《涂料课堂》一起学习经济型真石漆的配方设计

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《涂料课堂》一起学习经济型真石漆的配方设计

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浏览:- 发布日期:2018-03-28 15:42:00【

美联外墙涂料真石漆施工厚度图

真石漆是建筑涂料的一个重要种类,主要采用各种颜色的天然石粉配制而成,真石漆装修后的建筑物,具有天然的自然色泽,给人以高雅、和谐、庄重之美感,适合于各类建筑物的室内外装修。真石漆具有防火、防水、无毒、无味、粘结力强等特点,能有效地阻止外界恶劣环境对建筑物的侵蚀,延长建筑物的寿命。


一、真石漆的三个主要性能

 

真石漆的三大性能是涂层的硬度、耐水和耐候。

 

通常很多人认为真石漆的硬度主要取决于乳液的选择和用量。当乳液含量较低时,因大量砂石的存在使得涂层不够紧密,所以要选择粘合力较高的、最低成膜温度也较高的乳液。

其实选择合适的增稠剂也可以提高乳液的粘结效率、改善真石漆的成膜性能。

 

而有些真石漆涂层在下雨的时候会发白,涂层变得疏松,也就是我们所说的耐水性不好。

造成耐水性不好的主要原因是选用的丙烯酸乳液含有较大量的表面活性剂和制备真石漆时加入了纤维素等物质增稠剂,这些物质都是水溶性的,涂料成膜后留在涂层中,就大大降低了涂层的耐水性能。

 

耐侯性能的好坏与乳液的选择和真石漆的设计直接相关,选择纯丙乳液一般要比苯丙乳液的耐候性能好,其实成膜性能的改善也会提高真石漆的耐候性能。耐候性能还和封闭底漆和罩面清漆有关。

 

总的来说,真石漆的三大性能其实都与真石漆中增稠剂的选择直接相关。如果选择和使用不当,将会严重影响所制备的真石漆的三大性能。


 

二、真石漆配方设计

 

真石漆的配方设计对三大性能起着至关重要的作用。

 

一般来说,每吨优质的真石漆组成大约为纯丙乳液300公斤、天然彩石砂650公斤、以及其他成份。优质真石漆最大的特点是乳液用量比较高,乳液固含量为50%时,300公斤乳液干燥以后的体积约为150升,650公斤重量砂子的体积大约为228升。也就是说,此时真石漆的PVC(颜料体积浓度)为60%,因为彩砂的粒子大、形状不规则,在一定粒径分布的条件下,干燥后的真石漆可能处在CPVC(临界颜料体积浓度)左右。

 

而这时选择适当粘度的纤维素,真石漆可形成一个比较完整和致密的漆膜,可以满足真石漆的三大性能要求。

 

而对于经济型真石漆来说,每吨产品的配方为乳液100至160公斤、形石砂750公斤、20公斤(包括成膜助剂、杀菌剂、增稠剂等),剩余的用水补齐。这类真石漆的PVC一般在75%到85%之间,施工干燥后,真石漆涂层是很难形成一个完整和致密的漆膜,因此怎样充分发挥好配方中用量有限的乳液,使涂膜尽量做到均匀成膜变得尤其重要。

 

经济型真石漆使用的纤维素增稠剂的特点是高粘度(分子量),由于纤维素产品价格上涨的因素,所用的纤维素由原来3万粘度变成了5万、8万、10万、甚至还有用20万的,其目的就是减少纤维素的用量,纤维素品种也从羟乙基纤维素(HEC)转成采用羟丙甲纤维素(HPMC);而HPMC的使用会明显降低真石漆的耐水性能。


那么增加纤维素的粘度(分子量)会对真石漆产品性能造成的是什么后果呢?


答案是真石漆的成膜性能会变得更差!

 

三、真石漆中纤维素的增稠原理

 

举个栗子来说:

 

假设一个经济型真石漆的配方由120公斤的乳液、750公斤的彩砂、120公斤的水和10公斤其他组成(成膜助剂、防冻剂、杀菌剂、增稠剂等)。乳液干燥以后的体积为60,彩砂的体积是263,PVC大约为82%,要高出估计的60% CPVC很多,显然不能形成一个完整的有连续乳液树脂相的漆膜。该真石漆的体积固含量是63%,如果固含量再高就不会有流动性能了。

 

真石漆的状态可以这样描述,乳液、增稠剂和水相混合在一起,大部分是填充在彩砂粒子之间,或者说,彩砂粒子是非常紧密的悬浮在乳液和水的混合液相中。一般乳胶漆中体积固含量是30%左右,含有大约70%的水,流动性能很好,而真石漆的体积固含是63%,水只有37%,因此流动性能不会太好。

 

现在再考虑增稠剂,一般的用量是1.5到2公斤的10万粘度纤维素,这类纤维素2%的浓度时的粘度会达到10万。当有限的水和乳液混合以后,再有这些纤维素存在时会是一个怎样的状态?纤维素不仅将配方中的水、甚至乳液带来的一部分水吸引到周边,造成体积排斥引起的乳液颗粒絮凝,乳液粒子局部被挤压浓缩,在体系中的分布变得不均匀(图1)。

 

真石漆虚拟图

图1高分子量(粘度)纤维素的使用容易引起乳液出现体积排斥絮凝

 

当彩砂添加到这种体系时,彩砂粒子周围的乳液粒子的多少也变得不一样(图2),这类真石漆在施工后,初期局部乳液干燥快(因为乳液粒子周围的水很少,大部分水是被纤维素固定在自己的周边),局部成膜,表现为真石漆涂层表面粗糙、强度差。纤维素本身的保水对真石漆的成膜没有帮助,相反的在纤维素干燥以后会给涂层落下永久性的微孔道,结果是造成真石漆对底材的保护性和耐候性变差(图3)。所以说,真石漆的性能与增稠剂的选择有着密切的关系,是成膜的好坏最关键的因素。

 

真石漆虚拟图2

图2有体积排斥絮凝的乳液体系加入彩砂后真石漆的状况,由于絮凝作用,乳液粒子局部被挤压浓缩,造成乳液粒子在彩砂颗粒的周围分布不均匀

 

真石漆虚拟图3

图3有体积排斥絮凝的乳液体系的真石漆在施工干燥后的情况

 

我们可以看出,如果纤维素选择不当,尤其追求使用高粘度纤维素,由于纤维素本身的保水性会导致体系出现体积排斥絮凝的发生,特别在乳液用量比较低的情形下,乳液粒子局部被挤压浓缩,在真石漆中分布不均匀,不能很好的发挥乳液在成膜过程中应有的作用。真石漆在施工后,初期时局部有乳液的地方没有多少水,干燥过快,局部成膜,造成真石漆表面粗糙,纤维素干燥后形成微孔道,对底材保护性能和耐候性能会变差,也会造成真石漆的强度变差。



在这种情况下,即使有限的增加配方中乳液的用量,也不会有预期的效果;即使原来配方中乳液用量比较大,也不能充分发挥乳液的作用。

 

四、可取代真石漆配方中的纤维素高效增稠产品

 

真石漆中使用纤维素增稠剂,其中一个主要因素是真石漆中彩砂不仅粒子大比重也大,没有足够的低剪切粘度和粘度的触变性能,真石漆会变得不稳定,砂粒容易沉降而且色彩不稳定。

 

有人会问,我们可以使用缔合型增稠剂去替代纤维素增稠剂在真石漆配方中使用吗?

 

传统的缔合型增稠剂由于不能提供足够高的低剪切粘度和高的触变性能,所以不能作为真石漆的主增稠剂,只是用作为辅助增稠剂,其目的主要是改善施工性能。


 

此前,金鼎祥公司推出的高效缔合型增稠剂添尔美®TRM-380,它的高触变性能和低剪切粘度增稠效率,使得它可在真石漆配方中完全取代纤维素类增稠剂(HEC、HPMC),在有效降低配方中增稠剂使用成本和整体原材料成本的同时,提升乳液在真石漆中的成膜效率,提高真石漆的成膜性能、耐水性能和对底材的保护性能和耐候性能。

 

和传统的缔合型增稠剂一样,添尔美®TRM-380的增稠作用主要来自于本身的疏水基团在乳液粒子表面吸附形成一个网络结构,被增稠的体系中,乳液粒子仍然均匀分布在水中,干燥和成膜过程是一个整体的过程,均匀的成膜会使真石漆涂层的表面比较平整,最终的强度、耐水性、对底材保护和耐候性都有所提高(如图4-6所示)。

 

真石漆虚拟图4

图4增稠时与乳液粒子形成网络结构,乳液粒子均匀分布在水相中


真石漆虚拟图5

图5TRM-380增稠的乳液体系加入彩砂后真石漆的状况,其中乳液粒子仍然均匀分布在彩砂颗粒周围


真石漆虚拟图6

图6增稠的真石漆在施工干燥后的状态

 

使用TRM-380增稠的真石漆在施工干燥后,乳液形成的树脂相能比较均匀的分布在彩砂粒子的周围,不代表一定会形成一个连续相,连续相的形成主要决定于配方中乳液用量的多少。因为TRM-380的增稠主要是与乳液粒子的作用形成网络结构,乳液粒子均匀分布在水相中,并没有将体系中的水锁定住,所以真石漆施工后,干燥和成膜过程是一个整体的过程,成膜时需要挥发掉的水比较多,需要的时间比纤维素增稠的体系长一些,均匀的成膜过程会使干燥后的真石漆的表面比较平整。在同等乳液用量的条件下,TRM-380增稠的真石漆中乳液的作用能较好的发挥,即便配方中乳液用量相对少一些的时候,由于乳液相总体分布较均匀,施工干燥后的真石漆中微孔道结构少,总体真石漆的性能要比预期的(纤维素增稠的)理想,比如强度和最终的耐水性、对底材保护和耐候性较好。

 

除了涂料的性能,在配方设计的过程中还有个重要因素也是我们不能忘记的,那就是成本。

 

TRM-380在满足性能真石漆漆膜性能、施工性能的基础上由于乳液分布均匀,成膜效率高,在同等乳液用量的条件下,TRM-380增稠的真石漆总体性能要比预期的(纤维素增稠)的理想。换句话说,要达到相当的性能(纤维素增稠)可以适当减少乳液的用量。也就节省了配方的整体成本。

 

五、注意事项

 

抛开用法去谈产品都是耍流氓,有真石漆工程师曾经反映在使用TRM-380的过程中出现严重的后增稠现象。


其实是因为增稠具有高效增稠的特点,添加不正确导致的。这里建议添加方法如下:

 

在真石漆浆料制备生产中,首先加入去离子水,再加入所需量的TRM-380,搅拌的同时再加入一定量的碱进行中和,然后添加到乳液中,再添加彩砂等其他成分。

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