水包砂多彩涂料的制备研究

与真石漆、质感涂料相比，多彩涂料以其仿真度高、质量轻、施工速度快、造价低等优点赢得越来越多的用户青睐。但是多彩涂料是平面效果，没有真石漆的质感，为了使多彩涂料具有质感效果，目前常用的方法是用真石漆做造型层，再在上面喷涂多彩涂料，这样不仅增加了一道工序还增加了材料成本。为此水包砂多彩涂料应运而生，其通过一次喷涂既有多彩涂料的仿真度，又有真石漆的质感效果。由于水包砂多彩涂料中的分散相中含有密度较大的砂子，所以稳定性较差，由于砂子的粒径较大，使得保护胶在色点表面凝胶化形成的柔性连续膜存在缺陷，造成色点易碎，色点中的色浆析出，造成严重的渗色影响色相，而且成品中色点易沉底，粘连在一起无法再分散开，出现无法施工的现象。并且，由于砂子的加入，水包砂多彩涂料的耐水白性也变差。由于水包砂多彩涂料存在上述的缺点，制约了其在建筑外墙中的使用。
由于水包砂多彩涂料是新兴涂料品种，相关的研究文献较少。苏国徽等优选保护胶、乳液、骨料、纤维素醚，制备出色点长期贮存稳定的含砂多彩涂料产品，其为了色点贮存不沉底，加入了密度较小的空心微珠，提高悬浮性，但是，由于空心玻璃微珠粒径较细，极易吸入生产人员的肺中，造成危害。本研究基于水包砂现有的研究成果和其存在的不足，通过对水包砂配方中对渗色、水白、稳定的主要影响因子即保护胶GS的用量、润湿剂的种类及用量、纤维素醚种类及用量进行平行实验，优化配方，并检测水包砂多彩涂料的性能，最终制得抗渗色性、耐水白性和稳定性优异的水包砂多彩涂料。

1 实验部分
1. 1 原料和仪器
保护胶GS、润湿剂（wetter390、wetter396、wetter399）：上海网格国际贸易有限公司；羟乙基纤维素（250HBR、250HHBR、HE10K）：亚什兰（中国）投资有限公司；其他助剂：市售。
SFJ-400 变频分散机、STM-V 斯托默黏度计、GFX鼓风干燥箱：上海现代环境有限公司；DC型多彩造粒机：江阴雄威化工机械有限公司；W77型多彩涂料喷枪：上海岩田实业有限公司。
1. 2 水包砂多彩涂料的制备
1. 2. 1 保护胶溶液的制备
保护胶溶液的组成见表1。

将称量好的去离子水倒入分散缸中，将分散机的转速调至1 000~1 200 r/min，再将称量好的保护胶GS 缓慢倒入分散缸，以免发生结块，分散30~60 min即得保护胶溶液，备用。
1. 2. 2 调色基础漆的制备
调色基础漆的配方见表2。

在300~600 r/min 的转速下，依次加入表2 所列的纤维素醚、分散剂、润湿剂、消泡剂以及颜填料，随着体系黏度的增加将转速调至1 300 ~1 500 r/min，高速分散20~30 min，测细度≤50 μm 后将转速降低至700~900 r/min，依次加入乳液、保护胶和剩余助剂，最后用增稠剂将基础漆调至合适的黏度，加入石英砂继续搅拌10 min左右，即得调色基础漆。
1. 2. 3 连续相乳液的制备
连续相乳液的配方见表3。

在500~800 r/min 的转速下依次加入表3 中原料，并用增稠剂调至合适的黏度，继续搅拌约5 min，即得连续相。
1. 2. 4 水包砂多彩涂料造粒的制备
水包砂多彩涂料造粒的配方见表4。

在200~300 r/min 的转速下依次加入去离子水和保护胶溶液，再按多彩样板色点比例加入各色色漆，预切后再用造粒机造粒，得到大小合适的多彩色粒子。
1. 2. 5 水包砂多彩涂料成品的制备
水包砂多彩涂料成品的配方见表5。

按表5配比把连续相乳液慢慢加入各色色粒子中，用三叶桨在低速50~100 r/min下搅拌混合均匀，再用增稠剂把体系调到合适的黏度，低速50~100 r/min混合10 min左右使其均匀，即得水包砂多彩涂料。
1. 3 测试方法
抗渗色性：将调色好的基础漆按比例加入到保护胶溶液中，用三叶桨在转速500 r/min 下切点5 min，切好点后观察保护胶溶液由于色浆渗出后颜色变化情况，并评定级数，5级最差，3级合格，0级最好。
耐水白性：将刚喷涂好的多彩涂料的试板放置于5 ℃的烘箱中干燥16ｈ，取出后泡水2ｈ，考察其耐水白性，并评定级数，5级最差，3级合格，0级最好。石棉水泥板的尺寸为150 mm×70 mm×3 mm。
多彩涂料色点形状及贮存稳定性：在55 ℃的烘箱中贮存1个星期，观察色点碎点情况及软硬度变化情况。
2 结果与讨论
2. 1 保护胶溶液用量对水包砂多彩涂料抗渗色性的影响
保护胶主要成分为人工合成的硅酸镁锂，是三八面体层状硅酸盐矿物。由于其薄片层面带负电荷，端面带正电荷，分离后的薄片端面被吸引到另一薄片的层面，从而迅速形成三维空间的胶体结构，即卡片宫结构，也就是形成所谓的凝胶保护色粒子的作用。由于水包砂涂料色点中存在粒径较大的石英砂，造成在切点成粒过程中，保护胶很难形成连续的凝胶膜包覆住色粒子，进而使基础漆中的物质及色浆外溢到连续相中，影响其性能和色相。基于水包砂涂料的本身特性，本文采用市售保护胶进行对比，实验发现：通过特殊表面处理工艺用有机改性的网格保护胶GS，在多彩色粒子表面形成卡片宫结构，增加了有机体形成的交联网状体，对于水包砂涂料中含有较大粒径的多彩色粒子具有较好的保护效果，使水包砂多彩涂料具有较好的抗渗色性。
保护胶溶液对抗渗色性的影响见图1。

由图1可知，由于铁红、铁黄、炭黑本身的结构不同，所用的润湿分散剂不同，所以与基础漆及保护胶的相容性也不同，造成在不同的保护胶添加量时渗色程度不同，GS 用量达到12%时，除了铁红有轻微渗色外，其他2种色浆基本不渗色，继续增加GS的用量，渗色性提高不明显，并且在保护胶溶液添加量为10%~12%时的轻微渗色已不影响水包砂多彩涂料的整体色相，基于成本以及多彩涂料的稳定性的考虑，保护胶溶液中GS 的含量为10%~12% 时，得到抗渗色性优异的水包砂多彩涂料。
2. 2 润湿剂的种类和用量对水包砂多彩涂料耐水白性的影响
在保护胶添加量为10%~12%时，采用3种网格润湿剂wetter390、wetter396、wetter399进行对比，讨论了不同类型的润湿剂对水包砂多彩涂料耐水白性的影响。测试方法：将刚喷涂好多彩涂料的试板（石棉水泥板的尺寸为150 mm×70 mm×3 mm）放置于5 ℃的烘箱中干燥16ｈ，取出后泡水2ｈ，考察其耐水白性。其结果见图2。

从图2 可以看出，wetter399 的耐水白性最优，其次是wetter396，wetter390 最差。这可能是因为wetter390 的活性成分为非离子型的表面活性剂，wetter396的活性成分为特殊改性的非离子表面活性剂，具有更好的渗透性，所以具有更优的耐水白性。在实验中，阴离子型的润湿剂wetter399具有最佳的耐水白性，这是因为在涂料配方中，由于阴离子具有亲水性而非离子具有疏水性，所以，非离子型润湿剂的耐水白性优于阴离子型润湿剂，而在水包砂涂料配方中却恰恰相反，这可能是因为，水包砂多彩涂料的主要物质保护胶硅酸镁锂为三八面体层状硅酸盐矿物，由于其薄片层面带负电荷，端面带正电荷，所以其本身就具有离子型，根据相似相容原理，其与阴离子型润湿剂有更好的相容性，所以具有更高的耐水白性。综上所述，选用wetter399的添加量为0. 4%~0. 6%时，得到的水包砂多彩涂料具有最佳的耐水白性。
2. 3 纤维素醚的种类和用量对水包砂多彩涂料稳定性的影响
在保护胶添加量为10%~12%、润湿剂wetter399的添加量为0. 4%~0. 6%时，选用3种羟乙基纤维素醚250HBR、250HHBR和HE10K，讨论了不同相对分子质量及处理方式的纤维素醚对多彩涂料色点形状及贮存稳定性（55 ℃贮存1 周）的影响，其结果见表6。

由表6可知，采用HE10K 制备的水包砂涂料在贮存过程中色点会变硬，这可能是因为HE10K为疏水改性的纤维素，由于大量砂子的加入，使其与保护胶的交联反应较慢，在贮存过程中继续反应造成色点变硬。采用250HBR时，在加入量少的情况下色点易碎，而达到一定的量后，色点不易碎时但贮存后变硬。采用250HHBR 时，色点不易碎，同时贮存不变硬，但是超过一定的量时，色点贮存也会变硬。这可能是因为二者相对分子质量不同造成的，250HBR的相对分子质量为30 000，分子链比较短，用量少时色点易碎，但是当用量较多时，由于与保护胶的交联点较多，造成后续热贮存变硬。250HHBR的相对分子质量为100 000，分子链较长，在合适的用量可以达到包裹性和与保护胶交联性的平衡，得到色点不易碎，且热贮存又不变硬的水包砂涂料。综上所述，在选用250HHBR的添加量为1. 2%~1. 4%时，得到的水包砂多彩涂料有较好的稳定性。

3 结语
（1）以GS 作为保护胶时，保护胶溶液中GS的含量为10%~12%，水包砂多彩涂料具有优异的抗渗色性。
（2）润湿剂种类及用量对水包砂多彩涂料的耐水白性有较大的影响，添加0. 4%~0. 6%的wetter399得到的水包砂多彩涂料具有优异的耐水白性。
（3）纤维素醚种类及用量对水包砂多彩涂料色点形状及贮存稳定性有很大影响，添加1. 2%~1. 4%的250HHBR 得到的水包砂多彩涂料不变硬并且碎点少。