净味低VOC环保POS机用色浆的开发和应用探讨
净味低VOC 环保POS 机用色浆的开发和应用探讨
黄 骏 （ 立邦投资有限公司，上海 201204）
田 红 （ 立邦涂料（中国）有限公司，上海 201201）
0 引言
零售店调色系统作为水性建筑涂料一种新的营销模式在我国的推广使用始于2000 年。它的出现不仅满足和带动了消费者对涂料的装饰性、颜色个性化的需求和追求，也提高了零售店调色体系涂料生产商的市场占有率。随后的几年中，国内外大的涂料生产商纷纷推出了自己的零售店调色系统，在全国大中城市建立调色中心，零售店调色系统成为涂料厂商品牌推广和占领市场的利器。
零售店调色系统的组成包括基漆、色浆、调色机、振荡设备、颜色配方、颜色管理软件和销售工具。零售店调色系统用色浆又称POS（Point of Sales，销售点）机用色浆，是调色系统最重要的核心之一，消费者在零售店购买的色漆就是通过在乳胶漆中加入POS 机用色浆制得的。近年来，随着政府对环保的重视和消费者日益高涨的环保要求，我国对水性建筑涂料中VOC（挥发性有机化合物）、游离甲醛、苯系物等有害物质限量的要求不断提高（见表1），拥有“抗甲醛”、“净味”、“低VOC”、“超低VOC”、“环保”等功能的绿色环保型涂料逐渐成为主流产品，现在涂料市场上已出现了号称更加环保的“无添加”乳胶漆产品。“无添加”乳胶漆只有与相应功能的色浆配套使用，才能调出真正的“无添加”色漆，在这种情况下，对POS 机用色浆的环保性能有了更高的要求，绿色环保成为POS 机用色浆研发的方向。
1 机用色浆的发展历程
传统的涂料着色是将颜料粉直接加到涂料中，或简单地把颜料制成浆料，然后加到涂料中对涂料进行着色，这样做有很多的弊端，比如颜色需要多次校正；相同颜色重复生产性差；小批量生产费用高、浪费大以及严重污染环境；缺乏专业的工艺和技术，色漆中颜料颗粒较粗，着色力不佳，造成调色成本上升。随着市场分工细化，出现了专业生产涂料色浆的公司，1949 年美国加利福尼亚油墨公司（赫斯前身）将色浆理念引入涂料行业，涂料生产商只需购买色浆，就可以制成各种色漆，给客户带来极大的方便。但这时的色浆不具备通用性，对涂料的成膜物质有选择性，限制了它的使用范围，同时普通色浆对颜料的颜色、色强度无严格的控制，造成色浆批次间质量不够稳定，调色过程中仍需要多次校正。
第二次世界大战结束后，百废待兴的涂料工业迅速发展，新的合成乳液产品不断涌现，为现代建筑涂料的发展奠定了基础，涂料品种的多样化和人们对颜色的个性化需求，使得原有的调色工艺无论从成本还是对客户的服务方面都很难做到双赢，色漆的生产需要一种更加经济、更加便捷的生产工艺。1952年，美国赫斯公司开发了全球第一套Colortrenda 通用机械调色色浆，开创了机用色浆的历史，并在20世纪60 年代将该体系引入欧洲，欧洲国家将机械调色工艺运用到涂料生产的实践和应用中，使机械调色体系得到了巨大发展。
机用色浆的产生和发展，源于人们对色彩多样化的需求和涂料体系的多元化；机用色浆用的干粉颜料需要经过严格的筛选，它的颜色、色强度、流变性都经过严格的控制，批次间的质量稳定，可以与不同的涂料体系混溶；采用机械调色技术，实现了远距离零售店直接调色和配色，最大限度地满足了消费者对颜色个性化、多样化的追求，以及及时和不受限制的订货量的要求。
从20 世纪90 年代开始，我国建筑涂料行业快速发展，面对这样的机遇，国外大型涂料公司纷纷寻找机会进入中国市场，随之而来的还有世界各大颜料、色浆、涂料用助剂等原材料的供应商，为推广新的调色体系创造了条件。1994 年，德国Degussa 公司开始在我国宣传推广现代调色体系；1997 年，CPSColor 公司进入中国市场，并推出其水性通用色浆“Monicolor”；1998 年，Degussa 公司在上海成立了办事处，立邦、爱谱诗、嘉宝莉等公司开始进行调色体系的评估工作，从此现代调色技术在我国迅速发展。色浆的应用遍及涂料、塑料、印刷、造纸、纺织等各行各业，给我们的生活带来了五彩缤纷的色彩。
2 机用色浆的分类和特点
色浆是由颜料或颜填料分散在不同介质中形成的着色剂，又称颜料制备物和颜料浓缩浆。按照不同介质，色浆分为水性色浆、油性色浆、水油通用色浆等；按照添加方式不同，又可分为机用色浆和工厂调色色浆。机用色浆按其使用的场所不同分为零售店色浆和机用工厂色浆，通常情况下包括10~16 支色浆。零售店色浆主要用于零售店小批量调色，与工厂色浆相比具有以下特点：第一，专门为机械调色设计，按照体积方式注入，因此色浆的干性、流变性、贮存稳定性都需要经过最佳优化设计，满足色浆滴加精度的要求，且可以实现注入最小精度达到0.08 mL ；第二，严格控制色差、色强度，一般色差控制在0.5 以内，色强度控制在±2%，保证了色浆的批次稳定性，可以实现调色的准确性和重现性；第三，具有通用性，与各种体系的水性涂料有良好的相容性；第四，适当的色浓度。色浓度太高，则易降低调色精度；色浓度太低，则难以调深色，且成本上升；第五，对颜料的选择要求高。要求颜料的耐光性、耐候性、耐热性、耐溶剂性、耐酸碱性、耐迁移性都达到一定的等级。
机用工厂色浆适用于工厂/ 库房生产调色系统的大批量调色，具有较高的色浓度，着色力强，调色成本低，注入方式可以是体积也可以是重量，同时它也拥有机用色浆的特点，在色浆的批次稳定性、贮存稳定性、流变性等方面比工厂用色浆控制要求更高。
目前国内市场上主要的机用色浆生产商，国外的有CPS Color、Degussa、Clariant、AkzoNobel 和CCA，其中CPS 和Degussa 现在都隶属于Chromflo ；国内的有苏州世名、广州科迪等；色浆的品牌有Degussa 的“ColortrendaPlus”、AkzoNobel 的“Dramatone”、Clariant的“Hostatint TS 600”、CCA 的“NovoColor”、世名的“NV”等。
3 净味低VOC环保POS机用色浆的环保要求
3.1 不含APEO
APEO（烷基酚聚氧乙烯醚类化合物）因具有良好的润湿、分散、乳化、增容等性能被广泛用于表面活性剂中。研究证明：APEO 生物降解缓慢，而且生物降解代谢物NP（壬基酚）、OP（辛基酚）与NPEO（壬基酚聚氧乙烯醚）和OPEO（辛基酚聚氧乙烯醚）都属于环境激素化学物质，会干扰人体激素正常分泌，导致男性精子数量减少，生殖器官异常。我国于2014 年7 月1 日起实施的HJ 2537—2014《环境标志产品技术要求 水性涂料》附录A 中明确规定产品中不得人为添加APEO。
3.2 VOC含量
按照GB 18582—2008《室内装修材料 内墙涂料中的有害物质限量》附录A 方法检测，VOC（挥发性有机化合物）含量<2 g/L（最低检出线）。
3.3 游离甲醛含量
按照GB 18582—2008《室内装修材料 内墙涂料中的有害物质限量》附录C 方法检测，游离甲醛含量<5 mg/kg（最低检出线）。
3.4 苯系物总量
按照GB 18582—2008《室内装修材料 内墙涂料中的有害物质限量》附录A 方法检测，苯、甲苯、二甲苯、乙苯的总量<50 mg/kg（最低检出线）。
3.5 重金属含量
按照GB 18582—2008《室内装修材料 内墙涂料中的有害物质限量》附录E 方法检测，可溶性铅含量<0.1 mg/kg，可溶性镉含量<0.8 mg/kg，可溶性铬含量<2 mg/kg，可溶性汞含量<2 mg/kg，均为最低检出线。
4 净味低VOC环保POS 机用色浆的研发
4.1 净味的实现
POS 机用色浆一般由水、表面活性剂、保湿剂、流变改性剂、防霉杀菌剂、消泡剂、pH 调节剂、颜填料等组成，其中可能含有VOC 成分的有表面活性剂、保湿剂、流变改性剂、pH 调节剂等，使用不含VOC或低VOC 的助剂可以有效降低色浆的气味。但气味的大小和VOC 的高低并不完全成正比，有些原料在配方中的用量很少，而且不含VOC，却有让人感觉不适的气味。例如由于色浆的生产、贮存、应用、防腐等过程都需要一个弱碱性的环境，所以需要在配方中加入pH 调节剂来调整pH。常用的pH 调节剂有链烷醇胺和氨水，氨水不是有机溶剂，不属于VOC，但带有强烈刺激性氨类气味让人感觉不适。因此为了达到净味的效果，在原料选择时不仅要考虑使用不含VOC 及低VOC 的产品，还要避免使用一些有异味或气味让人感觉不适的原料，从源头上控制色浆的气味。
4.2 VOC控制
GB 18582—2008《室内装修材料 内墙涂料中的有害物质限量》对挥发性有机化合物（VOC）的定义是：在101.3 kPa 标准压力下，任何初沸点低于或等于250℃的有机化合物。POS 机用色浆的VOC 主要源自配方中的保湿剂和功能助剂。由于其使用的特殊性，需要在配方中加入约10%~20% 的保湿剂，以防止色浆干结堵塞喷嘴。早期POS 机用色浆大多采用乙二醇作为保湿剂，乙二醇沸点在197.3℃，是VOC，它属于低毒性物质，但吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害，可引起支气管炎症、痉挛、肾功能衰竭等。
20 世纪80 年代后期，国外出于对环境保护的考虑，乙二醇逐步被毒性更低的丙二醇代替。丙二醇具有微毒性，对人体无刺激性，但它的沸点只有187℃，仍属于VOC。随着低相对分子质量的聚乙二醇作为保湿剂在POS 机用色浆中应用，开发低VOC 的POS机用色浆成为可能。聚乙二醇中的羟基能够很好地与水分子结合，具有良好的保湿性，而且聚乙二醇无毒、无刺激性，最重要的是它的沸点大于250℃，不被算作VOC。
功能助剂包括配方中的表面活性剂、流变改性剂、防霉杀菌剂、消泡剂、pH 调节剂等。表面活性剂在色浆中的作用是提供润湿、分散、稳定及改善展色性。POS 机用色浆因其通用性需要，配方中含有较多的表面活性剂，表面活性剂中VOC 含量对色浆中VOC含量影响较大，而流变改性剂、防霉杀菌剂、消泡剂、pH 调节剂等这些功能助剂在配方中的用量不大，对VOC 的影响较小。现在很多助剂公司都推出了用于水性体系的低VOC 助剂，很容易选到合适的产品。
5 净味低VOC环保POS 机用色浆应用的性能要求
5.1 理想的颜色接受性
理想的颜色接受性是机用色浆成功用于POS 调色系统中的关键，决定着色漆的品质和施工性能。POS 机用色浆的颜色接受性优劣是通过测试其与常用乳液类型的基漆的相容性与指研展色性来判断的。目前市售乳胶漆常用的乳液类型有：纯丙、苯丙、醋丙、VAE（醋酸乙烯- 乙烯共聚物）、硅丙、醋叔和聚氨酯丙烯酸乳液等。测试方法如下：将色浆按照2%~5%（V/V）加入到基漆中，用全自动混匀机分别混合3 min、9 min 后，刮卡对比色差与着色力并进行指研测试，室温自干后目视观察3 min、9 min 的色差及指研处、未指研处的色差，如果目视无明显可视色差，则认为该机用色浆的颜色接受性较好。
5.2 优异的稳定性
5.2.1 色浆常温贮存、热贮存稳定性及冻融稳定性
同普通的水性色浆相比，POS 机用色浆有更高的贮存稳定性要求，热贮存及冻融后色浆的黏度变化、有无沉淀结块、流动性、色相变化直接影响到调色的准确性和重现性。具有优异贮存稳定性的色浆贮存后黏度无明显变化，贮存前后色差≤ 0.5，着色力100±2，指研与未指研处目视无明显可视色差。
5.2.2 色浆在调色机罐内稳定性
色浆在调色机罐内的稳定性对于调色机是否正常运行和颜色重现性至关重要。色浆罐内通常装有搅拌设备，在通电状态下每隔一定时间搅拌会自动运行，如果色浆消泡性差或者极易分层、结块及沉降，也会造成调色精度偏差，通过测量色浆滴加量的变化可以有效判断色浆在调色机罐内是否稳定，色浆滴加体积偏差应该保持在±5% 以内。
5.2.3 色浆的批次稳定性
色浆的批次稳定性也是影响调色准确性和重现性的重要因素之一。当色浆批次间色差控制在0.5 以下，着色力在100±2 范围内时，对颜色的准确性和重现性影响较小。
5.3 色浆的加入不会对乳胶漆性能产生负面影响
色浆对乳胶漆性能的影响包括干性、黏度变化、耐水性、耐擦洗性、耐酸碱性、施工性等方面。深色漆的色浆加入量大，影响也最大，通过测试深色漆的干性、黏度、耐性变化可以判断色浆对乳胶漆性能的影响。
5.4 净味效果
色浆的气味包括罐内气味和调色施工后气味，目前我国涂料行业还没有建立色浆气味评估的相关标准，评估方法一般是非定量的嗅觉方法，快速直接，但受评估人员的主观影响比较大。目前立邦公司已率先制订了乳胶漆气味评估企标Q/OAEY 287—2009《净味乳胶漆（低气味乳胶漆）》，色浆最终会加入到基漆中使用，因此这个企标同样适用于净味色浆的气味评估。
5.5 绿色环保
色浆加入基漆后成为基漆的一部分，其环保性能会直接影响到色漆的环保性能，国家对于室内装饰装修材料内墙涂料的强制性标准GB 18582—2008《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》中明确规定了有害物质限量及测试方法，按照GB 18582—2008 测试方法经国家认可的第三方检测机构检测，环保色浆的检测结果见表2，可以作为乳胶漆“无添加”产品的配套色浆使用。
6 结语
随着各类环保乳胶漆的不断推出，作为零售店调色系统的重要组成部分的色浆，也需要与时俱进，开发出能够与环保乳胶漆配套使用的环保色浆，让消费者购买到真正的环保涂料。