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用于无气喷涂施工的内墙乳胶漆配方设计
寇 辉 刘海平 胡恒盛 付绍祥
( 广东华润涂料有限公司, 顺德528306)
1 前言
高压无气喷涂作为一种高效率墙面漆施工方式, 在家装和工程市场上得到普遍使用, 高压无气喷涂之所以受到众多国内外知名涂料品牌的青睐,主要是与传统的刷涂、滚涂、空气喷涂等施工方式相比, 高压无气喷涂显示出施工效率极高、墙面效果最佳、涂料利用率高等无可比拟的技术优势。三分涂料, 七分施工, 优异的墙面效果来自于专业无气喷涂施工工艺和高品质内墙漆的完美结合。
2 无气喷涂专用内墙乳胶漆施工的优越性
首先, 无气喷涂施工使乳胶漆均匀地涂于整个墙面, 形成光滑、致密的涂层, 手感舒适性达到最佳, 但亦会造成哑光漆光泽偏高的现象, 尤其是拐角光泽偏高会使人的视觉极不舒服, 如果内墙漆的抗抛光性和耐摩擦性设计不当, 会使擦洗后的漆膜光泽明显高于其它部位, 破坏整体效果。
其次, 由于无气喷涂施工一次喷涂后的干漆膜厚度可达( 50~ 80) um, 内墙漆的一遍施工成为可能, 使施工更有效率并能节省昂贵的面漆。一遍施工要求内墙漆具有更高的对比率和耐擦洗性。但
是过厚的漆膜会导致开裂、脱粉等现象的出现。事实上, 在乳胶漆堆积较厚的墙角或拐角, 或者低温干燥的环境中以及在疏松的基材上施工时, 漆膜开裂问题是经常发生的。
第三, 施工时机器的磨损不可避免, 内墙漆中较粗的颜填料粒子对磨损影响最大。喷嘴是最易磨损的部件, 据跟踪统计发现, 一般内墙漆施工时平均8 户就要更换一个喷嘴, 而用无气喷涂专用内墙漆施工时, 一个喷嘴可使用15 户以上。
3 无气喷涂专用内墙乳胶漆的配方设计
3 1 乳胶体系临界颜料体积浓度( LCPVC) 的计算公式
众所周知, 颜料体积浓度( PVC) 和临界颜料体积浓度( CPVC) 的概念是溶剂型涂料配方设计的基础。尽管LCPVC 的体现没有CPVC 那么明显, 但事实已经证明这一概念的引入使乳胶漆配方设计更符合科学性。乳胶体系临界颜料体积浓度( LCPVC) 的理论公式如下:
式中: e -乳液的效率指数; OA- 混合颜填料的吸油量; D -混合颜填料的平均密度。
实验表明, 在恒定条件下, e 值是恒定的, 乳液本身及所用成膜助剂的函数, 与配方无关, 但是一旦环境条件变得恶劣, 尤其在低温干燥时e 的下降非常迅速。上式可以看出, 乳胶体系的LCPVC值在公式中只与混合颜填料的密度、吸油量以及乳液的效率指数e 有关。这只是理论的LCPVC, 由于表面活性剂、增稠剂等其他组分的影响, 实际LCPVC 比理论值略大。实际上, LCPVC 是一个很小的范围, 而不是一个定值。
3.2 乳胶漆膜开裂的原因
一些研究认为, 乳胶漆膜发生开裂的现象归结为两个原因, 一是由于表层漆膜干燥速度过快, 底层液体挥发时对表层产生很强的毛细管力可能导致漆膜开裂; 二是漆膜内部颗粒间范德华力的作用,乳液粒子和颜填料颗粒越规则、细腻, 越易形成矩阵结构, 应力集中于某一方向而导致漆膜开裂。通过恒定颜填料结构PVC 梯度的实验得到类似结论, 该实验说明漆膜表层干燥后, 底层的水分通过表面挥发时, PVC 低于LCPVC 时漆膜表层延伸率较大, 可抵御水蒸气的压力; PVC 远远大于LCPVC 时漆膜表层疏松, 水蒸气可以通过毛细管透出; 当PVC 超过LCPVC 时, 漆膜的延伸率基本降到最低, 表层又没有足够供水蒸气通过的毛细管, 容易开裂。所以, 当哑光乳胶漆的PVC 超过LCPVC 之后, 在一定比例下, 漆膜开裂的趋势越来越大, 并且漆膜开裂的程度与漆膜的厚度成正比关系。
3.3 降低漆膜开裂的配方设计
配方师均会把内墙哑光乳胶漆的PVC 设计高出LCPVC, 并且高出越多, 对比率越高, 可以节省更多的钛白粉从而降低成本, 同时乳胶漆的耐擦洗性、附着力、耐水性以及耐久性等性能会急剧下降。根据以上理论分析, 我们认为PVC / LCPVC值是有限值, 只有尽可能提高LCPVC, PVC 才可以同步提升。需要降低乳胶体系的最低成膜温度,减缓成膜助剂的挥发速度, 使体系颗粒间的堆积密度实而不规则, 达到提高LCPVC 的目的, 同时降低漆膜开裂的可能性。这样要求我们对配方中的结构成分, 如乳液、成膜助剂和颜填料组分等进行严格筛选, 多次实验, 最终达到目的, 并满足配方成本的要求。
4 主要原材料的选择
4.1 乳液和成膜助剂的选择
由于配方成本的要求, 通用苯丙乳液的特点在于e 值较高, 并具有极好的耐水性, 醋丙乳液则可提供高对比率, 在漆膜丰满度和低温成膜性方面具有优势。成膜助剂的选择性由乳液决定, 在低温成膜时, 成膜助剂与乳液的配合至关重要, 例如亲水性较差的产品适用于苯丙乳液, 而中等亲水的产品对醋丙体系作用明显。为达到环保法规的要求, 乳胶漆必须尽可能减少成膜助剂的用量。通过比较,我们选择了一种特殊结构的醋丙乳液, 具有较低的成膜温度, 成本也比较合适。
4.2 颜填料的选择
从LCPVC 公式知道降低颜填料体系的比重和混合吸油量是提高乳液体系LCPVC 值的有效方法。混合吸油量的测定采用同一实验员的实测值,以减少误差。由于受到产量较大和保质期较长的影响, 主要选用具有安全、稳定特性的颜填料体系。金红石型钛白粉是必不可少的颜料组分, 重质碳酸钙亦是内墙乳胶漆中最重要的增量剂, 两者对混合吸油量的影响最低。以下几种填料都具有较高的吸油量, 煅烧高岭土可提供最好的干遮盖力和手感舒适性, 但极易引起漆膜的开裂。片状的滑石粉和云母粉则可明显改善漆膜的开裂, 但在耐擦洗性能上有明显的下降。硅酸铝纤维则是改善漆膜开裂和提高对比率很好的原料, 相对成本较高。所以, 每种填料都具有优缺点, 不同粒径分布的填料使用在乳胶漆中, 能使漆膜性能发生明显变化, 同时影响施工时喷涂机器的磨损程度。在确定了基本参数之后, 不断改变各类颜填料的配比, 最终筛选出合适的颜填料结构。
4.3 保水剂和增稠剂的选择
乳胶漆中保水剂有多种, 包括乳液、填料、助剂等, 目的是降低漆膜中的液体成分, 尤其是成膜助剂的挥发速率。醋丙乳液体系的乳胶漆使用HEC 作为单一的增稠剂即可达到较好的罐内外观,并且施工性能好, 虽然有时有轻微的飞溅, 但流平、丰满度等性能极佳。在苯丙体系中, 以HEC作主增稠剂, HASE 或HEUR 辅助改善流平性,可达到较好的漆膜效果, 但缺点在于储存期过长会有少许水分, 并且漆膜的丰满度欠佳。有资料显示, 增稠剂对雾化效果有很大的影响, HEC 类的雾化效果要比HEUR 类差很多。HEC 与HEUR 的雾化效果, 如图1、图2 所示。
4.4 其他助剂的选择
在乳胶漆中润湿分散剂、消泡剂、抗冻剂、防霉杀菌剂等助剂都是必不可少的, 同时对乳胶漆性能有一定的负影响, 例如润湿分散剂在提高颜填料分散性、降低体系表面张力的同时, 亦降低了乳胶漆膜的耐擦洗性, 所以此类助剂的选择也须谨慎进行。
5 无气喷涂用内墙乳胶漆的基本结构配方
无气喷涂用内墙乳胶漆符合GB/ T 9756- 2001和HBC 12- 2002 的要求, 并达到了预期目标, 见表1、表2、表3。
表1 无气喷涂用内墙乳胶漆的基本结构配方
6 无气喷涂用内墙乳胶漆具有创新性和目的性
( 1) 采用了特殊结构的乳液和合适的成膜助剂, 使最低成膜温度大大降低, 亦使乳胶漆在低温环境下能正常成膜。
( 2) 选用不同特性和粒径分布的颜填料体系,配合乳液组分, 有效减少喷涂机器的磨损, 并使乳胶漆膜堆积密集合理, 提高了LCPVC, 减少苛刻环境中漆膜开裂的可能, 亦使漆膜耐擦洗性、抗抛光性、手感舒适性等性能达到最佳。
( 3) 选用某种保湿剂, 延缓漆膜中液体成分的挥发, 延长了乳胶漆的有效成膜周期, 在一定程度上提高了漆膜的物性。
( 4) 本产品只为无气喷涂施工专配, 成本与同档次普通内墙乳胶漆相当。
