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1 前 言
临界颜料体积浓度是指基料正好覆盖颜料粒子表面, 并充满颜料粒子堆积空间时的颜料体积浓度,通常用CPVC 表示。其主要特征是: 在低PVC 值时,颜料粒子表面很少接触, 但随着颜料的增加, PVC 超过某一极限值时, 基料就不能将颜料粒子间的空隙完全充满, 这些未被充满的空隙就留在涂膜中, 因此涂膜的物性以该PVC 的极限值为界限, 开始急剧下降。此点的PVC 值称作– 临界颜料体积浓度 。
临界颜料体积浓度( CPVC) 是设计乳胶漆配方时非常重要的参数之一, 通常高档或外墙用乳胶漆配方的PVC 一般不超过CPVC, 否则, 涂膜的许多物性将受到不利影响。反之, 一般内墙用乳胶漆的PVC 可超过CPVC。随着乳胶漆市场竞争的日趋激烈, 为了降低成本, 增强竞争优势, 研制高PVC 乳胶漆已成为各乳胶漆厂重要的研究课题。两个PVC 值相同的乳胶漆配方, 因选用的乳液、颜料及填料等不同, 其CPVC 值并不相同。因此, 要使乳胶漆既有高的PVC值, 其质量又能符合国家的有关标准要求, 关键在于使乳胶漆有高的CPVC 值, 从而最大限度地缩小其PVC 与CPVC 值间的差距。
乳胶漆的CPVC 值受配方中所选用的乳液、颜料、填料三者影响最大。为了降低成本, 高PVC 乳胶漆配方中价格低廉的填料用量很大, 乳液和颜料则用量较少。因此, 高PVC 乳胶漆的CPVC 值受填料的影响较大。
2 CPVC 值的GILSONITE 测定法
利用涂膜的物理性能在CPVC 点出现突变的特性, 可以通过试验进行CPVC 值的测定。GILSONITE测定法的原理与方法如下:当配方中PVC 值低于CPVC 值时, 颜料粒子表面及粒子间的空隙完全为乳液树脂所覆盖和填充, 这时的涂膜是致密而无孔的。而PVC 值超过CPVC 值时,由于树脂不能将粒子间的空隙完全充满, 这些未被充满的空隙就被空气填充并留在漆膜内而开始产生多孔性。多孔的漆膜会吸收GILSONITE 溶液! ! ! 一种15% 的天然沥青的溶剂汽油溶液, 这种吸收是不可逆的。吸收了GILSONITE 溶液的漆膜会明显变色, PVC值超出CPVC 值愈多, 多孔性就愈厉害, 吸收的溶液越多, 由此而导致的变色程度也愈深。通过测定同一系列不同PVC 值的乳胶漆漆膜的变色性, 即可测得该乳胶漆配方的CPVC 值。
漆膜的制备方法如下:用涂布器将待测乳胶漆涂布在厚度为200 um 的白色PVC 塑胶片上, 形成125 mm * 300 mm *300 um的湿膜。涂好后立即裁剪此PVC 片, 去除湿膜边缘的厚涂层及未上漆的部分, 制得一张84 mm * 235 mm
的标准湿膜片。将此膜片在温度23oc , 湿度50% 的条件下, 经过48 h 的养护, 即得待测漆膜片。将待测漆膜片浸于GILSONITE 溶液中, 浸入深度为70 mm, 7 s 后取出, 即而用溶剂汽油反复冲洗漆膜, 直到漆膜中无GILSONITE 溶液流出为止, 冲洗完后用抹布将漆膜上残留的溶剂吸干。漆膜晾干后, 用目测法, 也可用光度计测定其变色性。光度计测出的
漆膜浸入溶液前后的光反射值之差用LR 表示。
3 测试结果与分析
用GILSONITE 法测定了乳胶漆常用的几种填料,如轻钙、重钙、滑石粉、超细硅酸铝等( 表1) 的CPVC值。测试时所用的乳液和颜料相同, 配方中颜料与填料的用量比为10:90, 测试结果见图1。
从图1 可以看出, 由于粒径和吸油量的不同, 同一种填料( 如E1 和E2) , 测得的CPVC 值并不相同。表现为填料的粒径变小, 吸油量增大, CPVC 值降低。图1 中E1 和E2 的CPVC 值相差约4 个百分点。填料E3 的化学组分与E1 和E2 相同, 由于其粒径更小,因此它的吸油量更大, CPVC 值也更低。与E1 相比,E3 的CPVC 值下降了约15 个百分点。
粒径与吸油量影响CPVC 值的典型例子是填料E5。由于超细硅酸铝的粒径极细, 对改善钛白粉( 一般粒径约0.2~ 0.4 um) 在漆膜中的堆积分布并提高其遮盖力非常有效。但它极细的粒径与很高的吸油量使CPVC 值大大降低, 图1 中E5 的CPVC 值仅为40% , 与粒径较粗的E1 相比, 下降了约25 个百分点,这对乳胶漆的物理性能将带来极大损害。因此, 超细硅酸铝在配方中不能大量单独使用, 用量也应小心控制。E4 的吸油值虽然比E1 大, 粒径也比E1 要小, 但其CPVC 值却比E1 还大。这是由于滑石粉是片状颗粒形态, 而轻钙与重钙均为球状形态, 这一结果说明片状滑石粉在配方中可有效提高乳胶漆的CPVC 值。
此外, 它还说明吸油量高并不一定就意味着该填料会降低CPVC 值。
4 GILSONITE 法的局限性
用GILSONITE 法测定乳胶漆的CPVC 值既快捷又方便, 大多数情况下所得结果非常可靠。但该法也存在着一定的局限性。比如图1 中E4 的??LR 值变化很小, 测得的CPVC 竟有74%之高, 而用其他方法,如涂膜张力测定法测得E4 的实际CPVC 值约65% ,两种方法的误差有近10 个百分点。其原因在于片状的滑石粉极大地改善了颜料在漆膜中的堆积分布, 其自身的堆积也十分致密, 漆膜表面如仿瓷一般。这使GILSONITE 溶液难以渗透和被漆膜吸收, 导致所测得的CPVC 值偏高。
当粒径很细的颜料与粒径相对较粗的球形填料配合使用时, 粗粒填料间的空隙相对较大, 细粒的颜料会占据这些空隙。因颜料与填料间堆积较为紧密,阻碍了GILSONITE 溶液渗透入这些空隙中, 使测得的CPVC 值有较大偏差。这时就应该用其他方法, 如漆膜张力法来测定, 以得到更为可靠的CPVC 值。
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