6 %～8 %;无机颜料色浆最大添加量为10 %～15 %。添加量超过这个量会破坏整个体系的稳定性。每种色浆的生产应只用一种颜料,不要使用两种或多种颜料生产一种色浆,这样有助于色浆的相容性和稳定性。各种色浆之间必须能够互容,色浆着色力的范围应控制在95 %～103 % ,这样有助于电脑配色,各批次间,同种色浆的颜料色光必须保持一致,重现性好才能保证配色稳定。有机颜料色浆的粘度最好为0. 3～1. 3 Pa ·s ,密度控制在1. 15～1. 45 g/ cm3 较好;无机颜料色浆的粘度为2. 0～3. 5 Pa ·s ,密度为2～2. 45 g/ cm3较适宜。在保证色浆中颜料处于稳定的分散状态的前提下,色浆中颜料的含量越高,则该色浆的配方越先进。乳胶漆色彩的保证年限一般为5～10 年不褪色。色浆的生产要求颜色的鲜艳、准确性、均一性和批次之间的长期一致性,也要满足调色机械体积方式注入的要求以及耐候性和环保的要求。颜色、色强度、流变性经过严格控制的高品质通用色浆,准确、快速的电脑配色,先进的一体化调色系统已成为色浆生产的发展趋势。

3 色浆的生产
3. 1 色浆配色的特点
用色浆调色来生产色漆,既满足了市场对各种颜色的要求,又大大减少色漆生产中的烦琐和复杂性。用色浆调色,是现代调色技术发展的必然趋势,其特点如下[5 ] :
(1) 对工厂而言,采用具有优异分散贮存稳定性的色浆,可使厂家和商店需用的20～30 种配用颜色存货减少到几种,涂料生产厂仅需生产十几种色浆,配上几种基础漆,就可以完全按照客户的要求,生产出颜色十分准确[ 颜色准确性可达到△E(总色差) < 0. 7 ]的色漆。通过使用一套颜色体系在厂家乃至在商店调色,这样就降低了生产的复杂性,简化了生产工艺,节约操作费用;同时可极大程度地减少库存色浆数量,大大降低成品在仓库的积压,减少流动资金的占用,可大幅度提高工厂生产效益。
(2) 由于其生产周期极快,可在数小时、数日内为客户供货,顾客可随心所欲地选择到喜爱的、准确颜色的色漆,能为客户提供十分满意的服务。
(3) 对涂料工业来说,延时调色工艺的采用,使得在改变颜色时,不会造成组分上的根本变化,极大地方便了工业化再生产的调色过程,而且使远离工厂调色成为可能。色浆的专业化生产,使得涂料色漆生产的分工更加合理,使生产方式从小而全向专业化过渡,分工方式的改变提高了劳动生产率、保证了产品质量,将推动行业的发展。

3. 2 色浆的生产工艺[5 ]
色浆的生产工艺流程如图1 所示:

色浆中研磨树脂相当少,当然也可生产无树脂的色浆,这样调色时与树脂没有相容性问题,同时对涂料性能无负面影响。对于日益专业化的色浆生产来说,色浆的广泛适应性必然要求采取无树脂研磨方式。
3. 3 色浆用助剂
色浆用助剂包括以下几个方面:
(1) 乳化剂:必须是性能稳定、不会破坏乳胶体系的非离子型表面活性剂,可以复配使用,以便颜料粒子能充分乳化且能形成稳定的水溶体系。
(2) 分散剂:必须能充分分散和润湿颜料固体颗粒表面,促进固体粒子在液体中的悬浮,以防止颜料絮凝和聚集。
(3) 消泡剂:消除颜料在高速分散及研磨过程中产生的气泡。
(4) 扩散剂:帮助色浆在涂料中渗透和扩散,防止涂料浮色、发花。
助剂用量可粗略根据颜料的吸油量或颜料表面积BET值计算。一般来说,低分子量的传统分散剂为0. 5 %～2. 0 %(以无机颜料量计) ,或1. 0 %～5. 0 %(以有机颜料量计) ;而高分子助剂,其用量需适当调大,特别是在颜料颗粒较小的情况下。

4 颜色混合规律及配色
4. 1 颜色混合规律
颜色体系有两种类型[6 ] :一种是用色卡作特定的排列;另一种是用数字的。色卡体系中使用最广泛最有名的是Munsell 颜色体系,用色调、饱和度和明度三要素来表述颜色;另一个广泛使用的颜色体系是CIE(国际照明委员会,Commission Internationale de I’Eclairage) 体系,它是基于光源、物体和标准观察者的数字描绘,国内有人用它进行透明色漆颜色的研究[7 ] 。这里我们采用Munsell 体系来描述颜色。颜色的三个参数可以用来区分颜色的差别,即只有当两个颜色的色调、明度和饱和度三个特性值都相同时,两个颜色才完全相同。否则,只要其中有一个参数不相等时,这两个颜色就不相同。我们复制色卡、配漆得到的都是同色异谱,即只能得到视觉上的一致,光谱上是不一致的。颜色的混合不同于可见光的加法混色,而是遵循减法混色原则,就是指白光照射在混合后的有色物体上,从白光减去被各有色物体吸收的部分,其剩余部分的光线进行加法混色的方法。如果减退的是红和绿,则混色得到明度,就成为黄色。

加法混色的三原色是红、黄、蓝。减法混色的三原色是品红、黄、青,这三种颜色相互独立,不能两两相拼而得到第三者,而且品红、黄、青分别吸收红、绿、蓝光线,拼色范围最宽。颜色的混合遵循代替律,即只要在感觉上颜色是相似的,相互替代的视觉效果是相同的。颜色的混合也遵循中间色律(非补色相混合,产生中间色,其色调、饱和度决定于二者在色调顺序上的接近,连续变化其中一个成分的颜色,其混合色也相互出现连续变化,色调偏向比例较大的颜色) 和补色律(颜色与其补色以适当比例混合,便会产生白色或灰色,按其它比例混合,便产生近似比例大的颜色成分的非饱和色) ,如互补色黄和蓝、红和绿按一定比例混合可得到白色或灰色。

4. 2 色浆配色
使用色浆配色,必须在使用前将色浆搅拌均匀,然后再加入涂料中。未经稀释的色浆快速加入任何基料中,都有可能导致絮凝的发生。必须在匀速搅拌条件下稀释,慢慢把水加入色浆中,如果加得太快,或反过来将色浆加入水中,都有可能导致颜料絮凝。搅拌速度要适当,避免产生泡沫。

由于建筑乳胶涂料的p H 值大于8 ,属于碱性范畴,而所涂底材大部分是水泥砂浆,碱性更强,所以耐碱性不好的无机颜料(如铁蓝和铅铬黄) 不可使用,无机彩色颜料主要以铁红、铁黄为主。外用漆常用深色调,红、蓝、绿较为普遍,因而对色浆的耐晒牢度要求高,红色以氧化铁为主,其中色相较为鲜明而耐晒的优质铁红有供应。如果要求极鲜明的红色,那就只能用价格昂贵的高级有机红。用于外墙的颜色,建议用无机、有机色浆进行复配使用,以确保涂料的颜色耐久性,所选用的有机颜料必须耐光等级高、耐候性良好。但有机颜料及炭黑都是很难分散的亲油性颜料,故对分散剂及分散工艺要求高。一般,色浆所选用的颜料提供了广泛的色相、良好的稳定性、耐光性和耐碱性,然而色浆的耐光性、耐碱性及耐候性很大程度上取决于涂料、涂层表面及施工条件,有条件的,建议先作人工加速老化和实际气候条件下老化试验,以得到更准确的数据。

在调色过程中,若调淡彩色,可直接加色浆调色,且要求色浆的性能优异。因为颜色冲淡时,各种性能下降。如果颜色在白色与本色之间冲淡,应减少钛白粉用量,再进一步调试,色浆等级可稍低一点。在满足性能要求的前提下,降低色浆等级有助于降低成本。浅色漆要选用耐候等级高的色浆,深色漆可选用耐候等级稍低的色浆。配色时应先调深浅,后调色调。深浅和亮度可以在原色或复色基础上用白色或黑色调整。在保证颜色符合要求的前提下,所用色浆的品种应尽可能的少,因为加入的颜色品种越多,明度越低,色彩越暗。同时品种越多,配色的工作量也越大。配色时要少加多比。

用于配色的色浆在施工前必须充分分散均匀,否则涂料涂刷到墙面后颜色深浅不一致。对色浆的细度要求较高,象铁红、碳黑等颜料,必须用砂磨机或三辊机研磨,使颜料粒子充分分散,以避免涂在墙上时出现一丝丝的深颜色。

4. 3 颜色的选择
选择颜色时应注意以下几点: (1) 实际设计所需的颜色要求; (2) 选配颜色时,尽量用复色,忌用单色。因为用几种颜色拼配的色浆,色调才生动、活泼、饱满、鲜艳,而单色色浆配得的颜色色调呆滞、死板; (3) 建筑乳胶涂料除了考虑颜色的情感效应、心理效应,还需考虑房间用途、个人爱好和情趣、室外环境、房间的朝向及家具的颜色等因素[8 ] 。此外各种颜色漆膜的抗粉化能力,颜料的耐光、耐候、色光和价格等因素也是需要在选择颜色时作参考的。

4. 4 颜色的测量
颜色测量分人工目测和仪器测量两大类。人工目测是将被测试涂料制成样板,在规定的自然光线下与标准样板或色卡进行比较。仪器测量是建立在CIE 颜色系统的数字描述的基础上,用可见光分光光度计来测量的。色差的测量一般采用分光测色法[9 ] 。

4. 5 调色系统
调色分人工调色和电脑调色。人工调色对配色页的要求较高,因为人工调色目前只能依靠经验进行,调色对配色员配色经验的依赖性较大,并要求配色员在开始配色前充分了解各种影响因素,配色时要耐心细致。能快而准确地调配出符合要求的颜色,要靠长期实践经验的积累和总结提高,这使得人工配色受到很大局限。电脑配色系统配色速度较快、重现性较好的优点使其得到广泛的应用。电脑自动配色采用两种方法:一种是选用几种常用的颜料作为基本颜料,然后用统计和回归分析技术,通过大量试验获得各种常用颜色的配色配方并存入计算机,使用时直接从计算机中检索出有关配方;另一种是计算配色,该方法首先需要找出配方与按配方混合后颜料光谱反射律间的关系,经过简单的色度计算,找出颜料配方与其颜色之间的关系。计算配色理论反映了颜料色度变化的内在规律,借助计算机,通过特定的方法可方便地获取有关数据。电脑配色的理论基础是库布尔卡—芒克( Kubelka -Munk) 理论。崔宝生[10 ]提出并完善了该理论,解决了快速获取有关基础数据的途径,并用实验证明了其提出的理论配方的精确度满足了实用要求。

调色系统一般包括测色系统、调色系统、色浆及计算机等。国内也有人用颜色三刺激值研制出电脑配色仪[11 ] ,但当前国内使用较多的调色系统主要有以下几种: (1) 希必思色彩公司的一体化调色系统[原芬兰迪古里拉( TIKKURILA)一体化调色系统] ; (2) 瑞典LARGO 公司的LARGO -Match2000 配色系统; (3) CHROMOMA TCH 计算机测色配色系统; (4) 美国爱色丽配色系统。

5 发展趋势
建筑乳胶漆用色浆,随着高品质、高性能颜料的问世,各种高效助剂的不断开发研究,其色彩鲜艳性、耐光性、耐化学性、耐候性会更加完善;其分散稳定性及与各种涂料的配合性会更加满意;电脑调色将得到更广泛的使用;低及无VOC(有机挥发物含量) 色浆的性能将更好、成本效益更合理,甚至可能会发现有一些成分对性能的改善会超过当今传统VOC 技术所能达到的性能。